Hat Licht ein Gewicht?

Hallo zusammen,

ich habe mir mal die Frage gestellt: Hat Licht ein Gewicht?

Zu dieser Frage komme ich, da es ja theoretisch eins haben müsste um von der Imensen Gravitation eines Schwarzen Loches angezogen zu werden. Oder sehe ich das falsch?

Und wenn Licht ein Gewicht hat, besteht es denn aus einem Element mit einer Atommasse?

Hallo und willkommen bei uns,

diese  Idee/Frage hatte ich früher auch mal, quasi "um so" die Gravitationswirkung der Dunklen Materie zu "erklären".

Aber, Gravitation geht erst mal nur von Objekten mit Ruhemasse aus. Photonen haben keine Ruhemasse. Sie haben Energie und Impuls, als "echte" und empirisch messbare Größen. Über den Impuls kann man ihnen, rein rechnerisch, eine träge (relativistische) Masse zuordnen, aber das ist quasi nur eine Rechengröße, ohne echte empirische Entsprechung.

Photonen werden auch nicht direkt (à la Newton) von Massen angezogen, sondern sie folgen der gekrümmten Raumzeit um ein massebehaftetes Objekt.

Tja, das Problem mit diesem Modell ist nur, dass die gekrümmte Raumzeit zwar das Phänomen der Gravoitation recht gut zu beschreiben scheint, aber keine Erklärung liefert, was Gravitation eigentlich ist.

Zur Frage nach "einem Element mit einer Atommasse": Unter einem Element versteht man einen Atomkern, bestehend aus mindestens einem Proton und in fast allen Fällen auch mindestens einem Neutron, in dessen Umgebung sich eine gewisse Anzahl Elektronen befinden (bei einem Ungleichgewicht Protonen - Elektronen ist das Element geladen und man spricht von einem Ion). Ein solches Element nimmt man beim Licht aber nicht an. Wie Schillrich schon gesagt hat, besteht das Licht aus speziellen Lichtteilchen, den Photonen, die eine Ruhemasse = 0 haben. Natürlich sind Photonen niemals ruhig, sondern immer in Bewegung. Wie neulich bereits diskutiert wurde, kann die relativistische Masse eines sich bewegenden Photons bei Vakuum-Lichtgeschwindigkeit paradoxerweise jeden beliebigen Wert annehmen zwischen null und unendlich. Mathematisch ist das alles völlig korrekt.

Also hat ein Photon keine Messbare Masse, die aber im Vakuum bei Lichtgeschwindigkeit einen Wer von zB. 100t annehmen kann?

Und die anzieheung des Lichtes von einem schwarzen Loch entsteht dadurch das dass Schwarze Loch den Raum krümmt und das Licht lediglich dieser Krümmung folgt?
Hab ich das jetzt so richtig verstanden?

Also hat ein Photon keine Messbare Masse, die aber im Vakuum bei Lichtgeschwindigkeit einen Wer von zB. 100t annehmen kann?

Im Prinzip ja. Elementarteilchen mit einer Ruhemasse (Masse bei v = 0) größer als Null ebenso wie größere Objekte werden bei Annäherung an die Lichtgeschwindigkeit immer schwerer und bei Erreichen wird die Masse sogar unendlich hoch. Daher erreichen solche Objekte eben auch keine Lichtgeschwindigkeit. Setzt man in die entsprechende Formel dagegen eine Ruhemasse von Null ein, ändert sich die Masse nicht, aber bei v = c ist das Ergebnis nicht definiert. Wie schwer (bei welchen Energiezuständen) ein sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegendes Photon werden kann, müsste dir jemand beantworten, der sich besser in der Physik auskennt. 100 t werden es aber wohl nicht werden. Die Masse eines fliegenden Photons hat mit seiner Energie zu tun, und die wiegt nun einmal nicht sehr viel. Da gilt dann wieder m = E / c².

Und die anzieheung des Lichtes von einem schwarzen Loch entsteht dadurch das dass Schwarze Loch den Raum krümmt und das Licht lediglich dieser Krümmung folgt?
Hab ich das jetzt so richtig verstanden?

Korrekt! Man geht davon aus, dass der Lichtstrahl einer Geraden folgt, diese aber zusammen mit dem Raum gekrümmt wird. Es ist allerdings ein physikalisches Modell, mit dem sich Beobachtungen in der Natur gut erklären lassen. Es sind also andere Modelle denkbar, die die Gravitationswirkung anders beschreiben, und eine gute Erklärung für das Wirken der Gravitation liefert es auch nicht. Die gekrümmte Raumzeit beschreibt lediglich die Auswirkungen, und deshalb benutzt man diesen Ansatz. (Wenn man irgendwann das Wesen der Gravitation verstanden haben wird, mag sich das ändern - oder auch nicht.)

Super, danke für die gute Erklärung.

Licht hat keine Masse. Man darf die Formel E=mc^2 nicht falschverstehen: Die Energie, die ein Lichtquant traegt, ist einer bestimmten Masse aequivalent, es hat diese aber nicht. Aber unter bestimmten Umstaenden kann die Energie in die entsprechende Masse umgewandelt werden, zum Beispiel wenn ein Gammaquant zu einem Elektron-Positron-Paar reagiert (Paarbildung.

Hi
Licht hat zwar keine Ruhemasse aber es doch irgendwie Masse.
Mir hat mal Jemand ein Experiment erzählt wo man das merkt.
Wenn ein Auto im Schatten steht wiegt es ein paar Gramm weniger als wenn Sonne draufscheint.
Das Auto wird sozusagen vom Strahlungsdruck schwerer gemacht.

Ein anderes Experiment war eine Scheibe mit einem Laser der Impulse nach unten aussendete, wobei die Scheibe zu hüpfen begann.

Gruß René

Hallo,

Strahlungsdruck ist kein Gewicht (Gravitation), sondern Impuls (Bewegungsgröße). Wie oben geschrieben: der Impuls der Lichtquanten ist sehr real und messbar. Die (äquivalente) Masse hingegen ist nur errechenbar ohne physikalische Realität.

Ich verstehe das nur nicht richtig.
Wenn ich mich von etwas abstoße, muss der Gegenstand eine gewisse träge Masse besitzen.
Sonst könnte ich mich ja nicht abstoßen.

mfG René

Es reicht tatsächlich ein Impuls, Masse ist nicht zwingend nötig

Hallo,
ich denke mal, wenn Photonen eine Masse hätten gäb`s ein Problem, wenn diese mit Lichtgeschwindigkeiten fliegen, was sie ja eigentlich tun.
Gruß Uwe

Woher weiss man denn, dass es keine Masse hat? Ergibt sich das nur aus mathematische Formel?

Hi
Ich habe heir mal einen interessaneten Artikel.
In Ihm wird gesagt, das energiereiche Strahlung etwas langsamer ist als Energiearme.
http://www.astronews.com/news/artikel/2009/10/0910-042.shtml
Wenn das wirklich stimmen sollte, müßte man doch annehmen, dass Strahlung doch eine Masse hat.
Wenn auch nur eine minnimale.
Energiereiche Strahlung hätte dann etwas mehr Masse als energiearme und ist deshalb langsamer.
Wie kommt man denn eigendlich darauf dass c die maximale erreichbare Geschwindigkeit ist?
Vieleicht ist sie auch etwas höher und die Photonen erreichen die Maximale Geschwindigkeit garnicht.
Dann hätte man das Problem mit dem unendlich hohen Energieaufwand bei erreichen der Lichtgeschwindigkeit doch garnicht.

Gruß René

Hallo René,

hast du den Artikel auch gelesen? Und nicht nur Schlagworte aus dem Zusammenhang gerissen? Da steht genau das Gegenteil von deinem Schluss drin ...

Ich zitiere mal:

gelang es den Wissenschaftlern jetzt eine wichtige Aussage von Einsteins Relativitätstheorie zu überprüfen.
...
Und doch treffen die Photonen - unabhängig von ihrer Wellenlänge - in der gleichen Sekunde ein.
...
Die Beobachtungen bestätigen einmal mehr die Relativitätstheorie Einsteins - und werfen zugleich Probleme für Theorien auf, die eine quantenphysikalische Beschreibung der Gravitation versuchen.
...
...

Außerdem geht es bei der Vermutung, dass energiereiche (hochfrequente) Strahlung länger unterwegs wäre, nicht um Masse, sondern um eine mögliche/unterstellte feinkörnige Struktur der Raumzeit unterhalb der Planck-Länge, wodurch die Photonen diesen "Untergrund" spüren könnten.

Viele Ansätze für eine solche Quanten-Gravitation sagen voraus, dass der Raum auf kleinsten Skalen - der so genannten Planck-Länge von 10-35 Metern - eine schaumige oder körnige Struktur aufweist.

Diese Körnigkeit des Raumes könnte einen Einfluss auf die Ausbreitung elektrischer Strahlung haben: Je kleiner die Wellenlänge - also je höher die Energie - desto stärker würde die Strahlung die Struktur des Raumes spüren und dadurch langsamer werden.

...  ...

Vieleicht hast du ja nicht bis zu Ende gelesen.
Dort steht:

die Photonen mit der höchsten Energie trafen gerade einmal neun Zehntel einer Sekunde später als die Photonen mit niedriger Energie ein.

Das bedeutet, dass Photonen mit hohen Energien auf einer Flugstrecke von 7,3 Milarden Lichtjahren 0,9 Sekunden langsamer sind.
Eine feinkörnige Struktur der Raumzeit könnte das natürlich auch erklären.
Bisher gibts dafür aber keine Beweise
Für mich zählen nur die Fakten, also das was beobachtet wurde und nicht die Urteile und Interpretationen.
Ich habe ja auch gesagt dass die Masse und der Massenunterschied sehr gering sein müßte.

mfG

Es kann auch durchaus sein, dass bei diesem beobachteten Ausbruch hoch- und niederenergetische Gammastrahlen nicht zur exakt selben Zeit ausgesandt wurden (was u.a. eine Annahme für diese Experimente ist). Ach so kann man kleine Abweichungen erklären.

Wie kann Licht keine Masse haben, wie erklärt man dann Lichtdruck...? Und wie kann etwas existieren das keine Masse hat... Dann wäre es ja nicht da...?

Ich glaube, da mußt du dich gedanklich davon lösen, daß alles eine Masse haben muß.
In unserer Physik ist das überhaupt nicht notwendig.
Wellen existieren sehr wohl, und haben keinerlei Masse. Und dennoch transportieren sie Energie, und sind zweifelsohne da.

Eine Welle, und damit auch sichtbares Licht, transportiert die Energie h*f (planksches Wirkungsquantuum * Frequenz).
Und über Einsteins berühmte Formel ist diese Energie einer Masse äquivalent.
Und damit wiederum haben sie auch einen Impuls (m*v), und damit ist der Strahlungsdruck erklärbar den eine Welle ausübt. Also kein Problem.

Wellen und Massen sind in unserer Physik vollkommen gleichrangig.
Physik, oder unsere Welt in der wir existieren, hat noch viel mehr  zu bieten, was etwas "spooky" ist.
Das ist ja das interessante an Physik....

Wie kann Licht keine Masse haben, wie erklärt man dann Lichtdruck...? Und wie kann etwas existieren das keine Masse hat... Dann wäre es ja nicht da...?

Frau Saskia Grunau von der Uni Oldenburg schreibt, dass Photonen zwar keine Ruhemasse, aber weil mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs doch eine sehr kleine bewegte Masse haben. 300 Millionen Photonen würden demnach die gleiche Masse wie ein einziges Proton oder Neutron haben.

Die Gesamtmasse des Lichts, das pro Tag die Erde erreicht ist damit aber immerhin 168 Tonnen. Die Masse des Lichts sorgt übrigens auch dafür, dass Photonen von der Schwerkraft beeinflusst werden.

https://www.uni-oldenburg.de/physik/studium/physik-studieren-in-oldenburg/was-sie-schon-immer/wie-schwer-ist-licht/

Hätte Licht kein Gewicht, könnte es schwarzen Löchern entweichen

Hätte Licht kein Gewicht, könnte es schwarzen Löchern entweichen

Du hast Einstein und die Raumkrümmung nicht verstanden.
Ob mit oder ohne Masse, da kommt nichts raus.

Um vielleicht auch ein wenig Licht (weil es ja gerade um Licht ginge  ) in die Sache zu bringen...
Licht, oder besser Photonen, haben keine Ruhemasse.
Sie haben aber ein bestimmte Energie, da sie sich ja mit Lichtgeschwindigkeit bewegen.
Diese Energie hat aber nach E=mc² (für relativistische Teilchen aber genaugenommen E²=m²c⁴+p²c²) ein Massenäquivalent.
Daher kann es auch Wirkungen wie Rückstoß erzeugen.
Beim schwarzen Loch gibt es ein weiters Problem. Das ist die Fluchtgeschwindigkeit.
Um sich von einem jedem anderen Körper, z.B. der Erde, zu  entfernen braucht man eine Mindestgeschwindigkeit, die so genannte Fluchtgeschwindigkeit, sonst fällt man wieder darauf zurück.
Am schwarzen Loch, oder genauer am Schwarzschildradius des schwarzen Loches, übersteigt diese Fluchtgeschwindigkeit aber die Lichtgeschwindigkeit.
Also kommen auch Photonen nicht hinaus.
Und da es nichts schnelleres gibt als Photonen kommt also gar nichts raus.
O.k. Über Vakuumfluktuationen, am Ende die Hawkingstrahlung, dann doch ganz gering ein bißchen etwas, aber das ist ein anderes Thema.

Über Vakuumfluktuationen, am Ende die Hawkingstrahlung, dann doch ganz gering ein bißchen etwas, aber das ist ein anderes Thema.

Stimmt, leicht anderes Thema, aber Hawkingstrahlung entsteht ja AM Ereignishorizont (ein virtuelles Teilchen fällt rein, sein Zwilling entkommt), also entkommt auch hier kein Teilchen AUS dem Loch.

Von Neutrinos ist mittlerweile bekannt, dass diese eine extrem geringe Ruhemaße haben müssen. Kann jemand in wenigen Worten erklären, wie man bei Photonen eine noch viel geringere Ruhemasse ausschließt? Oder wären 0,000001 eV sogar möglich.