Масса фотона и смежные вопросы. Часть 1⁠⁠

Недавно, в комментариях под одним из постов у меня возник спор с несколькими людьми о массе фотона. Судя по тому, что какие-то комментарии набрали положительный рейтинг, а мои комментарии даже ушли в минус, некоторые заблуждения, относящиеся к этой теме, довольно популярны. Поэтому, в этой части я постараюсь тщательно их разобрать. Я не претендую на абсолютность моих слов, и в чем-то даже могу ошибаться. Поэтому всех призываю к обсуждению в комментариях к этому посту.

Все, что написано ниже, рассматривается с позиций релятивистской механики, в которой предельная скорость распространения взаимодействий ограничивается скоростью света. То есть c - скорость света.

1) Импульс равен произведению массы на скорость

Нет, механическое определение импульса в релятивистской механике принимает следующий вид

2) Масса частицы зависит от её скорости

Нет, масса частицы не зависит от выбора системы отсчета и, следовательно, от скорости движения. Это следует из соотношения между энергией и импульсом для частицы массы m

В левой части этого равенства стоит релятивистский инвариант.

3) А как же формула

Это просто кусок, выдранный из определения импульса. Здесь m0 обозначена масса покоящейся частицы, то есть при v = 0. Но так как масса не зависит от скорости, то m = m0. Поэтому если у приведенного выше выражения и есть физический смысл, то это точно не масса частицы.

4) У фотона есть масса, но отсутствует масса покоя

Так как масса частицы что в покое, что в движении - одна и та же, то давайте остановимся на том, что у фотона все-таки нет массы.

5) Но как же формула

Эта формула получена следующим образом

А знаете как получена формула E = mc^2?

Вы действительно хотите приравнять энергию покоящейся частицы к энергии фотона, который движется со скоростью света?

6) А с чего мы вообще взяли, что у фотона нет массы покоя и, следовательно, массы?

Дело в том, что фотоны движутся со скоростью, равной скорости света. Единственный способ избежать неприятностей (взгляните на формулу для импульса) в этом случае - принять массу фотона равной нулю.

7) Понятия массы и энергии эквивалентны

Нет. Всякая масса обладает энергией, но не всякая энергия обладает массой. Как раз поэтому в физике элементарных частиц принято измерять массу в электронвольтах. Это связано с тем, что массу частицы можно определить через её энергию покоя, то есть энергию, которой обладает частица, когда она покоится.

8) Но если у фотона нет массы, то что такое давление света?

В этом случае давление определяется импульсом фотонов, а не массой. Кстати, значение модуля импульса фотона можно найти из соотношения между энергией и импульса, положив в нем массу равной нулю

Таким образом, с позиций релятивистской механики, в которой максимальная скорость распространения взаимодействий принимается равной скорости света, масса фотона должна быть равна нулю.

В следующей части я расскажу, почему фотоны, даже не имея массы, испытывают влияние гравитационного поля. А в третьей части постараюсь объяснить, почему нельзя вот так просто взять и положить массу фотона равной нулю.