Fotonların momentumu

Fotonların momentumu var mıdır? Momentum nedir?

Momentum nedir? Açısal momentum ve çizgisel momentum nedir? Fotonların momentumu var mıdır?

Gelin bugün sizinle momentumun ne olduğunu, fotonların momentumu olup olmadığını inceleyelim. Son olarak bir de deneye göz atalım. 

Momentum nedir?

Momentum, çizgisel ve açısal momentum olmak üzere iki alt başlıkta incelenmektedir. 

Çizgisel momentum, kütlenin yani kütleli bir cismin hareketinin bir ölçüsüdür. Hareketli cismin kütlesi ile hızının çarpımına denir. Çizgisel momentum, hareket yönüyle aynı yönlü ve vektörel olan bir büyüklüktür. 

Bu noktada İtme(I:Impuls) kuvvetinden de bahsetmekte fayda var. İtme kuvveti, cisme uygulanan kuvvet ile kuvvetin uygulanma süresinin çarpımına eşittir. Bu noktada eski bildiğimiz formülleri düşünelim.

Bu denklemlere göre, itme kuvveti momentum değişimine eşit oluyor.

Açısal momentum ise dönen cisimlerin dönüş hareketine devam etme isteğinin göstergesidir. Açısal momentum, cismin kütle ve hızının yanı sıra yarıçapına da bağlıdır. Cismin kütlesi, hızı ve yarıçapıyla doğru orantılıdır.

Peki fotonların momentumu var mıdır?

Foton, ışık veya elektromanyetik kuvvetlerin taşıyıcısı diğer bir deyişle temsilcisi olarak nitelendirilir. Birleşerek ışığı oluştururlar. Aynı zamanda dalga gibi davranan parçacıktır. Parçacık anlamına gelen "quanta" ya da "quantum" terimleriyle de isimlendirilebilir.

Fotonlar kütlesel enerjiye sahiptir yani içinde sadece kinetik enerji vardır. Bir nevi kinetik enerji bulunduran bir enerji paketidir. Bundan dolayı da durağan bir kütleye sahip değildir. Bu mantığı ışık hızından kurarsak ışık hızında hareket eden bir cismin kütlesinin olmaması gerekir. Ama momentum kütle gerektiren bir büyüklüktür. 

Şimdi momentuma dönecek olursak, momentumun formülü cismin kütlesi ve hızının çarpımıydı. Bu formülde kütle yerine sıfır yazacak olursak cismin momentumu olmaz. Aslında cisim demekte yanlıştır çünkü kütlesi yoktur. Peki durağan bir kütlesi olmayan fotonların momentumu hakkında nasıl bir yorum yapabiliriz?

Vikipedi'de fotonun momentumu şu şekilde açıklanmaktadır:

"Hız(v) ışık hızına ulaşıldığında payda sıfır ve momentum sonsuz olur yani ışık hızına çıkmak için kütle(m) sonsuza gitmeli bunun için de sonsuz enerji gerekmektedir. belirsizliği ortadan kaldırıldığında fotonun momentumu bulunur, kütlesi olan hiçbir cisim ışık hızına çıkamaz."

Biz ise bunu Max Planck'in dalga enerjisi formülü ve o meşhur E=mc^2 denkleminden açıklayalım. Dalga enerjisi E=h*f (E:Enerji, h:Planck Sabiti, f:Frekans) formülünden hesaplanır. Bu denklemde frekans yerine λ = v.f formülünden v/λ yazalım ve hız yerine de ışık hızını(c) baz alalım.Denklem şu hale döner: E=h*c/λ 

Bir de E=mc^2 enerji denklemi vardı. Bu iki denklemi eşitlersek: h*c/λ = mc^2 olur. Eşitliğin sağ tarafında c'yi hız olarak kabul edip m*c'yi kütle ve hızın çarpılması olarak alıp momentumu elde edebiliriz. Bu durumda eşitlik h/λ  = p olur. Buradan da fotonun momentumunu hesaplayabiliriz.

Buraya kadar okuduysanız teşekkür ederim. Takipte kalın.