В ходе работы над темой «Фотоны» возник вопрос:
можно ли использовать понятие «масса фотона», а для его энергии применять формулу E = m∙c
2?
В учебнике физики читаем:
«Фотон — это удивительная частица, которая обладает энергией, импульсом, но вследствие того, что скорость его движения всегда равна скорости распространения света, его масса равна нулю. Такие частицы называют безмассовыми.»
Жилко, В.В. Физика: учеб. пособие для 11-го кл. — Мн.: Нар. асвета, 2014. — С. 162.
На сайте wikipedia в статье «
Безмассовые частицы»:
Термин «безмассовая» не вполне точно отражает природу такой частицы: она имеет массу \[ m = \frac{E}{c^2} = \frac{p}{c}, \] которая не связана с её нулевой массой покоя.
Моя точка зрения на этот вопрос совпадает с
мнением автора:
В классической физике масса входит в два РАЗНЫХ и вообще-то не связанных друг с другом (не связанных именно в классической физике) закона — закон всемирного тяготения и второй закон Ньютона. Поэтому в классической физике и появились «два сорта» массы — гравитационная и инертная. И довольно долго физики пытались выяснить — это одна и та же масса или две разных (хотя численно и равных).
Вот для фотона эти массы таки разные — опять же, если рассматривать фотон с точки зрения классической физики (что само по себе несколько странно...). У фотона нет ИНЕРТНОЙ массы, но есть ГРАВИТАЦИОННАЯ масса. То есть фотон может претерпевать бесконечно большое ускорение (свою скорость — скорость света — он набирает «скачком»), но при этом гравитационное поле на него таки да, действует, отклоняя траекторию его движения.
Это противоречие было снято только в рамках современной физики (Специальная и Общая теории относительности), из которых следовало, что энергия и масса — эквивалентны. Поэтому фотон, обладая энергией, тем самым обладает и ЭКВИВАЛЕНТНОЙ этой энергии массой. Так что масса фотона, про которую пишут и говорят, — это просто некоторый эквивалентный параметр, который показывает, как именно фотон вот такой энергии будет взаимодействовать с гравитационным полем. А эквивалентность гравитации и ускоренного движения (т.е. тождественность гравитационной и инертной масс) — это исходный постулат Общей теории относительности.
А для самых любознательных
такая информация:
Доказано ли экспериментально, что фотон имеет нулевую массу покоя?
Скорее всего невозможно выполнить какой-то эксперимент, который докажет, что масса покоя фотона точно равна нулю. Лучшее, на что можно надеяться - это определение диапазона величины. … Верхний предел массы покоя фотона можно определить по спутниковым измерениям магнитного поля планеты. По результатам спутника Charge Composition Explorer (1984 г.) с достаточно хорошей точностью установлено, что верхний предел равен 6∙10−16 эВ.
В 1998 году Roderic Lakes, используя маятник Кавендиша, уточнил этот результат в лабораторном эксперименте по определению аномалии сил. Новое значение предела 7∙10−17 эВ.
Изучение галактических магнитных полей даёт ещё более низкий предел 3∙10−27 эВ, но этот метод пока не считается надёжным.
А что вы можете сказать по этому вопросу?
