Kann etwas ohne Masse eine Kraft ausüben?

Ja, Photonen können das. Siehe https://en.wikipedia.org/wiki/Radiation_pressure (und Photonen sind sicherlich masselos).

PS Tatsächlich hat jedes masselose Teilchen einen Impuls (*) und wenn es an einem Körper gestreut wird, ändert es seinen eigenen und den Impuls des Körpers, was eine Kraft tut.

(*)$p = \hbar k = E/c$wo$E$ist seine Energie und$c$ist Lichtgeschwindigkeit

Newtons 2. Bewegungsgesetz gibt die eingeprägte Kraft an$F=dp/dt$, also erfordert eine physikalische Theorie für ein masseloses Teilchen, das eine Kraft ausübt, dass das Teilchen einen Impuls hat,$p$.

Zuerst werden wir Masse, Impuls, das Kraftgesetz und die spezielle Relativitätstheorie besprechen.

In der Newtonschen Physik wird die Masse auf zwei Arten identifiziert: durch ihre Trägheit oder als die Menge der Materie. Die gewöhnliche Messung erfolgt durch Vergleich mit einer bekannten Kraft oder einer Waage. Frühe Experimente von 1905-06 mit geladenen Teilchen, die durch eine kontrollierte Spannung beschleunigt wurden, ergaben, dass sich die träge Masse mit der Änderung der erworbenen kinetischen Energie änderte, was frühere Vorhersagen von Lorentz, 1904 , und Einstein, 1905 , bestätigte .

Der Begriff Ruhemasse , bezeichnet$m_0$, ging mit Längs- und Quermasse ins Physiklexikon ein ; Diese beiden zusätzlichen Begriffe waren erforderlich, da die Maße je nach Standort variieren. Für einige Zwecke sind diese immer noch nützlich, aber es stellt sich heraus, dass die Ruhemasse eine relativistische Invariante ist, die unter einem Lorentz-Schub unverändert bleibt. In der modernen Terminologie bedeutet Masse also Ruhemasse und wird mit bezeichnet$m$, oder für die altmodischen, gelegentlich$m_0$.

Der Lorentzfaktor ,

Jetzt werden wir Licht besprechen, und wie es Schwung trägt, und das Konzept, masselos zu sein. Eine Zusammenfassung der häufig gestellten Fragen zu Physik finden Sie hier .

Wie zuerst von Maxwell bemerkt, bewegt sich Licht im Vakuum mit der gleichen Geschwindigkeit, unabhängig vom Trägheitsbezugssystem des Beobachters; zur Berechnung siehe Ableitung der Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Änderung des elektromagnetischen Feldes aus den Maxwell-Gleichungen . Zur Historie siehe hier .

Die Beziehung zwischen Energie und Impuls des Lichts kann aus dem Poynting-Vektor gefunden werden , wie er aus den Feldgleichungen im Vakuum abgeleitet wird. Das Ergebnis ist das$p=E/c$, die aus dem Strahlungsdruck folgt .

Die relativistische Gleichung für die Gesamtenergie beinhaltet den Impuls und ist$E^2=(pc)^2+(mc^2)^2$; Wenn$p=0$dies vereinfacht zum ikonischen$E=mc^2$. Für den Fall mit Impuls, aber ohne Ruhemasse erhalten wir$E=pc$, der den relativistischen Ausdruck für den Impuls des Lichts liefert:$p=E/c$, was mit den Maxwell-Gleichungen übereinstimmt.

Wenn wir also für eine selbstkonsistente relativistische Theorie mit Maxwells Gleichungen beginnen, erhalten wir am Ende frei bewegliches Licht mit Impuls, aber ohne Masse. Wenn das Licht in einer stationären Kiste eingeschlossen ist, trägt es proportional zur Energie des Lichts zum Gewicht der Kiste bei.$m_L=E_L/c^2$zur Masse der Box ohne das eingeschlossene Licht.

An dieser Stelle haben wir die Roadmap für (a) relativistisches Kraftgesetz gezeigt,$F=dp/dt$, und (b) dass Licht Impuls hat,$p=E/c$, und (c) dass dieser Impuls impliziert, dass Licht keine Masse hat. Also führen wir jetzt das Photon ein, ein Lichtteilchen.

Historisch führte Planck die Hypothese ein, dass die Energie des Lichts quantisiert werden kann,$E=hf$, wobei die Energie jedes Quants durch seine Frequenz bestimmt wird. Einstein wandte dieses Konzept auf den photoelektrischen Effekt an, und de Broglie schlug unter Verwendung der speziellen Relativitätstheorie von Einstein plus der Planck-Beziehung eine komplementäre Beziehung für die Wellenlänge einer Masse mit Impuls vor,$p=h/\lambda$. Dieser Ausdruck entspricht der Planck-Beziehung when$p=E/c$wird auf der linken Seite eingefügt, weil$\lambda f=c$.

Planck und de Broglie liefern zusammen die Grundlage für die Wellenmechanik; Der Begriff „Photon“ für diese masselosen Quanten oder Lichtteilchen tauchte erstmals 1926 in der Literatur auf .

Also abschließend, ja, etwas ohne Masse, das Photon, kann eine Kraft ausüben; Dies geschieht durch seinen Schwung.

Die experimentelle Überprüfung muss sorgfältig durchgeführt werden, da eine Kraft durch Absorption oder Reflexion aufgebracht werden kann. Bei Absorption ist die Impulsänderung$|p|$, während er für die Reflexion verdoppelt wird, da der Impuls sowohl kommend als auch gehend wirkt.

Für die Absorption kann die Demonstration mit Crookes Lichtmühle erfolgen , die oft als Radiometer bezeichnet wird; dies reagiert eindeutig auf Licht, aber die Analyse ist komplex und zeigt den Lichtdruck nicht direkt an.

Der direkte Nachweis von Lichtdruck durch Reflexion erfordert einen feinen Torsionswaagenspiegel im Vakuum, der erstmals 1901 erfolgreich durchgeführt wurde; Heute kann es in einem fortgeschrittenen Physiklabor für Studenten durchgeführt werden.

Je nach Verhältnis

Kraft ist definiert als das Phänomen, das in einem Körper mit Masse eine Beschleunigung erzeugt. Die Masse ist für den Körper, auf den sie wirkt, und nicht für den Körper, der wirkt. Theoretisch ist es möglich, dass Licht Kraft ausübt, da es Energie und Impuls hat.

Ich hoffe, Ihr Zweifel ist klar