Massa dei fotoni

Per la relatività ristretta un corpo non può viaggiare alla velocità della luce altrimenti la sua massa è infinità. allora perchè i fotoni che viaggiano a velocità c hanno massa uguale a zero?


riccardo silva
29 maggio 2008
Secondo la relatività speciale e generale ogni oggetto possiede una massa di riposo m0 che quella che si misura in un sistema di riferimento inerziale in cui l’oggetto sia in quiete. Per un osservatore inerziale rispetto al quale l’oggetto risulti in movimento alla velocità v la massa, tanto inerziale che gravitazionale (in quanto in relatività esse coincidono), risulta superiore a quella di riposo, secondo la formula

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in cui c rappresenta la velocità della luce nel vuoto, che è una costante universale uguale per qualsiasi osservatore inerziale. Come si vede dalla formula, se m0 ≠ 0, al crescere di v verso c, la massa cresce tendendo a diventare infinita. Di qui l’impossibilità per qualsiasi oggetto di raggiungere la velocità della luce. Vi è però anche un’altra possibilità: la massa espressa dalla formula può risultare finita anche alla velocità della luce se la massa di riposo dell’oggetto considerato è nulla. È questo il caso del fotone: non esistono per natura fotoni fermi: qualsiasi fotone è sempre in moto alla velocità della luce per qualsiasi osservatore, e la sua massa di riposo è nulla. La massa (non di riposo!) del fotone però non è nulla. Per conoscerla occorre ricorrere alla meccanica quantistica la quale ci dice che un fotone è un quanto di energia proporzionale, per il tramite della costante di Planck h, alla frequenza della radiazione considerata: E=hv. Ricorrendo ad un’altra famosissima formula relativistica, quella che esprime l’equivalenza tra massa ed energia, E=mc2 , si vede che la massa di un fotone è:

formula2.png 

Angelo Tartaglia Dipartimento di Fisica, Politecnico di Torino

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