Fotonen & Massa

Menswetenschappen, natuurwetenschappen, cultuurwetenschappen, formele wetenschappen, toegepaste wetenschappen, interdisciplinair, ...

Fotonen & Massa

Berichtdoor Heeck » 10 okt 2007, 11:36

Allen,

Omdat ik afhankelijk ben van anderen om er nu achter te komen hoe het zit met de massa van fotonen dacht ik een (leken)vermoeden te hebben om te neigen naar het hebben van massa:
1)
Namelijk die afbuiging door grote sterrenmassa's van die fotonen, incl. de "massa-lensen".
En ik herinner me nu ook:
2)
Het molentje dat zou draaien door kracht die terugkaatsende fotonen zouden uitoefenen. Wat massa van fotonen zou verraden.
http://www.howstuffworks.com/question239.htm

Kloppen deze beide "kapstokhaken" van me nu, of waarom zou ik er op welke manier naast zitten ?

Experts only plse,

Roeland
Begrip is een waan met een warm gevoel, dus MIJDT SPIJT.
www.edge.org
Avatar gebruiker
Heeck
 
Berichten: 6546
Geregistreerd: 20 okt 2006, 22:09
Woonplaats: Leeuwarden

Berichtdoor Digit » 10 okt 2007, 12:18

Een foton heeft inderdaad geen rustmassa, en dat geldt voor elk deeltje dat zich met de lichtsnelheid voortbeweegt, want deeltjes mét rustmassa kunnen nooit de lichtsnelheid bereiken.

Deze deeltjes hebben, wegens hun energie evenwel wél een impuls, waaruit een equivalente massa (gebaseerd op energie) kan worden afgeleid. Zie : http://nl.wikipedia.org/wiki/Foton en http://nl.wikipedia.org/wiki/Rustmassa

Wat dan wél weer een equivalentie aangeeft tussen massa en energie !

Groetjes,

Digit
Wat is, IS !
Avatar gebruiker
Digit
 
Berichten: 8724
Geregistreerd: 09 nov 2006, 09:03

Berichtdoor Heeck » 10 okt 2007, 13:14

Digit,
Dank.
Het muntje viel niet gelijk bij me en ik begrijp met onderstaande zoekresultaten erbij dat ik heen en weer probeer te hinken tussen de klassieke Newton en de nieuwetijdser inzichten.
Net zoiets als in een kano stappen terwijl die niet vastligt.

Eerst even de forumbezoeker van quote-2 determineren:
http://noorderlicht.vpro.nl/artikelen/18013006/ schreef:......En dat heeft vergaande consequenties voor de massa van het Higgsdeeltje, legt Ronald Kleiss, hoogleraar theoretische natuurkunde aan de universiteit van Nijmegen uit......
......Kleiss heeft een eigen uitleg: de metafoor van het natte licht. "In een bak water is de lichtsnelheid zo'n 30 procent kleiner dan in vacuüm.........


quote-2 http://www.wetenschapsforum.nl/index.ph ... 4549&st=21 schreef:......Ik heb zo'n beetje jullie discussie op dit forum gevolgd. Ik werk zelf op dit vakgebied
(de term `het gewicht van nat licht' komt van mij) en ik denk dat er sprake is van een paar misverstenden. Laat ik proberen een paar constructieve opmerkingen te maken........
1) Massa neemt NIET toe met snelheid. Een snelheidsafhankelijke massa is vroeger
ingevoerd in een poging de Newtoniaanse formule voor impuls: P = M*V
dezelfde vorm te laten houden in de relativiteitstheorie.
..........
2) De ruimte wordt gekromd (ECHT; niet alleen in onze gedachten) door niet alleen massa
maar ook door andere vormen van energie/druk etcetera. Dus ook een foton
zou de ruimte vervormen als je het kon lokaliseren. Dat valt nog niet mee...
...........
3) Het idee dat een foton in een medium (bv water) even.......

http://www.wetenschapsforum.nl/index.ph ... 4549&st=25
en verder nog een paar berichten van Kleiss.


Met name jouw Wiki-verwijzing "Volgens de relativiteitstheorie is de momentane waarde van de massa afhankelijk van de snelheid; er is dus een massatoename bij toenemende snelheid." is dus volgens Kleiss niet juist.

Met elkaar hoop ik er nu wel uit te komen,

Roeland
Begrip is een waan met een warm gevoel, dus MIJDT SPIJT.
www.edge.org
Avatar gebruiker
Heeck
 
Berichten: 6546
Geregistreerd: 20 okt 2006, 22:09
Woonplaats: Leeuwarden

Berichtdoor Blueflame » 12 okt 2007, 22:04

Foton - Materie

In het oorspronkelijke bericht [ link ] werd de bewering gedaan dat een foton geen massa heeft en dus niet tot de materie behoort. Daaruit volgend kwam de vraag of een foton massa heeft. Wat is daarvan aan ? Simpele vragen, maar of het antwoord zo eenvoudig is, is een andere kwestie. Enkele bedenkingen.

Een eerste vraag die we ons hierbij m.i. moeten stellen is of er ergens bij de definitie van materie als voorwaarde staat dat iets pas tot de materie wordt gerekend indien het massa heeft. Dat is bij mijn weten niet het geval. Nergens vond ik een definitie van materie met als eis 'massa'. Concluderen dat een foton niet tot de materie behoort omdat het geen massa heeft is dan ook voorbarig.
Bij Van Dale vond ik als derde verklaring: Stof, informatie. Bevat een foton informatie ? Hoe kan het ene massaloze, aan C voortsnellende foton zich onderscheiden van het andere ? Dat kan, door verschil in energie. Interessant is dat de oplossing hier uit de KwantumMechanica ( KM ) komt. Het is de KM die hieraan een interpretatie geeft: verschil in kleur. Een foton met een energie van 2 electronvolt (eV) is rood, 3 eV is blauw. Aangezien een foton dus informatie kan bevatten, zou het binnen de derde definitie van Van Dale kunnen vallen en aldus tot de materie behoren.
Maar waar draait het eigenlijk om ? Om het principe van het materialisme dat stelt dat alles uiteindelijk zijn verklaring in de materie zal vinden, met redelijk expliciet uitsluitsel van allerlei niet-aantoonbare, niet-meetbare, niet-controleerbare en dan ook niet-reproduceerbare 'entiteiten' die er worden bijgehaald en die een rol zouden kunnen spelen in het aantreffen of het gedrag van ( bijvoorbeeld ) een foton. Aan deze eis is alleszins voldaan. Fotonen zijn aantoonbaar, meetbaar enzovoort. Je kan dit met een elektrisch of een magnetisch veld zoals beschreven door Maxwell vergelijken. Een elektrische golf is niet iets echt bestaands, iets fysisch zoals een rimpeling op het water. Dit is enkel een wiskundig begrip. Toch is bv. de magnetische component aantoonbaar, meetbaar, reproduceerbaar. Vergelijkbaar met fotonen en daarom behoort dit verschijnsel m.i. tot de materie. Dit in tegenstelling tot geesten en allerlei rare creaturen, die niet aantoonbaar, niet meetbaar laat staan reproduceerbaar zijn en dan ook niet tot de materie behoren.

Is daarmee de kous af ? Vaak wordt er naar wikipedia verwezen. Helaas brengt wiki niet echt een oplossing.
http://nl.wikipedia.org/wiki/Materie schreef:Materie of stof is de bouwsteen waaruit de (waarneembare) wereld is opgebouwd. Volgens de natuurkunde bestaat materie uit fermionen. Dit zijn deeltjes die gekenmerkt worden door een halftallige spin, zoals elektronen, muonen, protonen en neutronen. Krachten overbrengende deeltjes zoals fotonen zijn dus geen materie, hoewel ze wel energie bezitten en soms ook massa.

Fotonen zijn bosonen en dus geen fermionen. Hieruit zou je dus kunnen concluderen dat een boson niet tot de materie behoort. Daar is m.i. tegen in te brengen dat ten eerste een kracht wel degelijk iets uit de materiële wereld is. Een kracht is meetbaar, voorspelbaar etc. Ten tweede moeten we ook opmerken dat andere bosonen wel massa hebben, maar als we de beginstelling er terug bijhalen, dan wordt het duidelijk dat er iets niet klopt.
Conclusie: Het al dan niet hebben van massa doet dus niets ter zake om al dan niet tot de materie gerekend te worden.

Toch ook even de Engelstalige wiki bekijken:
http://en.wikipedia.org/wiki/Matter schreef:In chemistry and physics, matter is commonly defined as the substance of which physical objects are composed, not counting the contribution of various energy or force-fields, which are not usually considered to be matter per se (though they may contribute to the mass of objects). Matter constitutes much of the observable universe, although again, light is not ordinarily considered matter. Unfortunately, for scientific purposes, "matter" is somewhat loosely defined.

Merk op dat energie 'kan bijdragen tot de massa'. Dit is echter zodanig klein dat het met huis-tuin- en keukenmiddelen niet meetbaar is. Het heeft dan ook even geduurd eer men dit kon aantonen. Dit heeft rare gevolgen. Neem een doos met daarin een veer. De traagheid van die doos is groter wanneer die veer opgespannen is, dan wanneer die veer ontspannen is. Dat maakt een verschil in Ep en dat is merkbaar als een verschil in massa, al is het verschil gigantisch klein. Dat wil dus zeggen dat energie bijdraagt aan de massa van een voorwerp.

Zo komen we bij het afbuigen van een lichtstraal rond een zwaar object. Binnen het Newtoniaanse model kan je berekenen dat een lichtstraal rond een zwaar object een zekere afbuiging heeft : ongeveer 0,9 boogseconde bij het passeren van de zon. Dit werd eerst gedaan door Johann Georg von Soldner. Later werd dan de mate van afbuiging door Einstein gecorrigeerd in de algemene relativiteitstheorie. Een lichtstraal buigt 2 maal méér af dan verwacht omwille van de equivalentie tussen energie en massa. Anders gezegd: het foton buigt 2 maal meer af dan te verwachten door de ruimtekromming alleen. Tot nu toe bewijzen alle experimenten dat onze vriend Albert gelijk had en heeft.

Heeft een foton massa ? Neen, een foton heeft geen massa en beweegt steeds aan de lichtsnelheid.

Toch kennen we het begrip refractie. Soms wordt beweerd dat het licht tijdens zijn passage door een medium door atomen eerst geabsorbeerd en vervolgens weer uitgezonden wordt. Hierbij zouden de fotonen dan enkel in het vacuüm tussen de atomen aan lichtsnelheid reizen. Deze interpretatie beschouwt men echter als incorrect, omdat dat problemen geeft indien je dit mechanisme zou willen gaan gebruiken om de refractie te verklaren.
Hoe zit het dan met dat 'nat licht' waarover Ronald Kleiss het heeft ? Dit is dus een kopbreker ( voor mij dan toch. Uiteindelijk leidt dit redelijk ver in de kwantummechanica en wie, behalve enkele hoogvliegers, leeft er nu in een kwantumveld ? :wink: Wat wel opvalt is dat men van het kwantumwereldje al veel meer weet dan je zo zou vermoeden. Ik doe een poging tot uitleg ).
In de eerste link van Heeck, zegt Kleiss het volgende:
norrderlicht.vpro schreef:In een bak water is de lichtsnelheid zo'n 30 procent kleiner dan in vacuüm. De energie van het licht blijft echter ongewijzigd: een rode laser is ook in water rood. Met die snelheid en die energie kun je de massa van de lichtdeeltjes uitrekenen. En waar lichtdeeltjes in vacuüm massaloos zijn, blijken ze in water wel degelijk iets wegen: het gewicht van nat licht.


Maar hoe moet je dat nu zien ? Wanneer licht van het vacuüm naar een ander medium gaat, bv. water, dan uit zich dat in de gekende lichtbreking. In dat water is de snelheid van de fotonen lager. Eens onder water behoudt het licht zijn kleur en dus blijft de energie gelijk (*). De brekingsindex van water is ca. 1,33 [ Cvacuum/Cwater = 1,33 ]. We laten nu een reeks fotonen met een energie van 2eV/foton -- rode fotonen -- vanuit het vacuüm in een bak water vallen. Als E gelijk blijft maar de snelheid is lager, dan moet het foton in water een rustmassa hebben.
En wel : mC²=E Sqrt. {- ( V²/C² ) }= E Sqrt. {1-1/(1,33)² } = +/- 1,3 eV.
Waar in vacuüm fotonen dus massaloos zijn, blijken ze in water wel degelijk iets te wegen. Dat is de redenering van Ronald Kleiss.
(*) E blijft gelijk als de kleur niet veranderd. Dit volgt uit E = h.f ( constante van Planck x de frequentie ; zie http://nl.wikipedia.org/wiki/Constante_van_Planck, al gebruiken ze daar 'v' ipv 'f', soit ). Verder leidt Kleiss af dat het wel zo moet zijn omdat het licht bij het verlaten van de bak terug zijn oorspronkelijk kleur heeft. De intensiteit kan zijn afgenomen ( absorptie ), maar de fotonen die uittreden hebben de oorspronkelijke energie.

Maar klopt dat eigenlijk wel ? Ik denk het niet. Hij zegt het zelf : het is een metafoor. En er volgt een uitleg in Heeck's 2e link, al is die niet al te duidelijk:
Wetenschapsforum schreef:Het idee dat een foton in een medium (bv water) even `wacht' bij de watermoleculen, en daar tussenin met snelheid c beweegt, is,zoals al werd vermeld, een wat naief beeld.
De betere beschrijving van wat een foton doet komt uit de quantummechanica. Daarin wordt het pad van een foton gedetermineerd door ALLE MOGELIJKE bewegingen. Dit houdt o.a. in: 0) het foton treft geen enkel molecuul, 1) het foton treft precies 1 molecuul, 2) het foton schampt langs precies 2 moleculen, enz enz. Elk van deze alternativeven geeft een (complexe) bijdrage aan de kans om het foton van een punt naar een ander punt te zien gaan, en de som van al deze (oneindig veel!) mogelijkheden geeft de werkelijke beweging. Een `klassiek' beeld waarbij je precies aangeeft wat het foton doet is inderdaad niet in staat verschijnselen zoals breking te verklaren.


Beter is het m.i. het als volgt te bezien.
De gemeten snelheid van het licht in een ander medium dan vacuüm is de waargenomen of de gemeten snelheid van het licht en dus niet de lichtsnelheid in vacuüm. Eens dat de lichtstraal het medium weer verlaten heeft, heeft het terug zijn originele snelheid. Dit kan je dus inderdaad zien aan het feit dat het licht terug zijn originele kleur heeft eens het medium verlaten is. Het kan dan ook niet anders dan dat de lichtsnelheid nooit is veranderd ! Je kan je voorstellen dat er in een medium allerlei processen afspelen die energie uit een foton zouden halen, maar het is dan toch wel bijzonder eigenaardig dat exact dezelfde hoeveelheid zou terug gegeven worden bij het verlaten van dat medium.

Strikt genomen is licht een elektromagnetische golf. In een medium zoals water is het een combinatie van een elektromagnetische golf en mechanische oscillaties van geladen of magnetische deeltjes zoals elektronen of ionen.
Klassiek gezien kan je best stellen dat het vertragen gebeurt door de interferentie van de ladingen van elk atoom met de elektrische en de magnetische component van de lichtgolf. Anders gezegd, het licht induceert polarisatie in de materie, de materie zendt opnieuw licht uit en dat nieuwe licht interfereert met het oude licht, waardoor een vertraagde golf ontstaat.
Benaderd vanuit de KM kan de vertraging beschreven worden als een mengsel van het foton met een quasi-deeltje om alzo een Polariton te vormen en ( ahaaa ! ) dit Polariton heeft massa en kan dus niet aan de lichtsnelheid reizen.


Besluit:
Er is geen reden om aan te nemen dat iets massa moet hebben om tot de materie gerekend te worden.
Een foton is massaloos en reist steeds aan lichtsnelheid.
Soms voldoet de klassieke fysica niet om alle fenomenen ten gronde te verklaren, maar gelukkig is de KM reeds volwassen genoeg om een degelijke verklaring te kunnen aandragen.

Mvg.
Nonsense is our core business
Avatar gebruiker
Blueflame
Site Admin
 
Berichten: 4139
Geregistreerd: 20 okt 2006, 12:43

Berichtdoor Heeck » 13 okt 2007, 10:56

Blueflame,
Dank voor je aanvullend puzzlewerk, want ik kan Kneiss alleen maar aanhalen en niet evalueren.
Ik druk je stuk af en het gaat in mijn "verzamelmap" van verder studie- en bijzoekwerk.
Roeland
Begrip is een waan met een warm gevoel, dus MIJDT SPIJT.
www.edge.org
Avatar gebruiker
Heeck
 
Berichten: 6546
Geregistreerd: 20 okt 2006, 22:09
Woonplaats: Leeuwarden

Re:

Berichtdoor Blueflame » 11 aug 2010, 22:12

Digit schreef:Een foton heeft inderdaad geen rustmassa, en dat geldt voor elk deeltje dat zich met de lichtsnelheid voortbeweegt, want deeltjes mét rustmassa kunnen nooit de lichtsnelheid bereiken.

Deze deeltjes hebben, wegens hun energie evenwel wél een impuls, waaruit een equivalente massa (gebaseerd op energie) kan worden afgeleid. Zie : http://nl.wikipedia.org/wiki/Foton en http://nl.wikipedia.org/wiki/Rustmassa

Wat dan wél weer een equivalentie aangeeft tussen massa en energie !

Groetjes,

Digit

Ik viel vandaag toevallig op een eerder oud artikel, dat hier wel goed bij aansluit: http://www.nytimes.com/1997/09/16/scien ... icles.html .
Something out of nothing ..... .
Haha!

Mvg.
Nonsense is our core business
Avatar gebruiker
Blueflame
Site Admin
 
Berichten: 4139
Geregistreerd: 20 okt 2006, 12:43

Re: Fotonen & Massa

Berichtdoor Mopje » 14 aug 2010, 21:20

Bleuflame,

Een foton is massaloos en reist steeds aan lichtsnelheid.


...in een vacuum.

http://www.kennislink.nl/publicaties/li ... ch-kristal
"Wes pakt soms de stofzuiger. Ja echt. Dat doet hij gewoon." Yolanthe Cabau van Kasbergen
Mopje
 
Berichten: 957
Geregistreerd: 09 aug 2010, 11:05

Re: Fotonen & Massa

Berichtdoor Digit » 15 aug 2010, 11:52

Mopje schreef:Bleuflame,

Een foton is massaloos en reist steeds aan lichtsnelheid.


...in een vacuum.

http://www.kennislink.nl/publicaties/li ... ch-kristal


Klopt, maar ik denk dat fotonen zich enkel in een vacuüm kunnen verplaatsen. En dus altijd aan de lichtsnelheid reizen. Al zal dat vacuüm dikwijls het inter- of intra-atomaire vacuüm zijn. Als ik goed ben geïnformeerd komt de vertraging van de "lichtsnelheid" niét door het vertragen van de fotonen zélf, maar door het feit dat fotonen "gevangen" worden door andere deeltjes (bv. electronen), die korte tijd daarna deze overtollige energie weer uitzenden. Daardoor "vertraagt" het licht op macroschaal, maar niét de fotonen zelf !

Groetjes,

Digit
Wat is, IS !
Avatar gebruiker
Digit
 
Berichten: 8724
Geregistreerd: 09 nov 2006, 09:03

Re: Fotonen & Massa

Berichtdoor Mopje » 15 aug 2010, 12:37

Hoi Digit,

Aha, ik dacht er staat een definitie minus het stukje vacuüm! (ik ben nog steeds koortsig dus ik ga gauw terug naar kosmologie) Maar ik heb zo mijn bedenkingen.
Al zal dat vacuüm dikwijls het inter- of intra-atomaire vacuüm zijn.

Zo bezien bijvoorbeeld gaat dat altijd op... Een foton zal zich immers altijd in die 'ruimte' bevinden. En als het heel vaak is, maar soms niet..., wanneer niet dan?
"Wes pakt soms de stofzuiger. Ja echt. Dat doet hij gewoon." Yolanthe Cabau van Kasbergen
Mopje
 
Berichten: 957
Geregistreerd: 09 aug 2010, 11:05

Re: Fotonen & Massa

Berichtdoor Digit » 16 aug 2010, 16:46

De interstellaire ruimte komt het dichts bij het absolute vacuüm. Maar ik had het over de ruimte die aanwezig is in en tussen de atomen van een stof zoals lucht, glas, water, ... .

Groetjes,

Digit
Wat is, IS !
Avatar gebruiker
Digit
 
Berichten: 8724
Geregistreerd: 09 nov 2006, 09:03

Re: Fotonen & Massa

Berichtdoor Mopje » 16 aug 2010, 20:06

Duidelijk. Ik heb alles nog eens teruggelezen en het stond er al. Het 'vertraagde licht' en snelheid van de fotonen zijn twee verschillende zaken.
"Wes pakt soms de stofzuiger. Ja echt. Dat doet hij gewoon." Yolanthe Cabau van Kasbergen
Mopje
 
Berichten: 957
Geregistreerd: 09 aug 2010, 11:05


Keer terug naar Wetenschap

Wie is er online

Gebruikers op dit forum: Geen geregistreerde gebruikers. en 2 gasten