Яка маса фотона?

Люди давно звикли до того, що однією з характеристик будь-якої матерії є маса. Вона властива не тільки таким великим об`єктам, як планети і зірки, але і їх аналогами з невидимого мікросвіту - протонів і електронів. Сер Ісаак Ньютон свого часу блискуче довів взаємозв`язок гравітаційних сил і маси, якою володіє тіло. В рамках його теорії досі успішно виконуються розрахунки небесної механіки. Через час після створення теорії Ньютона виникла необхідність суттєвих її доробок, так як деякі явища залишалися незрозумілими. Цю задачу вирішив А. Ейнштейн, сформулювавши свою «спеціальну теорію». Тоді ж з`явилася знаменита формула E = m * (c * c), яка вказує на взаємозв`язок енергії, маси і швидкості світла. Застосовуючи формулу до частинок, швидко з`ясувалося, що маса фотона (частки світла) дорівнює нулю. На перший погляд це суперечить здоровому глузду, проте все саме так. Маса фотона при нульовій швидкості його руху нульова. Але коли частка долає 300 тис. Км / с - вона набуває звичну масу. Втім, останнім часом вважається, що маса фотона, все ж, нульова. А те значення, яке випливає з формули H * v = m * (c * c), являє собою релятивістську масу. Так чому ж насправді дорівнює маса фотона? Формула, дійсно, є. Тільки вона більш складна і розрахунок виконується через значення імпульсу даної частинки.

Так як енергія E для фотона дорівнює H * v, то з формули можна визначити масу:

m = (H * v) / (c * c)

Але так як фотон, власне, будучи світлом, принципово не може існувати при швидкостях, менше ніж «с» (300 тис. Км / с), то знайдена вище маса вірна тільки для стану руху.

Імпульс можна знайти через

p = (m * v) / sqrt (1- (v * v) / (c * c))

Наявність імпульсу свідчить про енергію. Дійсно, якщо в літній день підставити руку під сонячні промені, то виразно відчувається тепло. Пояснити це явище можна через перенесення енергії якої-небудь часткою, що володіє певною масою, що рухається з високою швидкістю. Саме це і спостерігається щодо світла. Тому маса і імпульс фотона так важливі, хоча в цьому випадку не завжди вдається оперувати звичними поняттями.

На численних форумах в мережі Інтернет ведуться дебати про природу світла і способах виконання розрахунків. Очевидно, що питання про те, чому дорівнює маса фотона, поки не може вважатися закритим. Нові моделі дають можливість зовсім по-іншому пояснювати спостережувані процеси. У науці так завжди буває: наприклад, спочатку теорія Ньютона вважалася завершеною і логічною, але незабаром з`ясувалося, що необхідний ряд поправок. Незважаючи на це, нічого не заважає вже зараз використовувати відомі властивості світлового потоку: людина навчилася за допомогою приладів бачити в темноте- двері супермаркетів автоматично відкриваються перед посетітелем- оптичні мережі дозволили досягти раніше небачених швидкостей передачі цифрових даних-а спеціальні пристрої дозволили виконати перетворення енергії сонячного світла в електрику.

Чому ж фотон в стані спокою не має маси (і взагалі не існує)? Цьому є кілька пояснень. Перше - даний висновок випливає з формул. Друге - так як світло має дуальної природою (є як хвилею, так і потоком частинок), то, очевидно, поняття маси абсолютно непридатне до випромінювання. Третє - логічне: уявімо собі швидко обертається колесо. Якщо подивитися крізь нього, то замість спиць можна побачити якийсь туман, серпанок. Але варто почати знижувати швидкість обертання, як серпанок поступово зникає, а після повної зупинки залишаються лише спиці. У даному прикладі серпанок - це частка, названа "фотон". Її можна спостерігати тільки в русі, причому зі строго певною швидкістю. Якщо швидкість падає нижче 300 тис. Км / с, то фотон зникає.