Wat is licht?

Charlotte, 15 jaar
2 april 2022

Licht heeft een rustmassa, dus heeft het dan ook een bewegingsmassa? Heeft licht een massa als je het bekijkt als golf of deeltjes? Indien niet, hoe kan iets geen massa hebben? Welk medium gebruikt licht om zich voort te planten (zoals geluid lucht nodig heeft)?

Antwoord

Je vraag is heel terecht en is een vraag die wetenschappers zich ten tijde van Einstein ook nog altijd stelden.  Ook zij vonden dat er een medium nodig was en noemden dat de 'aether', die uiteindelijk overbodig bleek te zijn voor de fysica. De antwoorden worden gegeven in de speciale relativiteitstheorie van Einstein en de theorie van het elektromagnetisme van Maxwell. 

Licht heeft geen rustmassa, meer nog, licht kan niet 'tot rust' gebracht worden.  Dat is een basis van de speciale relativiteitstheorie : de snelheid van het licht is een constante.  Licht heeft wel een energie en volgens de speciale relativiteitstheorie kan energie omgezet worden in massa en omgekeerd via de befaamde formule E=mc².  We kunnen dus de energie van een lichtdeeltje (een foton) wel uitdrukken in een equivalente massa-eenheid, maar het heeft op zich geen massa.  Het is zelfs zo dat fotonen van een voldoende hoge energie echt omgezet kunnen worden in een elektron-positron paar (een elektron en zijn antideeltje), die uiteraard wel rustmassa's hebben.  Omgekeerd zullen een elektron en een positron, als ze elkaar ontmoeten, volledig verdwijnen en hun volledige massa wordt omgezet in energie onder de vorm van een paar fotonen van 511 keV energie elk.  De kilo-electronvolt (keV) is een energie-eenheid zoals de Joule.

Lichtgolven hebben geen medium nodig om zich in voort te planten.  De golf bestaat immers uit elektrische en magnetische velden.  In de theorie van het elektromagnetisme wekt een variërend elektrisch veld een variërend magnetisch veld op en omgekeerd.  Je kan de lichtgolf dus zien als een continuë afwisseling van magnetische en elektrische velden die verschijnen en verdwijnen en elkaar opwekken.  Vandaar dat licht ook een elektromagnetische golf genoemd wordt, net zoals microgolven, infraroodgolven, ultravioletgolven, radargolven, radiogolven, X-straling en gammastraling.  Het verschil is enkel de energie van de golf (of de equivalente fotonen).

Licht heeft dus geen massa, het bestaat als zuivere energie.  De beschrijving van licht kan je doen aan de hand van deeltjes of golven, beide zijn bruikbaar. In de quantummechanica zijn er immers 2 beschrijvingen van de realiteit die elkaar aanvullen en waarvan de koppeling tussen beide gemaakt wordt door de statistische waarschijnlijkheid/onzekerheid. Je kan het ongeveer zo zien : een deeltje is voor ons iets wat een duidelijk bepaalde plaats heeft als het stilstaat.  Wanneer het gaat bewegen, wordt de precisie waarmee we de plaats op elk moment kunnen bepalen slechter en slechter naarmate het sneller beweegt.  De energie van een stilstaand deeltje is echter heel moeilijk precies te bepalen, vermits een kleine beweging al direkt voor grote verschillen in energie kan zorgen.  Bij een bewegend deeltje is dat veel preciezer mogelijk, vermits we de snelheid kunnen meten en de fout daarop een kleinere en kleinere invloed heeft naarmate het deeltje sneller beweegt.  Een bewegend deeltje kunnen we dan ook veel gemakkelijker beschrijven als een golf die aangeeft waar de kans het grootst is om het deeltje terug te vinden (geen precies bepaalde plaats, maar een waarschijnlijkheidsverdeling bepaald door de intensiteit van de golf op elke plaats), met een goed bepaalde energie (de energie van een golf is precies bepaald door de golflengte).  Als we de plaats van een deeltje goed kennen, is de golf (de waarschijnlijkheidsverdeling van waar het deeltje zich bevindt) eigenlijk enkel 1 piek en is de golflengte bijna niet te bepalen (energie slecht gekend).  Als een deeltje zeer snel beweegt, is de verdeling van de waarschijnlijkheid voor de positie van het deeltje uitgebreid, waardoor de golflengte van de equivalente golf veel beter te bepalen is (energie goed gekend).  Licht beweegt altijd met de lichtsnelheid, waardoor de positie van het 'lichtdeeltje' volledig onzeker is en de energie dus heel goed gekend. 

 

Sven Van den Berghe, SCK CEN

Reacties op dit antwoord

Er zijn nog geen reacties op deze vraag.

Enkel de vraagsteller en de wetenschapper kunnen reageren op een antwoord.

Beantwoord door

Dr. Sven Van den Berghe

Nucleaire materiaalkunde Microscopie Kernenergie Radioactiviteit

SCK-CEN
Boeretang 200, 2400 Mol
http://www.sckcen.be

Zoek andere vragen

© 2008-2022
Ik heb een vraag wordt gecoördineerd door EOS vzw