Якая маса фатона?

Людзі даўно прызвычаіліся да таго, што адной з характарыстык любой матэрыі з'яўляецца маса. Яна ўласцівая не толькі такім буйных аб'ектах, як планеты і зоркі, але і іх аналагамі зь нябачнага мікрасвету - пратонаў і электронам. Сэр Ісаак Ньютон ў свой час бліскуча даказаў ўзаемасувязь гравітацыйных сіл і масы, якой валодае цела. У рамках яго тэорыі да гэтага часу паспяхова выконваюцца разлікі нябеснай механікі. Праз час пасля стварэння тэорыі Ньютана паўстала неабходнасць істотных яе дапрацовак, так як некаторыя з'явы заставаліся невытлумачальнымі. Гэтую задачу вырашыў А. Эйнштэйн, сфармуляваўшы сваю «спецыяльную тэорыю». Тады ж з'явілася знакамітая формула E = m * (c * c), якая ўказвае на ўзаемасувязь энергіі, масы і хуткасці святла. Ужываючы формулу да часціцам, хутка высветлілася, што маса фатона (часціцы святла) роўная нулю. На першы погляд гэта супярэчыць здароваму сэнсу, аднак усё менавіта так. Маса фатона пры нулявой хуткасці яго руху нулявая. Але калі часціца пераадольвае 300 тыс. Км / с - яна набывае звыклую масу. Зрэшты, у апошні час лічыцца, што маса фатона, ўсё ж, нулявая. А тое значэнне, якое вынікае з формулы H * v = m * (c * c), уяўляе сабой рэлятывісцкіх масу. Так чаму ж на самай справе роўная маса фатона? Формула, сапраўды, ёсць. Толькі яна больш складаная і разлік выконваецца праз значэнне імпульсу дадзенай часціцы.

Бо энергія E для фатона роўная H * v, то з формулы можна вызначыць масу:

m = (H * v) / (c * c)

Але так як фатон, уласна, з'яўляючыся святлом, прынцыпова не можа існаваць пры хуткасцях, менш чым «з» (300 тыс. Км / с), то знойдзеная вышэй маса дакладная толькі для стану руху.

Імпульс можна знайсці праз

p = (m * v) / sqrt (1- (v * v) / (c * c))

Наяўнасць імпульсу сведчыць пра энергію. Сапраўды, калі ў летні дзень падставіць руку пад сонечныя прамяні, то выразна адчуваецца цяпло. Растлумачыць гэту з'яву можна праз перанос энергіі якой-небудзь часціцай, якая валодае пэўнай масай, якая рухаецца з высокай хуткасцю. Менавіта гэта і назіраецца ў дачыненні да святла. Таму маса і імпульс фатона так важныя, хоць у гэтым выпадку не заўсёды атрымоўваецца апераваць звыклымі паняццямі.

На шматлікіх форумах у сетцы Інтэрнэт вядуцца дэбаты аб прыродзе святла і спосабах выканання разлікаў. Відавочна, што пытанне аб тым, чаму роўная маса фатона, пакуль не можа лічыцца зачыненым. Новыя мадэлі даюць магчымасць зусім па-іншаму тлумачыць назіраныя працэсы. У навуцы так заўсёды бывае: напрыклад, спачатку тэорыя Ньютана лічылася завершанай і лагічнай, але неўзабаве высветлілася, што неабходны шэраг паправак. Нягледзячы на гэта, нічога не замінае ўжо цяпер выкарыстоўваць вядомыя ўласцівасці светлавога патоку: чалавек навучыўся з дапамогай прыбораў бачыць у цемры; дзверы супермаркетаў аўтаматычна адкрываюцца перад наведвальнікам; аптычныя сеткі дазволілі дасягнуць раней нябачаных хуткасцяў перадачы лічбавых дадзеных; а адмысловыя прылады дазволілі выканаць пераўтварэнне энергіі сонечнага святла ў электрычнасць.

Чаму ж фатон ў стане супакою не мае масы (і наогул не існуе)? Гэтаму ёсць некалькі тлумачэнняў. Першае - дадзены выснова вынікае з формул. Другое - так як святло валодае дуальнай прыродай (з'яўляецца як хваляй, так і патокам часціц), то, відавочна, паняцце масы зусім недастасоўна да выпраменьвання. Трэцяе - лагічны: уявім сабе хутка якое верціцца кола. Калі паглядзець скрозь яго, то замест спіц можна ўбачыць нейкі туман, смугу. Але варта пачаць зніжаць хуткасць кручэння, як смуга паступова знікае, а пасля поўнага прыпынку застаюцца толькі спіцы. У дадзеным прыкладзе смуга - гэта часціца, названая "фатон". Яе можна назіраць толькі ў руху, прычым са строга вызначанай хуткасцю. Калі хуткасць падае ніжэй 300 тыс. Км / с, то фатон знікае.