Massa van een foton

Eucalypta stelde deze vraag op 26 november 2005 om 19:33.
J. Brabers schrijft in zijn/haar reactie op Metz' bijdrage aan pieters kwestie "gamma" van 26.11.2005 dat een foton volgens Einstein "een massa [heeft] gelijk aan m=Efoton/(c*c)", doch geen rustmassa. Ik verzoek u om nadere uitleg. Wat is de zin of betekenis van het toekennen van een massa aan een foton dat altijd reist met de lichtsnelheid die geldt in het desbetreffende medium? Hoe kun je de massa van een foton bepalen? Als u een trosje fotonen op een balans wilt leggen of aan een veer wilt laten trillen, moet die met de lichtsnelheid met de fotonen meereizen, wat niet eenvoudig is. [Te stellen dat een foton een impuls heeft, is toch weer iets anders.] Bedoelde Einstein niet dat uit de energie van een foton een rustmassa m=E/c² kan ontstaan: u levert energie in en krijgt er rustmassa voor terug?

Reacties

J. op 26 november 2005 om 19:42
Energie kan in massa worden omgezet en vice versa. Of anders gezegd: het zijn 2 vormen van hetzelfde verschijnsel. Bij absorptie van een foton in bijv een atoom neemt de massa van dat atoom inderdaad toe. Wordt vanuit het atoom weer een foton uitgezonden dan neemt de "energieinhoud" van het atoom en daarmee de massa af.
J. op 26 november 2005 om 19:50
U zegt het zelf al: de fotonen reizen met de lichtsnelheid. Juist daarom moet hun rustmassa m0=0 zijn. De totale massa van een eenparig bewegend deeltje is immers (speciale relativiteitstheorie) m = m0/V(1-(v*v)/(c*c)) (N.B. V staat voor "wortel"). Wanneer een deeltje met de lichtsnelheid reist (v=c) dan wordt de noemer in deze uitdrukking nul. Bij een eindige m0 levert dat een oneindige m en een oneindige energie E=mc2 op. Fysisch is dat niet acceptabel. Derhalve m0=0 in geval van een foton.
Eucalypta op 26 november 2005 om 21:16
Het gaat me niet om de RUSTmassa van een foton (indien men daarvan al kan spreken).Het gaat me om het toekennen van een massa aan een met de lichtsnelheid reizend foton.Als Einstein in zijn derde artikel van 1905 schrijft "Geeft een lichaam de energie E in de vorm van straling af, dan verkleint zijn massa zich met E/c²", zegt hij daarmee niet dat het foton een massa E/c² heeft.Het is ook weinig bevredigend die veronderstelde massa af te leiden uit m=m0/sqrt[1-(v/c)²] = "nul gedeeld door nul".Het heeft zin te spreken van de energie, impuls en voortplantingssnelheid van een foton.Heeft het ook zin te spreken over zijn (veronderstelde) massa?
Bert op 27 november 2005 om 13:30
Leuke discussie!Mijns inziens heeft Eucalypta helemaal gelijk: als een 'deeltje' geen rustmassa heeft, dan heeft het ook geen zin om over zijn massa te spreken.De schrijfwijze: E^2 = m^2.c^4 + p^2.c^2 (waarbij m de rustmassa) geeft dat duidelijk weer (geen rustmassa, dan alleen kinetische energie) en voorkomt het probleem van delen door nul.Anderzijds blijft de vraag of een foton massa zou kunnen hebben natuurlijk gerechtvaardigd. In dat geval zou de electromagnetische wisselwerking een eindige dracht hebben, en somige theoretici veronderstellen dat tijdens de 'inflatie' van het universum fotonen wel degelijk massa gehad hebben. Moderne experimenten geven een bovengrens 10^-51 gram voor de fotonmassa (http://www.aip.org/enews/physnews/2003/split/625-2.html).Meer hierover op:http://math.ucr.edu/home/baez/physics/ParticleAndNuclear/photon_mass.htmlHet daarin genoemde artikel van Lev Okun in Physics Today van juni 1989 geeft een heldere bespreking van de begripsverwarring rond rustmassa en relativistische energie.Uit dit laatste artikel nog het volgende citaat uit een brief van Albert Einstein (van 19 juni 1948 aan Lincoln Barnett):"Es is nicht gut van der Masse M=m/sqrt(1-v^2/c^2) eines bewegten Körpers zu sprechen, da für M keine klare Definition gegeben werden kann. Man beschrankt sich besser auf die 'Ruhe-Masse' m. Daneben kann man ja den Ausdruck für Momentum und Energie geben, wenn man das Trägheitsverhalten rasch bewegter Körper angeben will."Bert
J. op 27 november 2005 om 21:46
We moeten een beetje uitkijken dat we niet de fysica een beetje uit het oog verliezen en we ons druk maken om een "game of words". De fotonmassa is wel degelijk een zinvol concept dat ook als zondanig onderwerp van research is. Nota bene L. Okun, waarschijnlijk dezelfde als die waarnaar Bert Metz refereert, heeft er zich o.a. mee bezig gehouden (Phys. Uspekhi 11, 338 (1968) of zie bijv ook J.D. Jackson, Classical Electrodynamics 2nd ed. Wiley&sons p. 5-6).De vraag is wat je massa NOEMT. Een aanvaarde definitie is nu eenmaal m=m0/V(1-(v*v)/(c*c)) waarbij m0 de rustmassa wordt genoemd (zie bijv. Einstein's theory of relativity door Max Born (Dover uitgave) p. 273). De impuls van een deeltje kan er bijv. op de "gebruikelijke" wijze in worden uitgedrukt: p=mv=m0v/V(1-(v*v)/(c*c)). Dat deze formule wat vervelend uitpakt bij v=c, met name omdat m in dat geval niet gedefinieerd zou zijn, doet niet ter zake. Juist deze formule laat zien dat m0 in dat geval niets anders dan 0 kan zijn omdat elke eindige m0 een divergentie oplevert. Het niet van toepassing zijn van bovenstaande definitie in geval van een foton zou zelfs een element van inconsistentie of gebrek aan algemeenheid in de relativiteitstheorie betekenen wat er nu eenmaal (gelukkig) niet is.Er is volgens mij daarnaast geen bezwaar tegen het toekennen van een massa aan een foton via bijv m=hf/(c*c) (h constante van Planck, f frequentie). Kortom: de rustmassa is nul, de totale massa hangt simpelweg van de energie van het foton af. Te spreken over een energie of juist over een massa is in dit geval volgens mij eerder een kwestie van smaak (ze zijn toch equivalent) dan van een subtiel fysisch onderscheid.
Pieter op 31 december 2018 om 13:31
Iets wat massa heeft kan de lichtsnelheid niet bereiken, toch? Zoals een object.
Dan zou een foton geen massa en dus ook geen energie hebben
Theo de Klerk op 31 december 2018 om 13:33
>geen massa en dus ook geen energie
Foute redenatie. Massa deeltjes hebben een energie E=mc2 (deze formule geldt niet voor m=0), massaloze deeltjes (alleen fotonen voor zover we weten) hebben een energie gerelateerd aan hun frequentie: E=hf
Dirk op 19 november 2019 om 10:45

Eucalypta plaatste:

Het gaat me niet om de RUSTmassa van een foton (indien men daarvan al kan spreken). Het gaat me om het toekennen van een massa aan een met de lichtsnelheid reizend foton. Als Einstein in zijn derde artikel van 1905 schrijft "Geeft een lichaam de energie E in de vorm van straling af, dan verkleint zijn massa zich met E/c²", zegt hij daarmee niet dat het foton een massa E/c² heeft. Het is ook weinig bevredigend die veronderstelde massa af te leiden uit m=m0/sqrt[1-(v/c)²] = "nul gedeeld door nul". Het heeft zin te spreken van de energie, impuls en voortplantingssnelheid van een foton. Heeft het ook zin te spreken over zijn (veronderstelde) massa?
Waarom ontsnapt het niet uit een zwart gat?
Theo de Klerk op 19 november 2019 om 11:36
Een foton vertegenwoordigt een hoeveelheid energie (E = hf). Als de energie nodig om uit een zwart gat te ontsnappen groter is, dan komt het foton niet uit het gat. Zoals een balletje in een kom niet uit de kom komt als zijn (kinetische) energie te klein is om over de rand van de kom te komen.
Ton op 15 mei 2024 om 06:28

Wanneer men stelt dat een foton een oneindig kleine massa heeft, vallen (volgens mij) een hoop verschijnselen die men m.b.t. licht waarneemt beter te verklaren. Je zou dan hypothetisch nog meer deeltjes kunnen hebben die een nog kleinere massa hebben dan die van de oneindig lichte foton.

De waarde van c blijft natuurlijk wel de snelheid van een deeltje met een veronderstelde massa van nul, alleen niet meer die van een foton die gaat dan een oneindig klein beetje (nog niet voor de mens waarneembaar) trager.

Theo de Klerk op 15 mei 2024 om 09:09

We stellen niet een oneindig kleine (maar dus niet-0) massa voor een foton. Het foton heeft geen (rust)massa. Nul dus. Absoluut 0. En alleen dan kan het (volgens huidige theorieen) de lichtsnelheid halen als hoogst-haalbare. Elke massa, zelfs de bijna-nul massa's, benaderen deze snelheid hooguit asymptotisch omdat steeds meer van de energie in de "relativistische massa" gaat zitten en niet in de (kinetische) snelheid waardoor snelheid c wel benaderd maar niet bereikt wordt.

 En wat er dan allemaal zoveel beter te verklaren valt als dat niet zo is, is mij onduidelijk.

Plaats een reactie

+ Bijlage

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Roos heeft achtentwintig appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Roos nu over?

Antwoord: (vul een getal in)