Newsgroup: it.scienza.fisica
Titolo: Domanda sulla luce

E' vero che la luce ha una massa ?
Se si, perchè non è infinita ?

 Se si, perchè non è infinita ?
Ciao Scanluca,
no: la luce non ha massa. La spiegazione di questo pero' non e' troppo
semplice se si vuole pensare ad essa come ad un entita' costituita da
corpuscoli classici che si muovono nello spazio. In questo caso si puo'
comunque notare che, scelto un osservatore inerziale, la formula che
esprime qual'e' la massa di un corpuscolo classico in moto rispetto a
questo osservatore e':
m=m`/(1-(v/c)^2)^(1/2)
dove m` e' la massa che l' osservatore misurerebbe se l' oggetto fosse
in quiete con esso. Volendo che una particellache va alla velocita'
della luce(c) porti un impulso finito, e pretendendo di usare la formula
E^2=(p^2)(c^2)-(m`^2)(c^4)
bisogna che nella prima formula che ti ho scritto m`~0 in qualche senso;
altrimenti m=infinito ed anche l' impulso portato,essendo proporzionale
a questa.
Einstein aveva d' altronde interpretato l' effetto fotoelettrico
assumendo che esistesero delle particelle , chiamate forse da lui i
fotoni(e' lui che li ha "scoperti"), che portano un impulso finito,
proporzionale alla frequenza della "luce" di cui questo fotone dovrebbe
essere il portatore, e alla costante di Plank. Attribuendo dunque
impulso finito al fotone, ma massa nulla, si riesce a trovare attraverso
la precedente( e qui c'e' un ipotesi fisica molto grossa:induco non
deduco) qual'e' l' energia del fotone.
A questo punto, visto la piccolezza della costante di Plank, uno puo'
pensare che la massa del fotone non sia nulla ma finita, pero' cosi'
piccola da rendere la formula per la massa "in qualche modo" finita.
Ma se il fotone ha massa diversa da zero, posso trovare un sistema di
riferimento in cui questo sia i quiete(me ne frego degli assiomi esatti
della relativita': sto inducendo)e dalla seconda formula posso ricavare
approssimativamente la massa del fotone. 
La luce ha comunque anche un carattere ondulatorio e allora uno potrebbe
pensare di aggiungere alle equazioni di Maxwell un termine che tenga
conto di questa massa. D' altronde le equazioni di Maxwell sono delle
equazioni che legano non i campi elettromagnetici alle correnti fisiche
in gioco, ma i loro POTENZIALI e questi sono definiti a meno di derivate
parziali di funzioni arbitrarie(s' intende dire questo con l'
espressione: l' elettrodinamica e' una teoria di gauge). Scopri, facendo
un po' di conti(che sono forse piu' semplici in un formalismo
lagrangiano) che questo fatto e' incompatibile con l' introduzione di
una massa per il fotone, che renderebbe la struttura dei campi
dipendente da quale funzione arbitraria hai deciso di utilizzare per
definire i potenziali.
Dunque da una parte sembra che i fotoni abbiano massa non nulla, dall' 
altra si scopre l' incompatibilita' di questo con la visione della luce
in senso ondulatorio
e da qui nasce l' Elettrodinamica Quantistica, che riesce a conciliare
in maniera logica, elegante, non ambigua, l' idea che ci siano degli
oggetti che hanno sia proprieta' corpuscolari che ondulatorie ma abbiano
massa nulla.
Ti raccomando, non provare a pensare ai fotoni come a delle palline che
si muovono nello spazio. In elettrodinamica quantistica non si parla mai
dei fotoni come di delle particelle, ma come deglli oggetti che hanno
proprieta' simili a quelle delle particelle.  Il concetto di fotone e'
un concetto che puo' essere spigato soltanto attraverso questa teoria, e
qualsiasi immagine mentale costruita utilizzando il linguaggio classico
e' sicuramente fuorviante, nel senso che e' solo un approssimazione
brutalissima di quella che e' la realta'.
Spero di averti risposto...
Vittorio

 Se si, perchè non è infinita ?
Non mi risulta che la luce abbia o possa avere una massa. Tantomeno
infinita.
EMG

Se si, perchè non è infinita ?
Diciamo che la luce non ha massa a riposo, cioè se un fotone si fermasse
scomparirebbe, l'idea di E=mc2 potrebbe far pensare che il fotone avendo una
ben precisa quantità di energia debba avere anche una "potenziale" quantità
di massa, ma la sua energia è fatta di pura velocità, mi è stato descritto
più volte come pura energia cinetica, spiegazione che, non so te, ma per me
è ancora incomprensibile abituato a ragionare con la fisica classica che
vede l'energia cinetica appartenere a un corpo con massa a riposo (poichè
tratta velocità non relativistiche) se ambisci a una piena comprensione
credo dovrai (come me) prima affrontare uno studio approfondito della
relatività.
Ciao, Alberto

 Se si, perchè non è infinita ?
La luce non ha massa.  O meglio, almeno nella relatività ristretta, gli
unici oggetti che hanno la possibilità di andare alla velocità della luce
sono quelli di massa 0 ( in tal modo si annulla la divergenza del
denominatore dell'impulso relativistico, se non mi ricordo male).
Conseguentemente, i fotoni, i quanti del campo e.m., devono avere massa 0.