Kan någon förklara, hur fotoner är partiklar men inte har massa?

Enligt relativitet har ljus ingen vilmassa, men den har en annan typ av massa som heter tröghetsmassa ges av M = hf / c ^ 2.

Tröghetsmassa:

Tröghetsmassa definieras som den som motstår acceleration (den som har tröghet). Detta var den enda definitionen av massa i ordboken tills Einstein kom. Det är den typ av massa som alla känner till ... massan av din katt eller massan av din bil. Ljus har denna typ av massa ... Det var Maxwell som först visade att ljus inte bara är en våg utan utan har tröghetsmassa. Detta har blivit en accepterad del av modern fysik. Fotens tröghetsmassa, M, ges i kvantmekanik av M = hf / c ^ 2 där f är frekvensen för foton som rör sig med ljusets hastighet: v = c och h är Plancks konstant. Eftersom ljus har tröghetsmassa har det momentum (ges av p = Mv = Mc) och energi (ges av E = Mc ^ 2). Enligt allmän relativitet eftersom en foton är en tröghetsmassa (och därmed har både fart och energi) påverkas den av tyngdkraften. Definitionen av momentum i fysik är p = Mv där M är tröghetsmassan (detta motsvarar den längre definitionen av momentum du kanske har sett). Definitionen av kraft (F) i fysik är inte F = Ma (vilket var Eulers sätt att uttrycka Newtons andra lag). Definitionen av kraft i modern fysik är F = dp / dt där p = Mv och M är tröghetsmassan. Sammanfattningsvis, om ljuset inte hade tröghetsmassa, skulle det inte ha fart eller energi eller påverkas av gravitationen. Och enligt modern fysik bevaras tröghetsmassa i alla omständigheter, (även om partiklar förvandlas till ljus).

Vilamassa:

Enligt relativitet ökar tröghetsmassan, M, av ett objekt med hastighet och blir extremt stor nära ljusets hastighet och följer formeln: M = mc / sqrt (c ^ 2-v ^ 2). Här är m en konstant som kallas vilmassa av objektet och definieras som den tröghetsmassa som objektet har när det vilas (det vill säga när v = 0). Observera att enligt denna formel när något objekt närmar sig ljusets hastighet närmar sig dess tröghetsmassa oändligheten. Detta händer även om dess vilmassa är väldigt liten. En liten elektron som rör sig tillräckligt nära ljusets hastighet skulle ha en tröghetsmassa större än jordens, och därmed en tyngdkraft större än jordens. Nu kan ljus aldrig vilas. Så massljuset skulle ha if vilade, (kallad vilarmassa för ljus) verkar till en början vara en oxymoron. Ändå har ljus tilldelats en vilmassa på noll. Resonemanget går så här: tänk på ljus som om det var ett föremål som en gång var i vila men nu hastas upp till ljusets hastighet. Enligt ovanstående formel måste den ha en otänkbart liten (tänk 'noll') tröghetsmassa i vila för att inte ha en oändlig tröghetsmassa när den tas upp till ljusets hastighet. Och i kvantmekanik är det viktigt för ljus att ha en vilmassa på noll för att kraften mellan laddade partiklar ska ha ett oändligt område. Slutsatsen är följande: Ljuset har en vilmassa på noll.

För rekordet, vid låga hastigheter, nämligen vid hastigheter under 600 mph, skiljer sig ett objekts vilmassa och dess tröghetsmassa med mindre än en del i en biljon. Det vill säga vid låga hastigheter är de nästan identiska. Efter Einsteins tid blev det således möjligt att prata om två besläktade masstyper: tröghetsmassa och vilmassa. Före Einsteins tid, när en person sa "massa", förstås det att det betyder "tröghetsmassa" just för att det var den enda typen av massa i ordboken. Idag, när en fysiker använder ordet ”massa” ensam, förstås det att det betyder ”vilmassa”. Frågan "Har ljus massa?" har kommit att betyda "Har ljus vilopassa?" och svaret på den frågan är "Nej, den har ingen vilmassa, men den har tröghetsmassa". I relativitetsteorin har tröghetsmassan döpt om till objektets "relativistiska massa" ... de är per definition samma sak. Dessutom kan definitionerna av momentum p = Mv och kraft F = dp / dt skrivas om i termer av vilmassan, m, genom att ersätta tröghetsmassan M = mc / sqrt (c ^ 2-v ^ 2) i dem till få formlerna mer bekanta för vissa fysikstudenter.

De till synes paradoxerna av relativitet har drivit några av de mer moderna relativitetslärarna i en strävan att avskaffa referenser till "tröghetsmassa". Argumentet går ungefär så här: eftersom energin, E och tröghetsmassan, M, alltid är proportionella mot varandra, är de överflödiga. Det vill säga om du känner till en kan du beräkna den andra. Eftersom de är överflödiga kan vi helt ta bort referenser till tröghetsmassa helt. "Du ger mig E, och jag beräknar tröghetsmassan åt dig"

Energi:

Ett varningsord: vissa fysiker kan motsätta sig hur ordet "energi" används av forskare inom andra områden, eftersom ordet "energi" har åtminstone två olika betydelser inom fysik som fysiker har en tradition att använda omväxlande, utan att skilja mellan dem. Och de har all rätt att göra det. I fysik är den första definitionen av energi matematisk, något liknande detta: kraft gånger avstånd (eller ännu bättre, energi är integreringen av Fdr). Den andra definitionen är fysisk. Fysiskt ljus kallas energi. Vissa fysiker räknar dessa två definitioner som samma. Här kan jag kritiseras för att hålla dem distinkta.

Från de två antagandena om relativitet kan det bevisas att varje förstärkning av kinetisk energi av ett objekt åtföljs av proportionell förstärkning i dess tröghetsmassa (i synnerhet är dess energiförstärkning lika med förstärkningen i tröghetsmassa gånger c ^ 2). På grund av denna idé gjorde Einstein sitt tredje antagande om relativitet, det vill säga: det är inte bara en få i tröghetsmassa 'motsvarande' a få i energi, men objektets vilmassa är också 'motsvarande' energi. I symboler skrivs denna idé: E = mc ^ 2 där m är objektets vilmassa. Det antyder att materia kan förvandlas till ljus. Einstein sa att detta var hans favorit bland alla hans upptäckter och han generaliserade denna ekvation så att den gällde all materia. Den generaliserade versionen som gäller all materia (inklusive ljus) har ersatts med M och skrivs: E = Mc ^ 2 där M är objektets tröghetsmassa.

Utanför fysik är energi och massa olika begrepp. Ett objekts kinetiska energi är ett mått på hur mycket arbete det kan göra (på grund av dess hastighet). Massa är ett mått på mängden ämne som finns. De har olika enheter så de är inte samma sak och kan inte vara lika. Det är fantastiskt i vårt universum att de visar sig vara proportionella mot varandra via E = Mc ^ 2

Kinetisk energi är ett matematiskt begrepp som, liksom hastighet, ett objekt kan ha men inte kan vara. Å andra sidan är ljus ett ämne, ett "objekt", en "sak", en "partikel" ... som har enheterna av tröghetsmassa. Sammanfattningsvis, vilket ljus is: ljus is en tröghetsmassa, M, (ett 'objekt') som bär kinetisk energi lika med Mc ^ 2 på ungefär samma sätt som ett objekt bär hastighet.

.

Det visar sig att i vårt universum, när materia och anti-materia sammanförs, förvandlas de till ljus ... rent ljus, med inget kvar ... ljus som har samma tröghetsmassa som originalpartiklarna. Den kinetiska energin för det ljus de förvandlas till ges av E = Mc ^ 2, där M är de kombinerade tröghetsmassorna hos partiklarna som förvandlas till ljus. Massa är inte energi. Men en tröghetsmassa, M, kan förvandlas till ljus (som också har tröghetsmassa M) ... vilket tänds i sin tur bär energin som ges av E = Mc ^ 2. Observera när materia vänds till ljus försvinner dess ursprungliga vilmassa, oavsett vad den är, och ersätts med ljus som har noll vilmassa. Så vilamassa bevaras inte i allmänhet.

Min åsikt:

Allt ovan är vad relativitet och kvantmekanik säger. Här är min enda åsikt som jag erbjuder:

De elektriska fälten som accelererar föremål som vi känner fungerar genom utbyte / absorption av virtuella fotoner. Det finns en anledning till att ett objekt får tröghetsmassa när det påskyndar. För att påskynda det måste absorbera virtuellt ljus (från fältet som accelererar det). Detta ökar dess tröghetsmassa med tröghetsmassan för det ljus det absorberar. Ljuset det absorberar ökar också sin kinetiska energi med den kinetiska energin hos det ljus det absorberar. Ljus bär alltid tröghetsmassa M och kinetisk energi Mc ^ 2

i samma fasta andel .... En är c ​​^ 2 gånger den andra. Så vilken tröghetsmassa som helst eller någon energi som uppnås när ett objekt snabbar upp genom att absorbera ljus kommer också att vara i den proportionen. (Det visar sig att om ett objekt vinner hastighet (och därmed massa och kinetisk energi) strikt genom att absorbera / reflektera ljus, fungerar matematiken perfekt .... Ger Einsteins ovanstående ekvation för ett objekts tröghetsmassa vid vilken hastighet som helst, v.)

Lämna en kommentar