Hvorfor den resterende masse af foton er nul i kvantemekanikeren?

Udsagnet om, at resten af ​​en foton er nul, er ikke en konsekvens af kvantemekanik alene. Det er en grundlæggende egenskab ved fotoner, der opstår fra både særlig relativitet og kvantefeltteori. Lad os nedbryde det:

1. Særlig relativitet:

* Energimomentum-relation: Einsteins specielle relativitet etablerede den berømte ligning E² =(MC²) ² + (PC) ², hvor E er energi, M er masse, C er lysets hastighed, og P er momentum.

* Fotoner rejser altid med lysets hastighed: Fotoner er masseløse partikler, hvilket betyder, at de altid rejser med lysets hastighed. Dette er en grundlæggende egenskab ved fotoner, ikke noget afledt af kvantemekanik.

* nul hvilemasse: Hvis en foton havde hvilemasse (m ≠ 0), ville dens energi være uendelig, fordi dens hastighed altid er c. Da vi observerer fotoner med endelig energi, skal de have nul hvilemasse.

2. Kvantfeltteori:

* kvantefelter: I kvantefeltteori beskrives fotoner som excitationer af det elektromagnetiske felt. Dette felt er kvantiseret, hvilket betyder, at dets energi kun kan komme i diskrete pakker kaldet fotoner.

* Masseløse excitationer: Det elektromagnetiske felt, som beskrevet i kvantefeltteori, er et masseløst felt. Derfor er dens excitationer (fotoner) også masseløse.

Kortfattet:

Den nul hvilemasse af fotoner er ikke en konsekvens af kvantemekanik alene, men en grundlæggende egenskab, der opstår som følge af kombinationen af ​​særlig relativitet og kvantefeltteori. Det er et resultat af deres unikke natur som masseløse partikler, der altid bevæger sig med lysets hastighed og er excitationer af et masseløst felt.

Vigtig note: Mens resten af ​​en foton er nul, har den stadig energi og momentum, der er relateret til dens frekvens og bølgelængde. Dette skyldes, at fotoner ikke er stationære partikler; De bevæger sig altid med lysets hastighed.