Γιατί το Photon έχει μάζα ανάπαυσης;
Θεωρητική βάση:
* Ειδική σχετικότητα: Η θεωρία της ειδικής σχετικότητας του Αϊνστάιν καθορίζει μια βαθιά σχέση μεταξύ της ενέργειας (Ε), της ορμής (P) και της μάζας (m) μέσω της διάσημης εξίσωσης E2 =(MC2) ² + (PC) ².
* ισοδυναμία μαζικής ενέργειας: Αυτή η εξίσωση υποδηλώνει ότι η μάζα και η ενέργεια είναι εναλλάξιμα. Ένα τεράστιο αντικείμενο σε ηρεμία έχει ενέργεια μόνο λόγω της μάζας του (e =mc²). Ωστόσο, ένα άψογο αντικείμενο (όπως ένα φωτόνιο) μπορεί ακόμα να κατέχει ενέργεια, αλλά αυτή η ενέργεια προέρχεται εξ ολοκλήρου από τη δυναμική της.
* δυναμική φωτονίου: Τα φωτόνια έχουν ορμή (p =h/λ, όπου το H είναι σταθερά του Planck και λ είναι το μήκος κύματος). Αυτή η ορμή, σε συνδυασμό με την ισοδυναμία μαζικής ενέργειας, υποδηλώνει ότι τα φωτόνια, αν και χωρίς μάζα, μεταφέρουν ενέργεια.
Πειραματικά στοιχεία:
* ταχύτητα φωτός: Τα φωτόνια ταξιδεύουν πάντα με την ταχύτητα του φωτός (c) σε ένα κενό. Εάν είχαν μάζα ανάπαυσης, θα απαιτούσαν μια άπειρη ποσότητα ενέργειας για να φτάσουν σε αυτή την ταχύτητα, παραβιάζοντας την αρχή της εξοικονόμησης ενέργειας.
* Πειράματα φυσικής σωματιδίων: Τα πειράματα στη φυσική των σωματιδίων, όπως αυτά που διεξάγονται στο CERN, έχουν δείξει σταθερά ότι τα φωτόνια δεν παρουσιάζουν τη συμπεριφορά των μαζικών σωματιδίων. Για παράδειγμα, μπορούν να παραχθούν και να εξαφανιστούν χωρίς παραβίαση μαζικής ενέργειας.
Σημαντική σημείωση:
* Αποτελεσματική μάζα: Ενώ τα φωτόνια έχουν μηδενική μάζα ανάπαυσης, μπορούν να παρουσιάσουν μια "αποτελεσματική μάζα" σε ορισμένες αλληλεπιδράσεις. Για παράδειγμα, σε ένα πυκνό μέσο όπως το νερό, τα φωτόνια αλληλεπιδρούν με το μέσο και φαίνεται να έχουν υψηλότερη αποτελεσματική μάζα, με αποτέλεσμα χαμηλότερη ταχύτητα. Αυτό δεν είναι μια πραγματική μάζα ανάπαυσης, αλλά μάλλον ένα αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης με το μέσο.
Συμπερασματικά, τα φωτόνια θεωρούνται μαζικά με βάση τα θεωρητικά θεμέλια και τις πειραματικές παρατηρήσεις. Η ενέργειά τους προέρχεται αποκλειστικά από τη δυναμική τους και πάντα ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός, υποστηρίζοντας περαιτέρω αυτή την έννοια.
