heeft licht massa?

[scienceoflife]

we weten allemaal dat de snelheid van het licht 1079251985 KM/p/h is

en dat licht bestaat uit fotonen die met die snelheid bewegen

maar heeft licht dan ook massa?

[Th.B]

Nee, licht heeft geen massa. Fotonen hebben massa nul (volgens de wetten van relativiteit van Einstein is het niet mogelijk om met de lichtsnelheid te bewegen als je een massa groter dan nul hebt).

Dit betekent niet dat fotonen geen impuls hebben (maar dat ligt nog wat ingewikkelder, zoek maar eens wat op over de massa-energierelatie of gewoon over speciale relativiteit in zijn algemeenheid als je hier meer over wilt weten.

[aadkr]

Als een lichtstraal langs de zon gaat, dan wordt de lichtstraal afgebogen door het zwaartekrachtveld van de zon.

Zo bekeken zou je mogen stellen dat licht massa heeft.

[Th.B]

@ aadkr: Weet jij hoe dat in elkaar zit?

Want ik ben er toch echt van overtuigd dat fotonen geen massa hebben (heb zelf een cursus speciale relativiteit gedaan en ken de massa-energierelatie / lorentztransformaties e.d.) en hoe het dan toch kan dat de zwaartekracht invloed kan uitoefenen op licht heb ik me wel vaker afgevraagd.

Ik weet weinig tot niets van algemene relativiteit maar ik zou dan zeggen dat het te maken heeft met de gekromde ruimte rond de zon?

[317070]

Als een lichtstraal langs de zon gaat, dan wordt de lichtstraal afgebogen door het zwaartekrachtveld van de zon. Zo bekeken zou je mogen stellen dat licht massa heeft.

Helemaal niet, nu ben je zaken door elkaar aan het halen. Het licht gaat nog steeds rechtdoor, alleen is de ruimte gekromd. Daardoor kan het voor een waarnemer lijken dat het licht kromt, maar het is ook niet meer dan dat: 'lijken'. Het licht gaat gewoon rechtdoor, ondanks de zwaartekracht.

[eendavid]

Fotonen hebben geen massa (wanneer men spreekt over de massa van een deeltje bedoelt men de rustmassa), maar wel energie en impuls. Net zoals de baan van elk deeltje ervaart een foton de kromming van de ruimtetijd (een deeltje probeert steeds 'de kortste baan' te nemen, en dit is wat 317070 bedoelt met het vagere begrip 'rechtdoor bewegen'). Dat betekent hoegenaamd niet dat een foton massa heeft.

Er is eigenlijk helemaal niets relativistisch aan de vaststelling dat een foton wordt afgebogen door een zwaartekrachtsveld. Kijk bijvoorbeeld naar de versnelling van een willekeurig deeltje in het zwaartekrachtsveld van de aarde: a = g, of algemener:

\(a = \frac{G M_{\text{aarde}}}{r^2}\)

. Deze versnelling is hetzelfde voor elk deeltje, onafhankelijk van zijn massa (dit bevestigt nog eens de hierboven staande uitspraak dat de massa van een deeltje en zijn afbuiging in het veld van een ander deeltje niets met elkaar te maken hebben). Het verschil tussen algemene relativiteit en klassieke dynamica is dat algemene relativiteit een tweemaal zo grote afbuiging voorspelt (maar beiden voorspellen een afbuiging).

[Th.B]

Vraagje aan eendavid:

Je deed de volgende uitspraak.

a = GM / r²

in een zwaartekrachtsveld.

Dit leidde je, neem ik aan, af uit

F = ma = GMm / r² en dan m wegdelen

Maar waarom mag je dan de conclusie trekken dat dit ook geldt voor massaloze deeltjes? Kun je dan zomaar door nul delen aan beide kanten??

[aadkr]

Dat licht geen massa heeft wil ik wel geloven, maar die fotonen hebben wel energie

317070 stelt dat licht gewoon rechtdoor gaat ,ondanks de zwaartekracht

Maar als ik op wikipedia kijk bij een artikel genaamd ""Zwaartekrachtlens"" dan wordt daar toch beweerd dat de lichtstralen worden afgebogen als ze door een zeer sterk zwaartekrachtveld gaan.

Hoe kan dat dan?

[Ericw]

Hoe kan dat dan?

'Rechtdoor' gaan in gekromde ruimte levert een gebogen traject op.

Als je op aarde constant 'rechtdoor' gaat, maak je uiteindelijk (na een heel eind lopen/rijden/vliegen) een cirkel*.

* Ik vraag me nu zelf af of het echt altijd een cirkel is of het ook een spiraal kan zijn, maar dat is voor dit onderwerp irrelevant: beide zijn gebogen trajecten.

[aadkr]

Uit het boek van R.J. Flink met de titel ""Atoom en kernfysica staat het volgende

Een lichtbron die licht met een frequentie f en dus een golflengte

\(\lambda\)

uitzendt ,zal dit licht uitzenden als een fotonenstroom waarbij ieder foton een energie

\(E=h \cdot f =\frac{h \cdot c}{\lambda}\)

transporteert

Volgens de relativiteitstheorie geldt de betrekking

\(E=m\cdot c^2 \)

Aan het foton kunnen we zodoende een massa toekennen van

\(m=\frac{E}{c^2}=\frac{h\cdot f}{c^2}=\frac{h}{c \cdot \lambda}\)

En een impuls

\(p=m \cdot c=\frac{h \cdot f}{c}=\frac{h}{\lambda} \)

[eendavid]

Maar waarom mag je dan de conclusie trekken dat dit ook geldt voor massaloze deeltjes? Kun je dan zomaar door nul delen aan beide kanten??

Er zijn verschillende manieren om deze klassieke voorspelling te bespreken. Een voor de hand liggende opmerking is dat de natuurwetten niet singulier kunnen zijn wanneer je de limiet

\(m\rightarrow 0\)

neemt. Dus als je vindt dat, voor

\(m\neq 0\)

de versnelling een constante is, dan is de limiet ook die constante.

Een andere, eigenlijk betere, vaststelling is dat wat betreft de beweging van een deeltje in een (vast) extern gravitationeel veld, het begrip massa volledig overbodig is: deze wet kan gewoon beschreven kan worden als

\(a = g\)

, waarbij g het gravitationeel veld is (niet per se de 9,81 m/s^2). Dit is de wet die we experimenteel hebben bestudeerd, en dit is de wet waarmee we klassieke voorspellingen maken. Een dergelijke formule werden gebruikt, door Cavendish, Soldner en Laplace, om de beweging van licht in een gravitationeel veld te bestuderen. Natuurlijk, eens duidelijk werd dat licht aan vaste snelheid c beweegt, werd ook duidelijk dat de beschrijving van massaloze deeltjes ingewikkelder ligt dan oorspronkelijk gedacht (het licht kan niet zomaar een willekeurige versnelling ondergaan, anders zou zijn snelheid kunnen veranderen). Voor dergelijke deeltjes is speciale en zelfs algemene relativiteit nodig. En daaruit blijkt inderdaad dat de klassieke voorspelling van Soldner niet correct was. Zie ook hier.

@ Aadkr: Licht heeft geen rustmassa (en dat is waarnaar verwezen wordt met het begrip 'massa'). Licht heeft wel energie. In de relatie

\(E = mc^2\)

staat m niet voor de rustmassa (een dergelijke notatie is verouderd). De correcte relatie is

\(E^2=p^2c^2+m^2c^4\)

.

[aadkr]

Beste eendavid, dat in de wet E=m.c kwadraat de m niet staat voor de rustmassa is wel duidelijk

voor het foton geldt dat die volledig uit relativistische massa bestaat. (ten opzichte van een waarnemer in rust)

Die laatste wet in je bericht is nieuw voor mij

Daar moet ik nog eens goed over nadenken

Maar eerst neem ik er nog 1 voor dat ik naar bed ga. ( een alcoholische versnapering)

[Marko]

Misschien een idee om te wachten met het plaatsen van berichten totdat die versnaperingen zijn uitgewerkt.

[Benm]

Helemaal niet, nu ben je zaken door elkaar aan het halen. Het licht gaat nog steeds rechtdoor, alleen is de ruimte gekromd. Daardoor kan het voor een waarnemer lijken dat het licht kromt, maar het is ook niet meer dan dat: 'lijken'. Het licht gaat gewoon rechtdoor, ondanks de zwaartekracht.

En wat is het verschil tussen gekromde ruimte en een zwaartekrachtveld dan precies?

[aadkr]

Beste Marko , de versnapering is uitgewerkt.

Wat ik aan eendavid wil vragen wat hij bedoelt met ""een dergelijke notatie is verouderd""

Bedoel je dat de wet E=m .c Kwadraat verouderd is ? Wil je dit wat nader uitleggen, want ik vind de SRT

erg interessant, maar om eerlijk te zijn weet ik van de Alg. Rel. Theorie zeg maar gerust niets