Не так давно мы обсуждали природу фотона и, в виду его "странной" сущности, появляется ещё один вопрос - если рассматривать свет как набор частиц-фотонов, что, в общем-то, допускает дуализм, то можно ли считать эту субстанцию материей?
В классической физике материя определяется как нечто, имеющее массу и занимающее пространство. Если исходить строго из этого описания, то свет не есть материя. И камень преткновения тут - отсутствие массы у фотона.
Но в некотором смысле свет действительно является материей и, более того, осмысление этого факта даёт повод глубоко задуматься и о природе самой обычной материи. Требуется переосмысления того, что означает "материя" на самом деле.
В современной физике, особенно в квантовой механике и теории относительности, концепция материи более тонкая, и можно рассматривать как материю объекты, которые проявляют характеристики материи, будучи безмассовыми. Некоторые частицы действительно не имеют массы, и фотон является наиболее ярким примером такой ситуации.
Безмассовые частицы движутся со скоростью света и не испытывают течения времени, как массивные частицы. Несмотря на то, что безмассовые частицы, такие как фотоны, не имеют массы покоя, они все равно несут энергию и импульс.
В рамках теории относительности то, что мы называем материей, обычно имеет массу покоя, но энергия и импульс все еще могут быть "материальными" в том смысле, что они влияют на пространство-время и взаимодействуют с другими частицами. Это приоткрывает завесу над вечным вопросом про странное поведение фотонов. Вроде как они похожи на массивную, но при этом ученые говорят, что массы у них нет.
В физике элементарных частиц фотоны описываются с помощью тех же математических формализмов, что и частицы с массой. В некоторых экстремальных средах, например вблизи черных дыр, энергия фотонов способствует созданию гравитационного поля, что еще больше стирает грань между светом и материей.
Фотоны обладают измеримыми свойствами, такими как энергия, импульс, и поляризация. В итоге они считаются материей в неклассическом смысле с точки зрения квантовой физики.
Свет может взаимодействовать с любой материей таким образом, что кажется, будто она обладает веществом. Например, свет может оказывать давление, как это было продемонстрировано в солнечных парусах. Способность приложить силу - свойство, которое мы обычно связываем только с материей.
Кроме того, фотоны могут поглощаться и излучаться атомами, передавая энергию и импульс способами, напоминающими взаимодействия типа частиц с материей.
Фотоны обладают импульсом - свойством, обычно присущим только материи. В определенных ситуациях этот импульс может иметь ощутимые эффекты. Например, перемещение частиц в оптических ловушках (в методах лазерного охлаждения), показывает, что свет может влиять на материю конкретным материальным образом.
В конденсатах Бозе-Эйнштейна или специально разработанных материалах свет может взаимодействовать с частицами таким образом, что он ведет себя как жидкость или даже как вещество, которое конденсируется в состояние, напоминающее твердое тело.
В высокоэнергетических процессах, таких как образование пар, фотоны могут превращаться в материю. Например, если два фотона сталкиваются с достаточной энергией, они могут создать пару электрон-позитрон. Это демонстрирует, что при правильных условиях свет может напрямую стать материей в классическом смысле. Правда этот пример вызывает скорее больше вопросов, чем даёт нам ответы.
Таким образом, хотя свет традиционно классифицируется как энергия, а не материя, его поведение в современной физике допускает интерпретацию, в которой свет можно рассматривать как форму материи.
Дальше всё очень просто. Объединив фотоны в группы можно сказать, что получилась "почти классическая" материя. Значит поток света можно рассматривать как материальный объект. Конечно это не доска или камень, но и не какой-то эфемерный поток чего-то.
Но самое интересное другое. Если сильно углубиться в поиск природы материальной частицы, то тот же электрон или протон мало что отличает от фотона. Да, признаки есть и они известны, но сама мысль, что частица является "пакетом энергии" сегодня вполне себе серьезно воспринимается наукой. Значит принцип работает в обе стороны и не только свет можно считать материей, но и материю знергией.
---
⚡ Обязательно подпишитесь на Telegram проекта и читайте эксклюзивные статьи! Обновления каждый день!
💥 Оформите себе ДЗЕН-премиум и читайте мои "закрытые" статьи
✅ Поддержать проект монеткой или задать вопрос можно тут! Здесь же я публикую фрагменты будущей книги, которую могут читать ТОЛЬКО подписчики
👉💖 Ставьте лайки материалу, подписывайтесь на проект!