Masse und Impuls eines Photons

Allgemein

Das Photon hat aus dem Massenerhaltungssatz folgernd eine Masse, auch wenn es nach Einstein keine Ruhemasse besitzt. Dementsprechend gilt nach der Äquivalenz von Raum und Zeit, dass Masse und Impuls äquivalent sind. Also hat ein Photon auch einen Impuls. Dieser entspricht der Elementarmasse multipliziert mit der Lichtgeschwindigkeit. Dieses gilt für die Elementarfrequenz. Ansonsten kann man die Masse eines Photons mit m = h * f / c² berechnen. Der Impuls ist entsprechend p = h * f / c. Da virtuelle Massen, etc... oder keinen Impuls anzunehmen wäre falsch. Das zeigt auch die Quantentheorie. Bei der Heisenbergschen Unschärferelation wird angenommen, dass selbst wenn man ein Versuchsobjekt mit einem Photon beschießt, dieses die Messung unscharf macht. Das rührt daher, dass das Photon mit seiner Masse und seinem Impuls das Versuchsobjekt verschiebt, so dass man den Ort nicht mehr genau bestimmen kann.

Masse und Ruhemasse des Photons

Manche Wissenschaftler sagen, das Photon besäße keine Masse, weil es keine Ruhemasse hat. Die Ruhemasse ist nur ein theoretischer Begriff von Einstein eingeführt, der sich definiert als m(0) = m * relativistische Wurzel (= Wurzel aus (1 - v² / c²)). Die Ruhemasse ist der Kunstbegriff. Er beschreibt, so die Theorie, den Wert, den ein Teilchen annimmt, wenn es absolut in Ruhe wäre. Da nach der Relativitätstheorie nichts in absoluter Ruhe vorkommt, ist er nur theoretischer Natur. Aber wie gesagt: Die Ruhemasse ist der Kunstbegriff, die eigentliche Masse hängt von ihr nach oben genannter Formel ab. Die Ruhemasse des Photon ist nach Einstein 0. Dennoch hat das Photon eine wahre Masse, die größer 0 ist. Das nehmen auch andere an, nennen sie aber relativistische oder kinetische Masse. Das erinnert ein bisschen an Lorentz, einem der Mitbegründer der Relativitätstheorie, der von longitudinaler und transversaler Masse des Elektron spricht. Heute ist man sicher und spricht auch nur noch von der Masse des Elektrons.

Masse des Photons nicht definiert?

Früher sprach man davon, dass das Photon eine nicht definierte Masse hat, da ja nach dem Zusammenhang von Masse und Ruhemasse durch null geteilt wird. m = m(0) / relativistische Wurzel. Da beides für das Photon gegen null tendiert, bzw. auch Null wird, nahm man an, dass die Masse des Photons nicht definiert sei. Dass man aber die Division durch Null definieren kann, kann man hier nachlesen unter Division durch null. Auch könnte man sagen, wenn man dieses ausklammert, dass der Grenzwert gegen null tendiert, der Term aber 1 wird, was der Elementarmasse entspricht. Dies liegt daran, dass sowohl Ruhemasse als auch die relativistische Wurzel gegen null tendieren und dieses gleichmäßig. Warum in der neueren Literatur diese Frage ausgeklammert wird und per se behauptet wird das Photon habe keine Masse, ist mir schleierhaft. So einfach ist die Beantwortung dieser Frage nicht.

Photon und Gravitation

Nach Einstein unterliegt das Photon, also Sonnenstrahlen der Gravitation. So bewies er die Ablenkung der Sonnenstrahlen während einer Sonnenfinsternis, bei der der Mond sich vor die Sonne schiebt. Die Strahlen die dennoch vorbei kamen, die Sonne bildet dann einen Kranz am Himmel, wurden genauso abgelenkt, wie er es berechnet hatte. Auch das nehme ich als Indiz dafür, dass das Photon eine Masse hat. Masselose Teilchen unterliegen nicht der Gravitation, auch wenn Einstein Gravitation eher als Krümmung der Raum-Zeit definiert und von der Masse losgelöst betrachtet. Dennoch gehört zu jeder Kraft, wie es die Gravitation ist, nach F = m * a eine Masse die beschleunigt oder in diesem Fall abgelenkt wird. Ohne diese Masse wäre auch die Kraft 0 und somit nicht existent. Oder wenn man die Kraft annimmt, wäre bei einer Masse von null die Beschleunigung unendlich, was natürlich nicht der Fall ist. Man sollte bei Einsteins neuen aufregenden Gleichungen nicht vergessen, dass es wohl geformte Definitionen gibt, die man nicht einfach negieren kann.