Czy z tego względu, że foton posiada pęd, można mówić też, że posiada bezwładność?
Czy z tego względu, że foton posiada pęd, można mówić też, że posiada bezwładność?
W pewnym sensie można mówić o bezwładności fotonu.
Tradycyjne rozumienie bezwładności jest następujące: prędkość ciała nie ulega zmianie sama z siebie i aby ją zmienić, czyli aby nadać ciału pewne przyspieszenie, konieczne jest użycie siły. Zgodnie z II prawem dynamiki Newtona, aby nadać ciału o masie $m$ przyspieszenie $\vec{a}$, musimy nań podziałać siłą $\vec{F}$ o wartości
\begin{equation}
\vec{F}=m\vec{a}.
\label{Fma}
\end{equation}
Ponieważ przy ustalonym przyspieszeniu wartość wymaganej siły jest wprost proporcjonalna do masy, samą masę uważa się za miarę bezwładności.
Wynikałoby z tego, że ciała bezmasowe pozbawione są bezwładności i ten wniosek jest zapewne słuszny tak długo, jak długo utrzymujemy tradycyjne rozumienie bezwładności i pozostajemy na gruncie fizyki newtonowskiej. Jeśli więc chcemy mówić o bezwładności fotonu musimy zmienić definicję bezwładności. Można to zrobić w następujący sposób.
Równanie \eqref{Fma} daje się zapisać w postaci
\[
\vec{F}=\frac{d\vec{p}}{dt},
\]
którego prawa strona opisuje zmianę w czasie $t$ pędu $\vec{p}$ ciała. Z równania tego płynie wniosek mówiący, że pęd ciała nie ulega zmianie sam z siebie i aby zmienić ten pęd, konieczne jest użycie siły. Potraktujmy tą cechę jako nową definicję bezwładności.
W szczególnej teorii względności foton jest często dla uproszczenia rozważań traktowany jako klasyczna cząstka o zerowej masie posiadająca niezerowy pęd, który zmienia się tylko podczas oddziaływania z innymi ciałami (np. podczas rozpraszania comptonowskiego). Taki foton posiada bezwładność w znaczeniu określonym przez nową definicję tej cechy.
W rzeczywistości foton jest obiektem kwantowym i jako taki nie posiada ściśle określonego pędu. Można mu jednak przypisać pęd uśredniony, który sam z siebie nie ulega zmianie — do jego zmiany konieczne jest oddziaływanie z innymi ciałami. I w tym sensie można mówić o bezwładności fotonu.