В теории относительности Эйнштейна известна формула $E2 = (mc2)2 + (pc)2$, которая связывает энергию $E$, массу покоя $m$, импульс $p$ и скорость света $c$. Если мы рассмотрим фотон, имеющий скорость света, можем видеть, что его масса покоя предполагается нулевой. Но как физики пришли к этому выводу?
Фотон — это квант света, который движется со скоростью света. Он обладает энергией и импульсом, но его масса покоя равна нулю. Согласно специальной теории относительности, масса покоя любого объекта, движущегося со скоростью света, должна быть нулевой, иначе его энергия была бы бесконечной.
Энергия фотона выражается через частоту: $E = h\nu$, где $h$ — постоянная Планка и $\nu$ — частота. Кроме того, импульс фотона определяется как $p = \frac{E}{c}$. Подставляя это в уравнение Эйнштейна, получаем:
$$ E2 = (0 \, c2)2 + \left(\frac{E}{c} \, c\right)2 = \left(\frac{E}{c} \right)2 c2 = E2 $$
Таким образом, всё сходится. Фотон не имеет массы покоя, так как иначе нарушалось бы фундаментальное уравнение специальной теории относительности.
Фотоны движутся по природным законам, описанным квантовой механикой и специальной теорией относительности. Их особенности демонстрируют, как эти две теории дополняют друг друга и объясняют явления в мире элементарных частиц.
Категория: Физика
Теги: квантовая физика, теории относительности, фотоны