Hvorfor foton har hvilemasse nul?

Udsagnet om, at fotoner har nul hvilemasse, er et grundlæggende princip i fysik, afledt af både teoretiske og eksperimentelle observationer. Her er en sammenbrud af hvorfor:

Teoretisk grundlag:

* Særlig relativitet: Einsteins teori om særlig relativitet skaber en dyb forbindelse mellem energi (e), momentum (p) og masse (m) gennem den berømte ligning e² =(mc²) ² + (pc) ².

* Massenergiækvivalens: Denne ligning indebærer, at masse og energi kan udskiftes. Et massivt objekt i hvile har energi udelukkende på grund af dens masse (E =MC²). Imidlertid kan et masseløst objekt (som en foton) stadig have energi, men denne energi kommer helt fra dens momentum.

* fotonmomentum: Fotoner har fart (p =h/λ, hvor h er plancks konstante og λ er bølgelængden). Denne momentum kombineret med massenergiækvivalensen antyder, at fotoner, selvom de er masseløse, bærer energi.

Eksperimentelt bevis:

* lyshastighed: Fotoner rejser altid med lysets hastighed (C) i et vakuum. Hvis de havde hvilemasse, ville de kræve en uendelig mængde energi for at nå denne hastighed og krænke princippet om energibesparelse.

* Partikelfysikeksperimenter: Eksperimenter i partikelfysik, såsom dem, der udføres på CERN, har konsekvent vist, at fotoner ikke udviser opførelsen af ​​massive partikler. For eksempel kan de produceres og udslettes uden nogen overtrædelse af masseenergi.

Vigtig note:

* Effektiv masse: Mens fotoner har nul hvilemasse, kan de udvise en "effektiv masse" i visse interaktioner. For eksempel interagerer fotoner i et tæt medium som vand med mediet og kan synes at have en højere effektiv masse, hvilket resulterer i en lavere hastighed. Dette er ikke en ægte hvilemasse, men snarere en effekt af interaktionen med mediet.

Afslutningsvis betragtes fotoner som masseløse baseret på teoretiske fundamenter og eksperimentelle observationer. Deres energi er udelukkende afledt af deres momentum, og de rejser altid med lysets hastighed og understøtter dette koncept yderligere.