När du först hör det, kan idén om att ljuset har massa, tyckas löjligt, men om det inte har massa, varför påverkas ljuset av gravitation? Hur kan något utan massa sägas ha fart? Dessa två fakta om ljus och "ljuspartiklar" som kallas foton kan få dig att tänka två gånger. Det är sant att foton inte har tröghetsmassa eller relativistisk massa, men det finns mer till historien än bara det grundläggande svaret.

TL; DR (för länge, läste inte)

Foton har ingen tröghetsmassa och ingen relativistisk massa. Experiment har visat att fotoner har fart, dock. Särskild relativitet förklarar denna effekt teoretiskt.

Gravity påverkar foton på ett sätt som liknar hur det påverkar materia. Newtons gravitationsteori skulle förbjuda detta, men experimentella resultat som bekräftar det, tillägger starkt stöd för Einsteins teori om allmän relativitet.

Foton har ingen tröghetsmassa och ingen relativistisk massa

Tröghetsmassa är massan som definierad av Newtons andra lag: a
= F
/ m
. Du kan tänka på detta som objektets motståndskraft mot acceleration när en kraft appliceras. Fotoner har inget sådant motstånd och reser med snabbast möjliga hastighet genom rymden - cirka 300 000 kilometer per sekund.

Enligt Einsteins teori om speciell relativitet, ökar varje objekt med vilemassa den relativistiska massan som det ökar i fart och om något skulle nå ljusets hastighet skulle det ha oändlig massa. Så, har fotoner oändlig massa eftersom de reser med ljusets hastighet? Eftersom de aldrig kommer att vila, är det meningsfullt att de inte kunde anses ha vilol massa. Utan en vilemassa kan den inte ökas som andra relativistiska massor, och därför kan ljuset resa så snabbt.

Detta ger en konsekvent uppsättning fysiska lagar som överensstämmer med experiment, så foton har ingen relativistisk massa och ingen tröghetsmassa.

Foton har Momentum

Ekvationen p
= mv
definierar klassisk momentum, där p
är momentum, m
är massa och v
är fart. Detta leder till antagandet att fotoner inte kan ha momentum eftersom de inte har massa. Resultat som de berömda Compton Scattering-experimenten visar dock att de har fart, så förvirrande som det verkar. Om du skjuter fotoner på en elektron sprider de från elektronerna och förlorar energi på ett sätt som överensstämmer med bevarande av momentum. Detta var en av de viktigaste bitarna av bevisforskare som använde sig för att lösa tvisten om hur ljust uppträdde som en partikel och en våg ibland.

Einsteins allmänna energianvändning ger en teoretisk förklaring till varför detta är sant:

E

<sup>2

= p
2 c
2 + m
_{resten 2 c
2}</sup>

I denna ekvation c
representerar ljusets hastighet och m
_{vila är resten massa. Fotoner har emellertid inte vilemassa. Detta omskriver ekvationen som:}

E

<sup>2

= p
< sup> 2 c
2</sup>

Eller, enklare:

p

= E
/ c

Detta visar att högre energi foton har mer fart, som du kan förvänta dig.

Ljus påverkas av Gravity

Gravity ändrar ljusets gång på samma sätt som det ändrar det vanliga ämnet. I Newtons gravitationsteori påverkade kraften bara saker med tröghetsmassa, men generell relativitet är annorlunda. Materiell varnar rymdtid, vilket innebär att saker som reser i raka linjer tar olika vägar i närvaro av krökt spacetime. Detta påverkar materien, men det påverkar också fotoner. När forskare observerade denna effekt blev det ett viktigt bevis på att Einsteins teori var korrekt.