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과학 꼼지락
2007.03.17 23:20
제가 쓴 글 광자의 질량(링크) 에서 광자의 질량을 구하는 방법이 있으며, 광자의 운동질량을 구하는 것은 가능하다는 것을 밝혔습니다. 그리고 어느정도 유추를 통해 파장이 짧은 광자일 수록 광자의 운동질량이 크다는 것을 밝혔습니다. 하지만 정확한 광자의 질량을 구하지 않았는데 이번에는 파장에 따른 광자의 운동질량을 계산해 보려고 합니다.
저번에 언급했던 것과 같이 파장(단위는 nm)을 알고 있을 때, 광자의 질량m은 다음과 같은 식을 사용하여 구할 수 있습니다.

m=h/(λc)
  = [6.63x10^-34 / (파장 x 10^-9 x 299792458)]kg

위 식에서 hc는 변하지 않는 상수로 위 식에 이미 넣어놓았습니다. 그러니 이제 빛의 파장을 알아내서 대입만 해 주면 끝납니다. 위키페디아에서 찾아보니(링크) 진동수와 파장을 그려놓은 그림이 있었습니다.

사용자 삽입 이미지

출처 : wikipedia


그런데 단위가 nm으로 되어 있군요. nm은 나노미터라고 읽고, 1nm은 10의 -9제곱 미터 입니다. 그러니까 빨간색이 640nm 즉 640X10^(-9)m 정도의 파장을 가지고 있는 것 입니다. 이왕 말 나온김에 빨간색 광자의 운동질량부터 알아봅시다.

계산식 보기

빨간색 광자의 질량은 대략 0.0000000000000000000000000000000000034555155486934 kg 이군요.

그럼 이제 보라색 광자의 질량을 계산해 봅시다. 보라색의 경우 대략 파장이 420nm 정도 입니다.

계산식 보기

보라색 광자의 질량은 0.0000000000000000000000000000000000052655475027708 kg 으로 빨간색 광자질량의 대략 1.5배 정도가 되네요.

운동량은 질량곱하기 속도니까, 빨간색 광자의 운동량은 1.0359375x10^-27kg·m/s,
보라색광자의 운동량은 1.5785714285714x10^-27kg·m/s정도 되는군요. 질량이나 운동량이나 엄청나게 작네요 ^^

자, 이제 구하고 싶으신 값을 제가 만들어 놓은 엑셀을 받으셔서 구하실 수 있습니다. 숫자들 뒤에 E-36 이라고 뒤에 있을 것입니다. 이는 10^-36을 의미하는 말입니다. 한번 구해 보세요~!

광자의_질량구하기.xls

광자의_질량구하기.xls


[내용추가 : 2007/04/19 23:50]
광자의 정지 질량은 0입니다. 글을 시작하면서 밝혔어야 했는데 밝혀 놓질 않아서요. StarLight님의 충고 감사합니다.^^

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StarLight | 2007.04.19 23:13 신고 | 절대주소 | 수정/삭제 | 댓글
핫;; 순간 광자에 정지질량이 있드는 말인줄 알고 놀랐습니다. ㅎㅎ; 물론 정지 질량은 0 이겠죠?
아, 그리고 광자 운동량 위에 지수 부호 반대에요~.
꼼지락 | 2007.04.19 23:46 신고 | 절대주소 | 수정/삭제
감사합니다. 부호가 바뀐걸 모르고 있었네요^^ 운동질량 보드처리 했습니다.
Destiel | 2012.10.28 18:22 신고 | 절대주소 | 수정/삭제 | 댓글
광자의 질량1,2 모두 잘 보았습니다.
하지만 오해가 있으신듯 합니다.
모든 물리량(질량, 전하량, 시간, 거리, 부피, 등등)들은 에너지 단위를 통해 다른 물리량으로 계산상의 전환이 가능합니다. 이처럼 빛에도 전자기적인 특성으로 인해 에너지가 존재하는데, 그 에너지를 질량단위로 환산하면 꼼지락님의 결과가 나옵니다. 환산이 가능하다고 실제 그런것은 아닙니다. 시간을 에너지화 하여 공간단위로 환산하는 것 또한 가능한데 그렇다고 시간이 공간과 같다는 것은 아니지요.
일반적으로 드브로이의 물질파 공식은 질량이 있는 존재에게 맞는 식이라는 조건이 있습니다.
빛의 정지질량이 0이면 운동질량 또한 0이 됩니다. 정지질량이 0이되어야지만 빛의 속력이 광속이되는데 이는 운동질량에 적용해도 같은 결과가 나옵니다. (정지질량이 0이므로 당연히 운동질량또한 0이될 수밖에 없지만)운동질량이 존재한다면 같은 원리로 빛의 속력은 광속에 도달할 수 없습니다.
꼼지락 | 2013.02.06 13:10 신고 | 절대주소 | 수정/삭제
고등학교시절에 작성한 글이라 오류가 많습니다. 죄송해요. 곧 지워버릴거같은 글이네요.
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