안녕하세요. 김경렬 과학전문가입니다.
빛은 질량을 가지고 있지 않은 입자입니다.
즉, 빛은 질량이 없이 에너지만을 가지고 있는 입자가 됩니다.
빛은 질량이 없기 때문에 에너지나, 운동량을 표현할때도 입자와는 다른 식을 사용합니다.
입자의 운동량 P = mv 운동에너지 = ½mv²
파동(빛)의 운동량 p=h/λ, 운동에너지 = pc =hc/λ
여기서, h는 플랑크 상수, c는 광속, λ는 빛의 파장입니다. 어디에도 질량은 없습니다
그리고 아인슈타인의 상대성 이론에 의하면,
물질의 질량은 광속에 접근한수록 질량이 증가하고, 광속에 되면 질량이 무한대가 됩니다. 그래서 어떠한 물질도 광속으로 움직일 수가 없습니다.
m = mo / root{1-(v/c)²}
여기서, mo는 정지상태에서의 질량을 의미합니다.
하지만 빛은 질량이 없기 때문에 광속으로 움직일 수 가 있는 것입니다.컴프턴 산란 실험에서 X선과 전자의 충돌에 의한 X선 파장 변화에 대한 실험입니다.
이때 운동량과 운동에너지가 보존됩니다. 하지만 이때도 빛의 운동량과 운동에너지는 위에서 말한 것과 같이 질량이 아닌 파동으로서의 에너지로 표현되고 있습니다.
예) 운동에너지 보존식 : P1c + mc² = P2c + (mc²)² + Pe²c² 여기서 P1c은 충돌전 X선의 에너지, mc²은 정지한 전자의 에너지, P2c는 충돌 후 X선의 에너지, (mc²)² + Pe²c²는 충돌 후 전자의 상대론적 에너지 입니다
빛이 왜 질량이 없느냐에 대해서는 개인적인 생각입니다만,
왜 없느냐 보다는 원래 없는 것이다. 라고 보는 것이 맞을 것 같습니다.과학자들이 빛의 본질을 찾아가는 과정에서 빛은 질량이 없고 에너지만 있으며, 파동적인 현상과 입자적인 현상을 모두 가지고 있음을 발견한 것이라고 생각합니다.
