Miten fotonilla voi olla energiaa mutta ei massaa?

[rintape]

Siinähän se jo tulikin. Jos kerran energia ja massa on vanhan tutun kaavan E=mc2 mukaan sama asia, niin miten fotonilla voi olla energiaa mutta ei massaa? Jos tuohon kaavaan antaa massalle arvon nolla, niin eikö silloin energiakin saa arvon nolla?

t. Petri

[Kaizu]

Fotonin kohdalla energia E = h*v.
h = plankin vakio ja v = taajuus.

Kaizu

[Javs86]

Fotonin kohdalla energia E = h*v.
h = plankin vakio ja v = taajuus.

Kaizu

Kyseessähän on energiasta riippuva relativistinen (suhteellisuusteorian vaikutuksen alainen) liikemassa

[Lauri Kangas]

E = mc^2 ei päde fotonille. Se on yksinkertaistus laajemmasta kaavasta (ks. https://en.wikipedia.org/wiki/Energy%E2%80%93momentum_relation)



Fotonille m0 = 0 joten E = pc. Fotonin liikemäärä on p = h/lambda joten E = hc/lambda. Fotonin taajuus on v = c/lambda joten E = hv kuten Kaizu sanoi.

[kommo]

Siinähän se jo tulikin. Jos kerran energia ja massa on vanhan tutun kaavan E=mc2 mukaan sama asia, niin miten fotonilla voi olla energiaa mutta ei massaa? Jos tuohon kaavaan antaa massalle arvon nolla, niin eikö silloin energiakin saa arvon nolla?

t. Petri

Kerroin tämän jo Radioaallot-keskustelussa 

[rintape]

No niipä Kommo olikin jo samat kaavat toisaalla esittänyt.

Eli E=mc2 on osa totuutta, mutta ei koko totuus. Energiaa voi olla ilman massaa.

t. Petri

[Fotoniloukku]

Kysymys liippaa myös sitä, muuttuuko (massallisen) hiukkasen/kappaleen massa sen nopeuden muuttuessa. Esimerkiksi kappaleen lämpötilan, eli sen molekyylien nopeuden muutos pitäisi ilman muuta vaikuttaa sen massaan, vaikkakin hyvin vähän. Molekyylien liikettä tapahtuu joka suuntaa jolloin vaikutus ympäristöön on isotrooppinen, mutta yhdensuuntaisessa liikkeessä kuten pyörimisliike, aiheutuu mielenkiintoinen frame dragging ilmiö. Voisi siis veikata että valolta puuttuu tyystin massallisen kappaleen isotrooppisesti kaareuttava massa (m0), mutta sen tilalla on kohtisuoraan liikkeen suuntaan vaikuttava "gravitaatiomagnetismi".

[J Piira]

Tuo E = mc*c   ilmoittaa massan m sisältämän energian. Esim. kun  elektroni ja positroni kohtaavat  ne häviävät ja niiden massan sisältämästä energiasta syntyy kaksi gammakvanttia joiden energia on yhteistä massaa vastaava  energia (lepomassaa niillä ei ole) 

[mistral]

Voisi siis veikata että valolta puuttuu tyystin massallisen kappaleen isotrooppisesti kaareuttava massa (m0), mutta sen tilalla on kohtisuoraan liikkeen suuntaan vaikuttava "gravitaatiomagnetismi".

Tarkoitatko että fotoni ei kaareuta avaruutta sivusuunnassa vaan vain liikesuunnassa?

muok.
Eteenpäin suunnassa sekä valo että gravitaatio etenee samalla nopeudella joten edessä oleva alue on vakiokaareva niin kauan kunnes fotoni tulee paikan päälle.

[J Piira]

Tuo tuli vain mieleeni tästä massan ja energian riippuvuudesta lueskellessani tätätä keskustelua lauantai-iltana. Mielenkiintoista on myös se, että tuo mainitsemani ilmiö voi tapahtua myös toiseen suuntaan eli gammakvantti voi "muuttua" elekrtoniksi ja positroniksi. Molemmissa ilmiöissä kokonaisenergia säilyy.

[mistral]

Tuo tuli vain mieleeni tästä massan ja energian riippuvuudesta lueskellessani tätätä keskustelua lauantai-iltana. Mielenkiintoista on myös se, että tuo mainitsemani ilmiö voi tapahtua myös toiseen suuntaan eli gammakvantti voi "muuttua" elekrtoniksi ja positroniksi. Molemmissa ilmiöissä kokonaisenergia säilyy.

Totta, gammafotonien on vaan tultava tarkasti samaan pisteeseen jotta reaktio onnistuisi. Luulen että huikkaskiihdyttimessä on paljon helpompi yhdistää elektroni ja positroni kuin kaksi gammafotonia.

[Zalama]

Totta, gammafotonien on vaan tultava tarkasti samaan pisteeseen jotta reaktio onnistuisi. Luulen että huikkaskiihdyttimessä on paljon helpompi yhdistää elektroni ja positroni kuin kaksi gammafotonia.

Itseasiassa tätä tapahtunee jatkuvasti. Siinä vaan käy niin että syntyneet hiukkaset annihiloituvat yleensä välittömästi.

Tähän perustuu myös Hawkingin säteilyn teoria.

[mistral]

Itseasiassa tätä tapahtunee jatkuvasti. Siinä vaan käy niin että syntyneet hiukkaset annihiloituvat yleensä välittömästi.

Tähän perustuu myös Hawkingin säteilyn teoria.

Meinaatko että varauksen- ja liikemääränsäilymislain takia ensin syntyy elektroni-positroni pari ja kun ne kohtaa vastahiukkasensa, syntyy kaksi fotonia? Mielestäni koko periaate on kyseenalainen, enkä nyt tarkoita tätä annihilaatiota vaan ihan perimmäistä mekanismia. Jonkun täytyisi kyllä vääntää rautalangasta minulle, miksi Hawkingin säteily ei toimi muualla kuin tapahtumahorisontissa.

[Eusa]

Meinaatko että varauksen- ja liikemääränsäilymislain takia ensin syntyy elektroni-positroni pari ja kun ne kohtaa vastahiukkasensa, syntyy kaksi fotonia? Mielestäni koko periaate on kyseenalainen, enkä nyt tarkoita tätä annihilaatiota vaan ihan perimmäistä mekanismia. Jonkun täytyisi kyllä vääntää rautalangasta minulle, miksi Hawkingin säteily ei toimi muualla kuin tapahtumahorisontissa.

https://www.youtube.com/watch?v=itWEUG4s4Os
https://arxiv.org/pdf/1406.1525v1.pdf

Viimeaikaisessa tutkielmassa on päädytty mahdollisuuteen, että Hawkingin säteilyä tapahtuu kyllä muuallakin kuin tapahtumahorisontin läheisyydessä, itseasiassa jyrkentyvässä gravitaatiokentässä kiihtyvästi niin, että koko tapahtumahorisonttia ei ehkä ehdi muodostua.

[Zalama]

Meinaatko että varauksen- ja liikemääränsäilymislain takia ensin syntyy elektroni-positroni pari ja kun ne kohtaa vastahiukkasensa, syntyy kaksi fotonia? Mielestäni koko periaate on kyseenalainen, enkä nyt tarkoita tätä annihilaatiota vaan ihan perimmäistä mekanismia. Jonkun täytyisi kyllä vääntää rautalangasta minulle, miksi Hawkingin säteily ei toimi muualla kuin tapahtumahorisontissa.

Hawkingin säteilyhän on hiukkassäteilyä jos nyt olen oikein ymmärtänyt. Siinä toinen pareista putoaa tapahtumahorisonttiin ja toinen pakenee. Näiden kahden kahden eri varauksellisen hiukkasen vahva sähköinen vuorovaikutus vetää näitä kahta jo valmiiksi vierekkäin olevaa hiukkasta toisiinsa, joten voiman joka pitäisi nämä erossa täytyy olla erittäin voimakas.

Normaalissa tapauksessa jos säteily muodostaa materia ja antimateria hiukkaset niin ne annihiloituvat ja muodostavat uudelleen säteilyä, jonka kvantin energia on sama kuin alkuperäisen ja tuloksena täysin samaa säteilyä kuin mistä virtuaalihiukkaset muodostuivat. Tätä tapahtumaa ei oikein voi siis havaita. Näitä hiukkasia kutsutaan virtuaalihiukkasiksi. https://fi.wikipedia.org/wiki/Virtuaalihiukkanen

Korjatkaa jos olen väärässä. Olen melko maallikko näissä modernin fysiikan ilmiöissä vaikka ne kiinnostavatkin.