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最初に聞いたとき、光に質量があるという考えはばかげているように見えるかもしれませんが、質量がない場合、なぜ光は重力の影響を受けますか？質量のないものに勢いがあるとはどういうことでしょうか？光と光子と呼ばれる「光の粒子」についてのこれらの2つの事実は、あなたを二度考えさせるかもしれません。フォトンには慣性質量や相対論的質量はないのは事実ですが、ストーリーには基本的な答え以上のものがあります。
TL; DR（長すぎる;読まなかった）
光子には慣性質量も相対論的質量もありません。しかし、実験では、光子には勢いがあることが示されています。特殊相対性理論はこの効果を理論的に説明しています。
重力は、物質への影響と同様の方法で光子に影響を与えます。ニュートンの重力理論はこれを禁止しますが、それを確認する実験結果は、アインシュタインの一般相対性理論の強力なサポートを追加します。
光子には慣性質量も相対論的質量もない
慣性質量は、ニュートンの第2法則で定義されている質量です。 a = F / m。これは、力が加えられたときの加速に対するオブジェクトの抵抗と考えることができます。フォトンにはそのような抵抗はなく、宇宙空間を可能な限り速い速度で移動します。毎秒約300,000キロメートルです。
アインシュタインの特殊相対性理論によれば、静止質量を持つ物体は運動量が増加するにつれて相対論的質量を獲得し、何かが光の速度に達すると無限質量を持ちます。では、光子は光の速度で移動するため、無限の質量を持ちますか？彼らが休むことは決してないので、彼らは休息の塊を持っていると考えられないことが理にかなっています。静止質量がなければ、他の相対論的質量のように増加させることはできません。これが、光が非常に速く移動できる理由です。
これにより、実験と一致する一貫した物理法則のセットが生成されるため、光子には相対論的質量も慣性質量もありません。
光子には勢いがある
方程式 p = mv 古典的な運動量を定義します。ここで p 勢いです m 質量であり、 v スピードです。これは、光子が質量を持たないため、光子は勢いを持たないという仮定につながります。ただし、有名なコンプトン散乱実験などの結果は、それが思われるほど混乱していることを示しています。電子で光子を放つと、光子は電子から散乱し、運動量の保存と一致する方法でエネルギーを失います。これは、科学者が光が粒子だけでなく波のように振る舞うかどうかに関する論争を解決するために使用した証拠の重要な部分の1つでした。
アインシュタインの一般的なエネルギー表現は、これが真実である理由の理論的説明を提供します。
E2 = p2c2 + m残り2c2
この方程式では、 c 光の速度を表し、 m残り 残りの質量です。ただし、フォトンには静止質量がありません。これにより、方程式は次のように書き換えられます。
E2 = p2c2
または、より簡単に：
p = E / c
これは、予想どおり、高エネルギーの光子のほうがより多くの運動量を持っていることを示しています。
光は重力の影響を受ける
重力は、通常の物質のコースを変更するのと同じ方法で、光のコースを変更します。ニュートンの重力理論では、力は慣性質量を持つものにのみ影響しましたが、一般的な相対性理論は異なります。物質は時空をゆがめます。つまり、まっすぐに移動するものは、曲がった時空の存在下で異なる経路を取ります。これは物質に影響しますが、光子にも影響します。科学者がこの効果を観察すると、アインシュタインの理論が正しいという重要な証拠になりました。