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0412. La luce ha massa?

luceGentilissimo esperto, ormai da mesi combatto con un mio collega su una questione che pare irrisolvibile. A parer mio la luce è completamente priva di massa, composta da fotoni, anche essi privi di massa, e che per questa caratteristica raggiunge appunto la velocità della luce. Lui risponde dicendo che la luce porta energia , E=mc2 e quindi c'è una massa che va persa dalla luce e produce energia.
In seguito a numerose ricerche abbiamo appreso che la luce ha duplice natura, particellare e ondulatoria ma oltre al non credere possibile che la luce abbia e non abbia massa, questa nozione non ha risolto il nostro diverbio per via dell'ambiguità del termine particella. Le sarei molto grato se rispondesse a questo mail cercando di ricordare che io e il mio collega non siamo fisici, e che sarebbe utile se confutasse le nostre ipotesi. Abbiamo anche letto che l'energia della luce è portata da collisioni dei fotoni con altre particelle ma questo implicherebbe una loro massa, ed è indicato ovunque sul web che questi non ne hanno. Ferdinando D'Avino.

 

sem_esperto_giallo

Cerchiamo di fare un pò di ordine tra le idee e i dubbi espressi dal nostro webnauta. La fisica delle particelle non ha alcuna difficoltà a descrivere particelle massive e particelle prive di massa. Il fotone icona_glossario appartiene a questa ultima categoria, insieme ad altri illustri candidati quali i gluoni icona_glossario , che sono i mediatori della forza forte icona_glossario. Per una particella qualunque, la famosa relazione di Einstein deve scriversi con un termine aggiuntivo, ossia E2 = m2 c4 + c2 p2, dove il simbolo p rappresenta l'impulso icona_glossario della particella ed è una grandezza proporzionale alla velocità di quest'ultima. Ora, nel caso di particelle massive, si può pensare di studiarla a riposo, quindi p=0, e la relazione per l'energia si riduce a E=mc2. Nel caso di particelle prive di massa, dobbiamo porre m=0 nella precedente equazione ed ottenere pertanto E = c p. Per i fotoni p non può mai essere nullo, altrimenti dovremmo giustificare il fatto che le onde elettromagnetiche non si propagano nel vuoto, cosa smentita dagli esperimenti; inoltre, sempre dagli esperimenti, sappiamo che il fotone deve necessariamente muoversi alla velocità della luce (e questa cosa resta vera anche per altre particelle prive di massa). Ne segue che un fotone trasporta energia pur non avendo una massa. Cosa poi sia realmente un fotone non lo sa nessuno; il dualismo onda-particella a cui si fa riferimento nella domanda è sostanzialmente dovuto al fatto che, in determinare circostanze, il fotone può essere descritto al pari di una particella (esperimenti di urto) o di un'onda (esperimenti di interferenza); dobbiamo immaginarcelo cosi, un pò onda e un pò particella, ma sempre senza massa .

 

Davide Meloni, fisico

ultimo aggiornamento marzo 2014

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Ultima modifica: 28 maggio 2018

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