Hat Licht eine Masse?

Hat Licht eine Masse? Wer kennt sich in der "Lichtforschung" aus?

Die Photonen haben eine Masse. Aber dann stellt sich eine Gegenfrage: Wenn ich in einem Geschlossenen Raum das Licht anlasse, warum sammelt sich nicht irgendwann einige Millimeter hoch Licht auf dem Boden?

MfG Ponek

Wenn Licht eine Masse hat wo kommt diese her. Dann gibt ja eine Glühbirne ständig Masse ab. Der Strom der durchfließt hat keine Masse und der Draht wird auch nicht dünner. Woher kommt die Masse?

MfG Ponek

Die Frage an sich ist nicht so dumm, denn wie arbeitet zum Beispiel ein Photonenantrieb oder das sogenannte "Sonnensegel", mit welchem man Raumsonden bis nahezu Lichtgeschwindigkeit beschläunigen können soll? Das arbeitet nach dem Rückstoßprinzip, oder?

Andererseits, wenn ich mir vorstelle, dass Licht leichter als Luft ist, dann wäre es hier auf Erden ziemlich finster...

@Manu

Kannst Du nicht doch eine Editier- oder Vorschaufunktion einbauen? Ich habe erst jetzt beim Lesen einen SAUBLÖDEN Rechtschreibfehler gefunden, der ja sowas von peinlich ist...

@ Uwe:

Der Sonnensegel wird durch die Photonen und Elektronen angetrieben, die von der Sonne ausgeschleudert werden. Von diesem Material gelangen 4.000.000 Tonnen pro Sekunde in den Weltraum. demnach müssten die Photonen doch Masse haben.

Schwarze Materialen absorbieren das Licht. Was ist, wenn man ein 5-mm dickes, pechschwarz gestrichenes Bret nimmt, und es dem Licht aussetzt. Wenn man nach einem Jahr oder so nachmisst, ist das Brett dann dicker als 5 mm?

MfG Ponek

@Ponek:
Wenn man ein Stück schwarzes Material nimmt (egal ob Brett oder was anderes), es im totalen Vakuum sehr lange sehr hellem Licht aussetzt, müsste es quasi "wachsen" (also massemäßig), da das Licht ja absorbiert wird. Jetzt weiß ich aber nicht, wieviel Photonen wiegen...

Ich glaube, das ist nicht mein Fach.

Also, wenn man wissen will, ob Photonen Masse haben, dann muss man erst einmal genau erklären, was man meint, denn Photonen sind, da immer mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs, immer ultrarelativistische Teilchen, und damit ist die Frage nach der Masse nicht ganz so trivial.

Ok, beginnen wir erst einmal mit dem einfachsten Punkt: Haben Photonen eine Ruhemasse? Diese Frage mag zunächst einmal bescheuert klingen, da Photonen ja niemals ruhen, aber die Ruhemasse kann man ganz allgemein über m^2 = (E/c^2)^2 - (p/c)^2 definieren, und da Photonen definitiv Energie und Impuls haben (diese Tatsache alleine reicht übrigens schon aus, um Sonnensegel und Photonenantrieb zu erklären, denn Kraft bedeutet ja nichts weiter als Impulsänderung), kann man also auch für Photonen eine Ruhemasse berechnen. Da für Photonen E=pc ist, kommt als Ruhemasse 0 heraus (und nur deshalb können und müssen Photonen Lichtgeschwindigkeit haben).

Dann kann man fragen, was das Photon für eine "relativistische Masse" hat. Die relativistische Masse ergibt sich einfach durch die Festsetzung p=mv, und da für das Photon p=E/c und v=c ist, ergibt sich (wenig überraschend) die relativistische Masse m = E/c^2. Setzt man nun noch die quantenmechanische Beziehung E=hf ein, so erhält man m = hf/c^2.

Die nächste Frage ist: Hat das Photon eine Trägheit, sprich: Braucht man eine Kraft, um es abzulenken. Nun hat man hier ein Problem, weil man ein Photon ja nicht einfach anfassen und daran ziehen kann, aber man kann denoch eine Trägheit definieren, indem man die Gleichung F=ma über die Definitionen der Kraft (F=dp/dt) und der Beschleunigung (a=dp/dt) in eine Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Impuls umformuliert (dp = m dv). Da auch Photonen Geschwindigkeit und Impuls haben, kann man damit auch die träge Masse definieren.

Hier kommt man aber zum Problem, dass in der Relativitätstheorie die Trägheit von der Richtung zwischen Geschwindigkeit und Kraft abhängt. Dies sieht man sehr schön am Photon: Egal, welche Kraft man in Bewegungsrichtung ausübt, man wird die Geschwindigkeit des Photons nicht verändern (weil es ja immer mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs ist); die Erhöhung des Impulses führt nicht zu einer Erhöhung der Geschwindigkeit. Die "longitudinale Masse" des Elektrons ist also unendlich.

Eine Kraft senkrecht zur Bewegungsrichtung hingegen bedeutet keine Änderung des Geschwindigkeitsbetrags, sondern eine Richtungsänderung, und die ist beim Licht sebstverständlich möglich. In der Tat kann man ausrechnen, dass die "transversale Masse" des Photons gerade wieder E/c^2 ist.

Ok, jetzt haben wir die träge Masse, aber wie sieht es mit der schweren Masse aus? Nun, hier stellt sich nun die Frage: Wie wiegt man ein Photon? Versuchen wir es einmal folgendermaßen: Senden wir das Photon nach oben, dann sollte auf das Photon die Kraft F=mg (g=Erdbeschleunigung) wirken, also solte sich sein Impuls um mgt verringern, wenn es die Zeit t braucht. Messen wir es in der Höhe H über dem Aussendungsort, dann ist t = H/c, somit sollte sich sein Impuls um mgH/c ändern.

Aus der ART wissen wir, dass sich die Frequenz näherungsweise um Δf = fgH/c^2 verringert. Mit E=hf und E=pc bekommen wir also Δp = h/c Δf = h/c fgH/c^2 = EgH/c^3 = (E/c^2)gH/c, demnach wäre seine schwere Masse gerade E/c^2. Allerdings ist diese Rechnung etwas mit Vorsicht zu genießen, da ich in der Rechnung gerade die allgemein-relativistischen Effekte vernachlässigt habe, aus denen die Formel für Δf folgt.

Wenn man Licht gebündelt gegen etwas kleines hält, eine Münze oder so, warum wird diese nicht zerfetzt? Immerhin rasen die Photonen mit Lichtgeschwindifkeit gegen die Münze

@Inhaber von Bauch, Bein, Knie, Wade, Sack und Arsch... :-)

Die Münze kann unter Umständen zerfetzt werden. Schonmal was von LASER gehört? ;-)

Elektronen = Photonen, nur anders geladen

Der Mond absorbiert 93 % des Lichtes. Folglich müsste der Mond größer werden. Da es dort weder Stürme noch andere Einflüsse gibt, müsste eine Schicht von wenigen Nanometern, die den Mond bedeckt, aus Licht sein. Das sollte man mal untersuchen.
Aber welche Farbe hätte diese Schicht? Weiss wie das Licht, oder Gelb wie die Sonne?

Gibt es eine Lichtgestalt aus reinen Photonen?

Ja, ich hab irgendwo im Forum gelesen dass es Forschern gelungen ist, die Photonen zu stoppen. Allerdings kann man stehendes Licht nicht sehen, da es ja nicht ins Auge kann.

@ Herzilos, Rückeninhaber

Lest euch doch den Beitrag von Timeout durch, dort wird es erklärt.

Kluge Leute haben mal ausgerechnet, wenn eine 100 Watt Lampe 100 Jahre lang leuchtet, ist die Masse von den ausgestrahlten Photonen kleiner als 3 tausendstel Gramm.
Jetzt hat man eine ungefähre Vorstellung von der Größenordnung, mit der hier umgegangen wird.

@Kipan: "Elektronen=Photonen, nur anders geladen"
Ich denke das ist ein Witz, oder? Wenn nein: So was blödsinniges hab ich ja schon lang nicht mehr gehört.

Danke ein wenig Phantasie bitte ... er meinte Protonen ^^ thx ; -)
Den Fehler wird er so schnell nicht mehr machen .Besser hier als in einer Klausur.

angenehmen Tag noch
viktor

Also Elektronen = Protonen, nur anders geladen, oder wie?
Irgendwie geht da was an mir vorbeit...

Nein : P
Ich glaube so meinte er es
Ansonsten Positronen wenn dir das eher gefaellt.
viktor