Je foton skutečně nehmotný?
Vzorec E = m.c^2 je podle tohoto chápání vztahem přeměny hmoty na energii nebo v jiných procesech přeměny energie na hmotu. A hmota má být téměř totéž co energie, nebo přesněji, vše má být energie a hmota má být jednou z jejích podob. První nesrovnalost tady ale je, že písmeno m zde neoznačuje hmotu, ale hmotnost. Hmotnost je jedna z vlastností hmoty. Další vlastností je právě energie.
Když uděláme prostinkou matematickou analýzu, je ze vzorce E = m.c^2 zřejmé, že hmotnost a energie jsou rozdílné entity, není to totéž. Kdyby to totiž bylo totéž, zněla by ona rovnice E = m. Ale ona má tvar E=m.c^2. Z této rovnice taky plyne, že zatímco hmotnost má fyzikální rozměr kg, energie je kg.m^2.s^-2. Z toho je tedy jasný nejen fakt, že hmotnost (hmota?) je něco jiného než energie, ale také že hmotnost je neoddělitelnou složkou energie, tedy že neexistuje žádná energie bez hmotnosti. Onen kg (hmotnost) je totiž obsažen ve fyzikálním rozměru energie, tedy v kg.m^2.s^-2 (tedy i v energii). A protože nikdo netvrdí, že fotony nemají energii, musí také každý souhlasit s tím, že mají i hmotnost.
Totéž vyplývá z všeobecně přijímaného, nikým nezpochybňovaného faktu, že fotony mají impuls. Impuls je směrová míra pohybu (energie je míra pohybu, která v sobě neobsahuje informaci o směru). Impuls p je součinem hmotnosti a rychlosti, p = m.v. V případě fotonu, který se pohybuje rychlostí světla tedy p = m.c. Kdyby foton neměl hmotnost, pak by neměl ani impuls, protože by pak platilo p = 0.c = 0. Totéž platí pro energii. Má-li foton energii, což nikdo nezpochybňuje, musí mít hmotnost. Kdyby ji neměl, pak by platilo z E = m.c^2 že E = 0.c^2, tedy E=0.
Naprosto jistě tedy foton efektivní hmotnost má. Jiná věc je jeho klidová hmotnost. Podle výpočtů by měl mít nulovou klidovou hmotnost. Nelze tady ale použít vzorec speciální teorie relativity pro růst hmotnosti s růstem rychlosti, protože speciální teorie relativity není platná pro rychlost světla. Argumenty pro to najdete zde: Proč má teorie relativity problém s rychlostí světla. V podstatě jde ale o to, že foton se nezrychluje z klidu na nějakou rychlost jako tělesa s nenulovou klidovou hmotností. Ještě důležitější ale je, že foton není nikdy v klidu, takže představa nulové klidové hmotnosti, je fantazie o něčem, co nemůže existovat. A protože tedy nulová klidová hmotnost nejde přímo empiricky ověřit, není to ani vědecká představa. Finální rozhodnutí v empirickém oboru jako je fyzika totiž dává pouze empirické ověření nebo vyvrácení. To ale pochopitelně není možné u stavu, který nemůže existovat.
K tvrzení nevědeckosti nulové klidové hmotnosti jde dojít také následující prostou úvahou. Představme si, že nějaký objekt O má nulovou hmotnost (proto jsme zvolili O připomínající nulu). Pozorujme ho v té inerciální souřadné soustavě, kde je v klidu, aby nám nekomplikoval úvahu relativistický růst hmotnosti s rychlostí. Do tohoto objektu O narazí jiný objekt H, který hmotnost má (H jako hmotnost). Z této srážky by podle klasické mechaniky na základě zachování impulsu musel objekt O odletět nekonečnou rychlostí. Ale jsme v moderní fyzice, kde nekonečná rychlost není možná, takže by to bylo složitější. Mohli bychom ale změřit ztrátu energie objektu H způsobenou srážkou, protože objekt H musí část své energie předat objektu O, aby se objekt O začal pohybovat. (Pro názornost si představte srážku pohybující se kulečníkové koule se stojící koulí.) Ztráta energie objektu O bude ale nulová. (Pro pochopení si představme, že koule O je z polystyrenu a koule H ze železa.) Navíc by to nešlo empiricky potvrdit ani vyvrátit, protože každé měření má nenulovou nepřesnost. V té se malá, téměř nulová změna "utopí" a tak nikdy nebudeme schopni rozlišit, jestli byla nulová nebo velmi malá.
A nejenže představa nulové hmotnosti fotonu není v empirické fyzice ani vědecká, ale i výpočet jeho klidové hmotnosti založený na experimentálním měření jeho vlastností nedává nulu, ale nenulovou hmotnost 1×10-18 eV/c^2 (třeba viz tento link). Je to ale horní limit, který vyplývá z nenulové nepřesnosti měření, jak jsme vyložili výše.
Čím se tedy ale foton liší od částic s (nenulovou) klidovou hmotností? Rozdíl je v tom, že veškerá energie fotonu je v jeho přímočarém pohybu. U částic s nenulovou hmotností je velká část jejich energie, kterou si můžeme představit (bez nároku na vědeckou přesnost) jako vnitřní rotaci (spin) nebo pohyb ve 4.dimenzi prostoročasu. Prostě to není energie pohybu v našem 3D prostoru. K tomu spinu navíc je vhodné dodat, že to vypadá, že jde o rotaci okolního pole spolu s rotací částice.
Takže nevěřte fyzikálnímu katechismu, který tvrdí, že hmota mění v energii a energie ve hmoty a že foton nemá hmotnost. Nic takového není pravdou.
-------------------------
Jestli vás zajímají korekce dalších nevědeckých představ fyziky, zkuste třeba:
Co skutečně znamená rovnice E=mc^2Proč neexistuje prostoročasChybička pana Einsteina aneb proč není současnost jen iluzeNevědecké pohádky moderní vědy III - "náboženství" Schrödingerovy kočky
Jan Fikáček, Ph.D.
Fake news o historii vztahu Izrael-Palestina
To hlavní z historie oblasti najdete v minulém blogu, který překvapivě zařadila do „Zaujalo nás“ redakce blogů iDnes. Dnes uvedeme na pravou míru některé pomýlené pověsti o této oblasti a nahradíme je historickými fakty.
Jan Fikáček, Ph.D.
Proč jsou izraelská média daleko méně proizraelská než česká?
A nejde jen o izraelská média. USA jsou přece dlouholetý a věrný spojenec Izraele, ale ani ony nestojí teď vždy na straně Izraele. Proč? Proč se snaží válečné tažení Izraele brzdit a volají po příměří?
Jan Fikáček, Ph.D.
Tak přece má foton hmotnost!?
Fyzika je úžasná věda, která proměnila celou naši civilizaci. Stačí vzpomenout třeba jen elektřinu bez níž by nebyly počítače, mobily, TV, osvětlení našich bytů atd. Ovšem výjimečně se v ní objeví i dost iracionální tvrzení.
Jan Fikáček, Ph.D.
Solvay institut - Einstein, Schrödinger, Planck, Heisenberg, Bohr atd.
Od roku 1911 se konají Solvayovské konference, kterých se ve dvacátých letech účastnili dnes nejslavnější fyzici jako Einstein, Planck, Bohr, Heisenberg. Tyto konference jsou známé hromadnými fotografiemi nejslavnějších fyziků.
Jan Fikáček, Ph.D.
Nahraďte svou ženu a děti umělou trpělivostí (inteligencí?)!
Tak jo, uznávám, že ženu a děti nelze umělou inteligencí nahradit ve většině případů, ale v jednom by to asi šlo, ne? :)
Další články autora |
Atentát na Fica. Slovenského premiéra postřelili
Slovenského premiéra Roberta Fica ve středu postřelili. K incidentu došlo v obci Handlová před...
Fico je po operaci při vědomí. Ministr vnitra mluví o občanské válce
Slovenský premiér Robert Fico, který byl terčem atentátu, je po operaci při vědomí. S odkazem na...
Fica čekají nejtěžší hodiny, od smrti ho dělily centimetry, řekl Pellegrini
Zdravotní stav slovenského premiéra Roberta Fica je stabilizovaný, ale nadále vážný, řekl po...
Pozdrav z lůžka. Expert Antoš posílá po srážce s autem palec nahoru
Hokejový expert České televize Milan Antoš, kterého v neděli na cestě z O2 areny srazilo auto, se...
Novotný je na vyhazov z ODS. Výroky o Slováčkové překročil hranici, řekl Benda
Starosta Řeporyjí Pavel Novotný překročil hranice, které by se překračovat neměly, kritizoval v...
Írán udeřil na „satanisty“, zadržel 250 lidí. Podle policie byli obscénní
Íránská policie zatkla za propagaci satanismu více než 250 lidí, včetně tří Evropanů. S odkazem na...
Vlak na Děčínsku usmrtil člověka, provoz na trati do Ústí nad Labem je přerušen
Vlak u Dobkovic na Děčínsku v pátek vpodvečer srazil člověka. Na místě podlehl svým zraněním, řekl...
Fica střelili CIA, WHO a Ukrajinec. Atentát spustil kolotoč dezinformací
Po atentátu na slovenského premiéra Roberta Fica se ihned na sociálních sítích vyrojily...
Ukrajinci přeměnili sportovní letadla na stroje zkázy. Rusové jsou bezradní
Premium Ukrajinci využívají k útokům na ruském území stále kreativnější postupy. Jedním z posledních je...
Rozdáváme batolecí mléko ZDARMA
Na cestě mateřstvím se potkáváme s různými výzvami. V případě výživy našich nejmenších představuje kojení ten nejlepší základ. Pokud však kojení...
- Počet článků 311
- Celková karma 28,42
- Průměrná čtenost 3139x
Chcete-li sledovat diskuse v "jeho" skupině, připojte se do Vědecké filosofie & Fyziky (nejen). jfikacek@gmail.com
Upozornění: Toto je popularizační blog pro veřejnost, neberte ho tedy jako vědeckou dizertační práci. Někdy je to jen divoká fantazie. Na druhé straně se snaží udržovat jistou vědeckou kvalitu, takže "esoterické" komentáře nejsou vítány. P.S.: Osobně útočné a odborně velmi nekvalitní komentáře, zejména velmi dlouhé, budou mazány.