İçerik
- TL; DR (Çok Uzun; Okumadı)
- Fotonlarda Atalet Kütlesi Yok ve Relativistik Kütle Yok
- Fotonlar Momentum Var
- Işık Yerçekiminden Etkilenir
İlk duyduğunuzda, ışığın kütleye sahip olabileceği fikri saçma görünebilir, ama kütle değilse, ışık neden yerçekiminden etkilenir? Kitlesiz bir şeyin momentum olduğu nasıl söylenebilir? Işık ve fotonlar adı verilen “ışık parçacıkları” hakkındaki bu iki gerçek sizi iki kere düşündürebilir. Fotonların atalet kütlesi ya da göreceli kütle olmadığı doğrudur, ancak hikayenin sadece bu temel cevabından daha fazlası vardır.
TL; DR (Çok Uzun; Okumadı)
Fotonların ataletsiz bir kütlesi ve göreceli kütlesi yoktur. Deneyler, fotonların ivme kazandığını göstermiştir. Özel görelilik bu etkiyi teorik olarak açıklar.
Yerçekimi, fotonları maddeyi nasıl etkilediğine benzer şekilde etkiler. Newton’un yerçekimi teorisi bunu yasaklar, ancak Einstein’ın genel görelilik teorisi için güçlü bir destek olduğunu doğrulayan deneysel sonuçlar.
Fotonlarda Atalet Kütlesi Yok ve Relativistik Kütle Yok
Atalet kütlesi, Newton’un ikinci yasasının tanımladığı kütledir: bir = F / m. Bunu, bir kuvvet uygulandığında nesnenin hızlanmaya karşı direnci olarak düşünebilirsiniz. Fotonlar böyle bir dirence sahip değiller ve uzayda mümkün olan en yüksek hızda seyahat ediyorlar - saniyede yaklaşık 300.000 kilometre.
Einstein’ın özel görelilik teorisine göre, istirahat kütlesi olan herhangi bir nesne momentumda arttıkça göreceli kütleyi kazanır ve eğer bir şey ışık hızına ulaşacak olursa, sonsuz kütleye sahip olacaktır. Peki fotonların sonsuz kütleleri var mı, çünkü ışık hızında hareket ediyorlar mı? Asla dinlenmeye gelmediklerinden, istirahat kitlesi olduğu düşünülemezdi. Dinlenme kütlesi olmadan, diğer görelilik kitleleri gibi arttırılamaz ve bu yüzden ışığın bu kadar hızlı seyahat edebilmesi budur.
Bu, deneylerle hemfikir olan tutarlı bir fiziksel yasalar dizisi oluşturur, bu nedenle fotonların göreceli kütlesi ve atalet kütlesi yoktur.
Fotonlar Momentum Var
Denklem p = mv Klasik momentumu tanımlar. p momentum m kitle ve v hızdır. Bu, fotonların ivme kazanamayacağı varsayımına yol açmaktadır, çünkü kitleleri yoktur. Bununla birlikte, ünlü Compton Saçılma deneyleri gibi sonuçlar, göründüğü kadar kafa karıştırıcı bir ivme olduğunu gösteriyor. Bir elektronda fotonlar çekerseniz, elektronlardan saçılır ve momentumun korunumu ile tutarlı bir şekilde enerji kaybederler. Bu, bilim adamlarının ışığın bazen bir dalga kadar parçacık gibi davranıp davranmadığı konusundaki anlaşmazlığı gidermek için kullandıkları delil parçalardan biriydi.
Einstein’ın genel enerji ifadesi, bunun neden doğru olduğuna dair teorik bir açıklama sunar:
E2 = p2c2 + mdinlenme2c2
Bu denklemde c ışığın hızını ve mdinlenme dinlenme kütlesidir. Bununla birlikte, fotonlar dinlenme kütlesine sahip değildir. Bu denklemi şöyle yazar:
E2 = p2c2
Veya daha basit:
p = E / c
Bu, daha yüksek enerjili fotonların beklediğiniz gibi daha fazla ivmeye sahip olduğunu göstermektedir.
Işık Yerçekiminden Etkilenir
Yerçekimi, ışığın akışını sıradan maddenin akışını değiştirdiği gibi değiştirir. Newton’un yerçekimi teorisinde, kuvvet sadece atalet kütlesi olan şeyleri etkiledi, fakat genel görelilik farklı. Madde uzay zamanını çarpıtır, bu da düz çizgiler halinde hareket eden şeylerin eğri uzay zamanının mevcudiyetinde farklı yollar kullandığı anlamına gelir. Bu maddeyi etkiler, fakat aynı zamanda fotonları da etkiler. Bilim adamları bu etkiyi gözlemlediklerinde, Einstein’ın teorisinin doğru olduğuna dair önemli bir kanıt haline geldi.