Quando a ouvir pela primeira vez, a ideia de que a luz pode ter massa pode parecer ridícula, mas se não tiver massa, porque é que a luz é afectada pela gravidade? Como se pode dizer que algo sem massa tem força? Esses dois fatos sobre a luz e as “partículas de luz” chamadas fótons podem fazer você pensar duas vezes. É verdade que os fótons não têm massa inercial ou massa relativística, mas há mais na história do que apenas essa resposta básica.

TL; DR (Demasiado longo; não leu)

Os fótons não possuem massa inercial nem massa relativística. Experimentos demonstraram que os fótons têm momentum, no entanto. A relatividade especial explica esse efeito teoricamente.

A gravidade afeta os fótons de um modo semelhante ao que afeta a matéria. A teoria da gravidade de Newton proibiria isso, mas resultados experimentais confirmando adicionam um forte apoio à teoria da relatividade geral de Einstein.

Fótons não têm massa inercial e nenhuma massa relativista

Massa inercial é a massa como definido pela segunda lei de Newton: um

F
/ m
. Você pode pensar nisso como a resistência do objeto à aceleração quando uma força é aplicada. Os fótons não têm essa resistência e viajam na velocidade mais rápida possível pelo espaço - cerca de 300.000 quilômetros por segundo.

De acordo com a teoria da relatividade especial de Einstein, qualquer objeto com massa de repouso ganha massa relativista à medida que aumenta o impulso; se algo alcançasse a velocidade da luz, teria massa infinita. Então, os fótons têm massa infinita porque viajam na velocidade da luz? Como eles nunca descansam, faz sentido que eles não possam ser considerados como tendo massa em repouso. Sem uma massa de repouso, ela não pode ser aumentada como outras massas relativísticas, e é por isso que a luz é capaz de viajar tão rapidamente.

Isso produz um conjunto consistente de leis físicas que concordam com experimentos, então os fótons têm sem massa relativista e sem massa inercial.

Fótons têm momentânea

A equação p
= mv
define o momento clássico, em que p
é momento, m
é massa e v
é velocidade. Isso leva à suposição de que os fótons não podem ter impulso porque não têm massa. No entanto, resultados como os famosos experimentos de Dispersão de Compton mostram que eles têm momentum, por mais confuso que isso pareça. Se você fotografar fótons em um elétron, eles se dispersam dos elétrons e perdem energia de maneira consistente com a conservação do momento. Essa foi uma das principais evidências que os cientistas usaram para resolver a disputa sobre se a luz se comportava como uma partícula assim como uma onda às vezes.

A expressão energética geral de Einstein oferece uma explicação teórica de por que isso é verdade:

E

<sup>2

= p 2 c
2 + m
_{rest 2 c> 2}</sup>

Nesta equação, c
representa a velocidade da luz e m
_{o resto é a massa restante. No entanto, os fótons não têm massa de repouso. Isso reescreve a equação como:}

E

<sup>2

= p < sup> 2 c
2</sup>

Ou, mais simplesmente:

p

= E
/ c

Isso mostra que os fótons de alta energia têm mais impulso, como seria de esperar.

A luz é afetada pela gravidade

Gravidade altera o curso da luz da mesma forma que altera o curso da matéria comum. Na teoria da gravidade de Newton, a força só afetou as coisas com massa inercial, mas a relatividade geral é diferente. A matéria distorce o espaço-tempo, o que significa que as coisas que viajam em linhas retas tomam caminhos diferentes na presença do espaço-tempo curvo. Isso afeta a matéria, mas também afeta os fótons. Quando os cientistas observaram esse efeito, ele se tornou uma evidência importante de que a teoria de Einstein estava correta.