✅Імпульс фотона

На початку XX ст. вдалося пояснити явище фотоефекту. Для цього треба було допустити, що світло існує у вигляді порцій – квантів, або фотонів, що рухаються з високою швидкістю. Як і будь-який рухомий матеріальний об’єкт, фотон володіє деякою кількістю руху – імпульсом. У статті опишемо, чим визначається імпульс фотона, в чому вимірюється, виведемо формулу імпульсу фотона.

Імпульс матеріального об’єкта

У природі існує ряд законів збереження, кожен з яких обумовлюється деякою симетрією і однорідністю в природі. Зокрема, з симетрії і однорідності простору слід закон збереження кількості руху (імпульсу). Будь-який матеріальний об’єкт володіє деяким імпульсом, який може бути отриманий від інших об’єктів або переданий їм, сумарний імпульс в ізольованій системі залишається постійним.

Даний закон поширюється на будь-які матеріальні об’єкти: від скупчень галактик до елементарних частинок. Імпульс дорівнює добутку швидкості об’єкта на його масу і вимірюється в кілограм-метрах в секунду.

Фотон і його маса

З наведеної формули випливає, що будь-який об’єкт, що рухається з деякою швидкістю і володіє деякою масою, має деякий імпульс. Якщо швидкість дорівнює нулю, то і імпульс буде дорівнює нулю. А що, якщо нулю буде дорівнює маса?

З формули випливає, що і в цьому випадку імпульс буде дорівнює нулю. Однак ситуація тут більш цікава. Що таке “об’єкт нульової маси”? Як у матеріального об’єкта може бути нульова маса?

Маса – це міра інертності, і нульова маса означає, що у об’єкта немає інертності, його не можна розігнати або уповільнити. Відразу при виникненні такий об’єкт рухається зі швидкістю, яку не можна перевищити, тобто зі швидкістю світла, і рухається завжди.

Але при цьому, якщо у об’єкта є енергія, то з принципу еквівалентності маси і енергії йому все ж можна приписати деяку «віртуальну» масу, а значить, і його імпульс буде ненульовим.

Об’єкт, який не має маси, завжди рухається зі швидкістю світла і при цьому має деяку енергію – це фотон, квант електромагнітного поля.

Отримане значення іноді називають релятивістською масою фотона. Позначення “релятивістська маса” означає, що дана маса не є мірою інертності фотона. Поняття інертності до фотону не застосовується. Але якщо фотон буде поглинений деякою системою, то зміна маси системи відбудеться саме на цю величину.

Ця ж маса входить у формулу імпульсу фотона.

Знак модуля використовується через те, що значення швидкості світла – це скаляр. Напрямок вектора імпульсу фотона збігається з напрямком його руху.

Що ми дізналися?

Фотон – це квант електромагнітного поля, маса якого дорівнює нулю. Однак оскільки фотон має енергію, то йому можна поставити у відповідність деяку релятивістську масу. Таким чином, фотон володіє деяким імпульсом (кількістю руху).

Посилання на основну публікацію