Quand vous l'entendez pour la première fois, l'idée que la lumière puisse avoir une masse peut paraître ridicule, mais si elle n'a pas de masse, pourquoi la lumière est-elle affectée par la gravité? Comment pourrait-on dire que quelque chose sans masse a un élan? Ces deux faits sur la lumière et les "particules de lumière" appelées photons pourraient vous faire réfléchir deux fois. Il est vrai que les photons n'ont pas de masse inertielle ou de masse relativiste, mais l'histoire ne se limite pas à cette simple réponse.

TL; DR (Trop long; N'a pas lu)

Les photons n'ont pas de masse inertielle et pas de masse relativiste. Les expériences ont démontré que les photons ont un certain élan, cependant. La relativité restreinte explique théoriquement cet effet.

La gravité affecte les photons d'une manière similaire à la façon dont elle affecte la matière. La théorie de la gravitation de Newton l'interdirait, mais les résultats expérimentaux qui la confirment renforcent fortement la théorie de la relativité générale d'Einstein.
Les photons n'ont pas de masse inertielle et pas de masse relativiste. défini par la deuxième loi de Newton: a
= F
/ m
. Vous pouvez considérer cela comme la résistance de l'objet à l'accélération lorsqu'une force est appliquée. Les photons n'ont pas une telle résistance et voyagent à la vitesse la plus rapide possible dans l'espace - environ 300 000 kilomètres par seconde. Selon la théorie de la relativité restreinte d'Einstein, tout objet ayant une masse au repos gagne en masse relativiste. si quelque chose devait atteindre la vitesse de la lumière, il aurait une masse infinie. Alors, les photons ont-ils une masse infinie parce qu'ils voyagent à la vitesse de la lumière? Comme ils ne viennent jamais se reposer, il est logique qu'ils ne puissent pas être considérés comme ayant une masse au repos. Sans masse de repos, elle ne peut pas être augmentée comme les autres masses relativistes, et c'est pourquoi la lumière est capable de voyager si vite.

Ceci produit un ensemble cohérent de lois physiques en accord avec les expériences, donc les photons ont pas de masse relativiste et pas de masse inertielle.

Les photons ont momentum

L'équation p
= mv
définit le momentum classique, où p
est l'élan, m
est la masse et v est la vitesse. Cela conduit à l'hypothèse que les photons ne peuvent pas avoir d'impulsion car ils n'ont pas de masse. Cependant, des résultats tels que les fameuses expériences de Compton Scattering montrent qu'ils ont une dynamique, aussi déroutante que cela puisse paraître. Si vous tirez des photons sur un électron, ils se dispersent à partir des électrons et perdent de l'énergie d'une manière compatible avec la conservation de l'impulsion. C'était l'un des éléments de preuve clés utilisés par les scientifiques pour trancher la dispute quant à savoir si la lumière se comportait parfois comme une particule aussi bien qu'une vague. L'expression générale de l'énergie d'Einstein explique pourquoi cela est vrai:

E

^{2
= p 2 c
2 + m
_{reste 2 c 2}}

Dans cette équation, c
représente la vitesse de la lumière et m
_{reste la masse au repos. Cependant, les photons n'ont pas de masse au repos. Cela réécrit l'équation comme:}

E

<sup>2

= p << sup> 2 c
2</sup>

Ou, plus simplement:

p

= E
/ c

Cela montre que les photons de plus haute énergie ont plus d'élan, comme on pourrait s'y attendre.

La lumière est affectée par la gravité

Gravity modifie le cours de la lumière de la même manière qu'il modifie le cours de la matière ordinaire. Dans la théorie de la gravité de Newton, la force n'a affecté que les choses avec la masse inertielle, mais la relativité générale est différente. La matière déforme l'espace-temps, ce qui signifie que les choses qui voyagent en ligne droite empruntent des chemins différents en présence d'un espace-temps courbe. Cela affecte la matière, mais aussi les photons. Lorsque les scientifiques ont observé cet effet, il est devenu un élément clé de preuve que la théorie d'Einstein était correcte.