Könnte die Broglie-Gleichung oder das Higg-Feld einem Photon "Masse" verleihen?

Ich weiß, dass es wahrscheinlich Hunderte von Fragen zur Masse eines Photons gibt, aber keine dieser Fragen konnte einige Probleme klären.

Ich habe mit einem Typen auf Facebook gesprochen, der sagt, dass Photonen Masse haben. Er verwendet einen Begriff "maupertusianische Masse" (der verwendete Begriff ist "massa maupretusiana", weil die Diskussion auf Portugiesisch geführt wurde) und wird Paul Langevin zugeschrieben, aber ich habe nichts darüber gefunden. Und er sagte, Poincaré habe irgendwie bewiesen, dass das Photon eine Masse hat, und ein NASA-Wissenschaftler fand heraus, dass sie in der Größenordnung von liegen sollte 4 × 10 44 Gramm.

Das Problem ist, dass ich keinen Konsens über die Definition von Masse selbst finden kann. Im Moment werde ich Masse als Ruhemasse definieren, wenn Sie das Teilchen irgendwie in eine Skala einordnen und einen Wert ungleich Null finden könnten. Mir wurde gesagt, dass Photonen keine Ruhemasse haben , sondern eine relativistische Masse , und diese Masse gibt ihnen ihren Impuls. Wenn ich dann zum Beispiel ein Proton in eine Waage eintragen würde, würde ich seine Masse finden, aber ich würde nichts für das Photon finden.

Das Kontraintuitivste ist, dass Photonen zwar Impuls haben, aber keine Masse.

Die meisten Leute denken, dass Impuls aufgrund der Beziehung mit Masse zu tun hat P = M v , aber dann könnte das Photon überhaupt keinen Impuls haben.

Die Erklärung, die die meisten Leute geben (und ich denke, dass es die richtige ist), ist, dass jeder Impuls eines Photons relativistisch ist.

Die "vollständige Gleichung" der Energie in der Relativitätstheorie ist E 2 = M 2 C 4 + P 2 C 2 . Da ein Photon keine Masse hat, hat es nur Impuls und es hängt von seiner Energie ab E = P C .

Das ist in Ordnung. Korrigieren Sie mich, wenn ich falsch liege: Dieser Impuls hat nichts mit der tatsächlichen Masse zu tun. Ich meine, Photonen haben keine Ruhemasse und es impliziert, dass dieser Impuls nur mit Energie zusammenhängt, aber nichts mit Masse zu tun hat.

Das Problem entsteht, wenn wir die Gleichung von de Broglie berücksichtigen.

λ = H P = H M v

Diese Gleichung funktioniert für das Photon, weil es Impuls hat. Aber impliziert das, dass ein Photon eine Masse hat? Wir können einfach verwenden v = C und bestimme die Masse eines Photons. Ist das korrekt? Wenn dieser Impuls nicht auf die tatsächliche Masse zurückzuführen ist , sondern relativistisch ist, macht es keinen Sinn, mit dieser Gleichung eine Masse für ein Photon zu finden.

Ich kann diese Sache einfach nicht fassen, weil ich nicht einmal definieren kann, was genau Masse überhaupt ist! Und was noch schlimmer ist, relativistische Masse ist in vielen Lehrbüchern ein veralteter Begriff. Derselbe Typ sagte, dass es einem Photon möglich ist, mit dem Higg-Feld zu interagieren und an Masse zu gewinnen. Ich kann es auch nicht fassen.

Kann mir bitte jemand zusammenfassend die folgenden Fragen erklären? Wenn wir normalerweise von Masse sprechen, worüber genau sprechen wir (zB Masse eines Protons)? Können Photonen wirklich keine Masse haben? Der Begriff "maupertusian" oder ähnliches wurde in einigen wissenschaftlichen Literatur verwendet? Es ist richtig zu sagen, dass der Impuls des Photons nichts mit der tatsächlichen Masse zu tun hat, und es macht dann keinen Sinn, die Gleichung von de Broglie zu verwenden, um ihn zu berechnen? Können Photonen mit dem Higgs-Feld interagieren? Und schließlich, besteht die Möglichkeit, dass ein Photon auf irgendeine Weise oder unter bestimmten Umständen eine Masse haben könnte? Ich meine, genauso wie zum Beispiel ein Proton Masse hat? Oder nicht, es ist völlig unmöglich, überhaupt einen Wert für die Masse eines Protons zu finden, egal unter welchen Umständen?

Ich hoffe jemand kann meine Frage verstehen und mir bei der Klärung helfen. Tut mir leid, wenn ich zu viel frage, aber da habe ich wirklich nach Antworten gesucht, aber keine hat das Problem gelöst. Vielen Dank im Voraus!

Antworten (3)

Photonen haben Energie und Impuls, aber keine Masse. In der modernen Physik bedeutet „Masse“ „Lorentz-invariante Masse“, definiert durch M 2 C 4 = E 2 P 2 C 2 . Ihre deBroglie-Gleichung mit M ist nichtrelativistisch und gilt nicht für Photonen.

Sie sollten nur eine Frage auf einmal stellen (nicht zwölf!), also habe ich einige Ihrer wichtigsten beantwortet.

Ihr Facebook-Freund hat nicht dem Mainstream entsprechende Ansichten über Physik. Ich empfehle Ihnen, sie zu ignorieren.

Die Art und Weise, wie Sie es einfach geputtet haben, hat meine Meinung geklärt. Ich denke, es liegt daran, dass ich die richtigen Begriffe nicht kannte. Es tut mir sehr leid wegen der 12 Fragen, und ich denke, ich sollte diesen Tread beenden, um nicht gegen die Regeln der Website zu verstoßen. Trotzdem danke für die Antwort. Dann sollte die direkte Antwort lauten: Nein, Photonen haben keine Masse und das ist es.

Ich denke, dass einige Ihrer Fragen bereits beantwortet sind, daher möchte ich einige verbleibende Dinge klarstellen. Jedes Objekt, das sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, kann überhaupt keine Masse haben. Ein Photon kann also unter keinen Umständen Masse haben. Relativistische Masse existiert nicht. Es ist nur ein Begriff, der erfunden wurde, um die korrigierten Gleichungen der Mechanik Newtons ähnlich aussehen zu lassen. (Newton definierte Impuls als P = M v , während die Spezielle Relativitätstheorie es definiert als P = γ M v So γ M wurde relativistische Masse 'genannt', die sich mit der Geschwindigkeit ändert)

Zweitens interagiert das Photon nicht mit dem Higgs-Feld. Aber ich würde gerne technischer werden und zeigen, warum andere Teilchen Masse haben. Es gibt eine physikalische Eigenschaft von Elementarteilchen, die als Chiralität bekannt ist. Chiralität kann "linkshändig" oder "rechtshändig" sein. Linkshändige Teilchen haben eine Eigenschaft, die als "schwache Hyperladung" bekannt ist (nur etwas, das Sie im Hinterkopf behalten können). Um von Linkshändigkeit zu Rechtshändigkeit zu wechseln, müssen die Partikel die schwache Hyperladung abgeben. Im Higgs-Feld erhalten die Teilchen die schwache Hyperladung und geben sie wieder ab. Nun ändern Elektronen oft ihre Chiralität, und deshalb müssen sie mit dem Higgs-Feld interagieren (um die schwache Hyperladung "aufzugeben" und "aufzunehmen"), und so erhält es Masse.Das Photon hingegen ändert seine Chiralität nicht, es interagiert nicht mit dem Higgs-Feld. Wenn das Elektron seine Chiralität nicht ständig ändern würde, wäre es auch masselos (und könnte sich mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen). So bekommt jedes Teilchen seine Masse und das Photon hat keine Masse.

SEITENBEMERKUNG: Der Impuls eines Photons hat keine Beziehung zu seiner Masse. Das Photon eines Lichts ist definiert als P = E C und so erhalten wir:

λ = H P = H E C = H C E

Photonen sind quantenmechanische Elementarteilchen und im Standardmodell der Teilchenphysik axiomatisch mit Nullmasse definiert. Dieses Modell verwendet in seiner Formulierung die spezielle Relativitätstheorie und die Quantenfeldtheorie. Das Higgs-Feld spielt im Standardmodell eine besondere Rolle, nämlich die, den Eichbosonen beim Symmetriebruch Masse zu verleihen, aber es wird immer ein neutrales Eichboson mit Nullmasse geben, das aus diesem Grund mit dem Photon identifiziert wird. In der Standardtheorie kann das Photon also durch den Aufbau der Theorie keine Masse durch den Higgs-Mechanismus erlangen.

Die spezielle Relativitätstheorie definiert die Masse einzelner Teilchen als die "Länge" des Energie-Impuls- Vier-Vektors , der als invariante Masse bezeichnet wird, da sie unter Lorentz-Transformationen invariant ist. Galileische Definitionen der Masse (die deBroglie verwendet) gelten nicht für relativistische Beschreibungen, die diejenigen sind, die Teilchen mit sehr kleiner Masse beschreiben können.

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