U bent hier: Home / BEWIJS: licht bezit toch massa

BEWIJS: licht bezit toch massa

by J.L. de Kreek — last modified 18-02-2016 06:00
Opgeslagen onder:

Naar aanleiding van de veronderstelde meting van zwaartekrachtgolven door LIGO ontstond op Twitter een interessant debat met wetenschapsjournalist Diederik Jekel over de massa van licht, de beroemde formule van Einstein en de betekenis van de letter “c” daarin. Volgens Jekel wordt door de gevestigde natuurkunde gesteld dat deze “c” een constante is terwijl de snelheid van het licht gelijk is aan de frequentie maal de golflengte. Dit product in de lege ruimte is constant 299792458 m/s.

Verder geldt dat de impuls van licht gelijk is aan de Constante van Planck gedeeld door de golflengte. De beroemde T-shirt formule van Einstein zoals iedereen die op school krijgt gaat als volgt (E=(m_0c^2)). Daarbij wordt gezegd dat licht geen rustmassa bezit omdat iets met massa niet de snelheid van het licht zou kunnen hebben. Gesteld wordt dat de energie van licht afkomstig is van de impuls van licht zodat voor licht geldt (E=(pc^2)). Feitelijk beschrijven beide formules de waarheid onvolledig. De formule van Einstein wordt slechts gedeeltelijk onderwezen. De formule is de volgend: E^2=(m_0c^2)^2+pc^2 of E=(m_0c^2)+√(pc^2) of E-√(pc^2)/c^2 = m.

Omdat de “c” en de “p” in deze formule ook geschreven mogen worden als een product van frequentie, golflengte en de Constante van Planck kan de formule van Einstein ook aldus geschreven worden: E^2=(m_0(f.λ)^2)^2+(h/λ)(f.λ)^2). In deze vollediger vergelijking van de formule van Einstein geldt het volgende voor “c” en “p”: (c=f.λ) en (p=h/λ). De uitleg bij de tekens is de volgende:

  • h constante van Planck h=6,626.10-34 Js
  • f frequentie in Hz
  • c lichtsnelheid (c = 299792458 m/s)
  • λ golflengte in m

Met andere worden de energie van de foton is een product van de massa van de foton en de frequentie en de golflengte plus het product van de Constante van Planck en de golflengte en de frequentie van de elektromagnetische straling. In het algemeen in de natuurkunde is de impuls (in het Engels momentum) een grootheid die gerelateerd is aan de snelheid en de massa van een object. Wanneer dit object een foton is wordt deze impuls gerelateerd aan de energie van de foton en wordt gezegd dat de klassieke natuurkunde op het niveau van het allerkleinste niet van toepassing is.

De bovenstaande vollediger formule van Einstein (E^2=(m_0(f.λ)^2)^2+(h/λ)(f.λ)^2)) laat zien dat de impuls van licht net als bij elk ander object het gevolg is van de (extreem hoge) snelheid van de (extreem kleine) massa van licht. Diederik Jekel en de natuurkunde in het onderwijs zeggen steeds dat “c” een constante is terwijl dat niet zo zijn kan omdat c het product is van twee grootheden wat in de lege ruimte kennelijk 299792458 m/s bedraagt. De snelheid van licht in bijvoorbeeld kristal is aanzienlijk lager. Dat komt omdat de golflengte en daarmee de kleur verandert. De frequentie, de periode waarbinnen de foton trilt, blijft gelijk.

Wanneer licht geen massa zou bezitten omdat het zich anders niet met de lichtsnelheid voort kan bewegen zou de energie van licht louter een product zijn van de golflengte. Dat is natuurlijk bizar. Aan de hand van het voorgaande is een relatief eenvoudig sommetje te maken van de massa van een foton: E^2=(m_0(f.λ)^2)^2+(h/λ)(f.λ)^2) daaruit volgt E=(m_0(f.λ)^2)+√(h/λ)(f.λ)^2 daaruit volgt E-√(h/λ)(f.λ)^2 = m_0(f.λ)^2 daaruit volgt m_0 = E-√((h/λ)(f.λ)^2)/(f.λ)^2. Wanneer dit wordt toepast op bijvoorbeeld magnetronstraling waarbij de golflengte 12 cm is en de frequentie 2.4GHz van een magnetron die bijvoorbeeld een vermogen van 750 Watt levert (wat gelijk staat aan 750 joule per seconde) dan is de volgende som het resultaat voor de massa van de gezamenlijke photonen die per seconde passeren:

  • 750-√((0,000000000000000000000000000000000662607/0,12)(2400000000x0,12)^2)/(2400000000)(0,12)^2
  •  750 – √((0,000000000000000000000000000000005521725)(288000000)^2)/(82944000000000000)
  •  750 – 8.1400676e-26 / 82944000000000000
  •  750 – 9.8139318e-43
  •  750 / 829 440 000 000 000 00
  •  9.0422454e-15 gram/s

Met andere woorden een magnetron die 750 joule per seconde levert heeft 0,0000000000000090422454 gram photonmassa uitgestraald. De magnetron moet biljard seconden of 31709791,9838 en dus ruim 31 miljoen jaar aanstaan om 1 gram massa te leveren. In in één watt zit globaal bepaald ongeveer 1×10²¹ of meer fotonen. Dit betekent niks anders dan dat de (rust)massa van een foton krankzinnig klein is en desondanks niet te verwaarlozen. Vroeger in de Griekse Oudheid dacht men dat ether een element was dat de hemellichamen opriep. De oerstof (archè) waaruit alle materie zou zijn voortgekomen. Einstein wekt het redelijke vermoeden dat deze oerstof licht zijn kan.

UPDATE:

Share |
gearchiveerd onder: ,
comments powered by Disqus