Isi
- TL; DR (Terlalu Panjang; Tidak Dibaca)
- Foton Tidak Memiliki Misa Inersia dan Misa Relativistik
- Foton Memiliki Momentum
- Cahaya Dipengaruhi oleh Gravitasi
Ketika Anda pertama kali mendengarnya, gagasan bahwa cahaya dapat memiliki massa mungkin tampak konyol, tetapi jika itu tidak memiliki massa, mengapa cahaya dipengaruhi oleh gravitasi? Bagaimana bisa sesuatu tanpa massa dikatakan memiliki momentum? Dua fakta tentang cahaya dan "partikel cahaya" yang disebut foton ini mungkin membuat Anda berpikir dua kali. Memang benar bahwa foton tidak memiliki massa inersia atau massa relativistik, tetapi ada lebih banyak cerita daripada sekadar jawaban dasar itu.
TL; DR (Terlalu Panjang; Tidak Dibaca)
Foton tidak memiliki massa inersia dan tidak memiliki massa relativistik. Eksperimen telah menunjukkan bahwa foton memang memiliki momentum. Relativitas khusus menjelaskan efek ini secara teoritis.
Gravitasi memengaruhi foton dengan cara yang mirip dengan bagaimana ia memengaruhi materi. Teori gravitasi Newton akan melarang ini, tetapi hasil eksperimen yang menegaskannya menambah dukungan kuat untuk teori relativitas umum Einstein.
Foton Tidak Memiliki Misa Inersia dan Misa Relativistik
Massa inersia adalah massa sebagaimana didefinisikan oleh hukum kedua Newton: Sebuah = F / m. Anda dapat menganggap ini sebagai resistensi objek terhadap akselerasi ketika gaya diterapkan. Foton tidak memiliki hambatan seperti itu dan bergerak pada kecepatan tercepat yang mungkin melalui ruang angkasa - sekitar 300.000 kilometer per detik.
Menurut teori relativitas khusus Einstein, benda apa pun dengan massa istirahat memperoleh massa relativistik ketika ia bertambah dalam momentum, dan jika sesuatu mencapai kecepatan cahaya, ia akan memiliki massa tak hingga. Jadi, apakah foton memiliki massa tak terbatas karena mereka bergerak dengan kecepatan cahaya? Karena mereka tidak pernah beristirahat, masuk akal bahwa mereka tidak dapat dianggap memiliki masa istirahat. Tanpa masa istirahat, itu tidak dapat ditingkatkan seperti massa relativistik lainnya, dan inilah sebabnya cahaya mampu bepergian dengan begitu cepat.
Ini menghasilkan seperangkat hukum fisika yang konsisten dengan eksperimen, sehingga foton tidak memiliki massa relativistik dan tidak memiliki massa inersia.
Foton Memiliki Momentum
Persamaannya hal = mv mendefinisikan momentum klasik, di mana hal adalah momentum, m adalah massa dan v adalah kecepatan. Ini mengarah pada asumsi bahwa foton tidak dapat memiliki momentum karena mereka tidak memiliki massa. Namun, hasil seperti eksperimen Compton Scattering yang terkenal menunjukkan bahwa mereka memiliki momentum, sama membingungkannya seperti yang terlihat. Jika Anda memotret foton pada sebuah elektron, mereka menyebar dari elektron dan kehilangan energi dengan cara yang konsisten dengan kekekalan momentum. Ini adalah salah satu bukti kunci yang digunakan para ilmuwan untuk menyelesaikan perselisihan tentang apakah cahaya berperilaku seperti partikel dan juga gelombang.
Ekspresi energi umum Einstein menawarkan penjelasan teoretis mengapa ini benar:
E2 = hal2c2 + mberistirahat2c2
Dalam persamaan ini, c mewakili kecepatan cahaya dan mberistirahat adalah massa sisanya. Namun, foton tidak memiliki masa istirahat. Ini menulis ulang persamaan sebagai:
E2 = hal2c2
Atau, lebih sederhana:
hal = E / c
Ini menunjukkan bahwa foton berenergi lebih tinggi memiliki lebih banyak momentum, seperti yang Anda harapkan.
Cahaya Dipengaruhi oleh Gravitasi
Gravitasi mengubah arah cahaya dengan cara yang sama mengubah arah materi biasa. Dalam teori gravitasi Newton, gaya hanya mempengaruhi benda-benda dengan massa inersia, tetapi relativitas umum berbeda. Materi melengkungkan ruangwaktu, yang berarti bahwa benda-benda yang bergerak dalam garis lurus mengambil jalur yang berbeda di hadapan ruangwaktu melengkung. Ini memengaruhi materi, tetapi juga memengaruhi foton. Ketika para ilmuwan mengamati efek ini, itu menjadi bukti kunci bahwa teori Einstein benar.