Fotón

Fotón existuje iba v pohybe, pričom sa vždy (v súlade s postulátom špeciálnej teórie relativity) pohybuje rýchlosťou svetla. Má preto nulovú pokojovú hmotnosť. Dôsledkom jeho neustáleho pohybu je však nenulová energia, ktorá je definovaná vzťahom:

${\displaystyle E=hf={hc \over \lambda }}$,

kde ${\displaystyle h}$ je Planckova konštanta, ${\displaystyle f}$ je frekvencia, ${\displaystyle c}$ je rýchlosť svetla vo vákuu a ${\displaystyle \lambda }$ je vlnová dĺžka.

Na základe relativistického vzťahu ekvivalencie energie a hmotnosti, tzn. ${\displaystyle E=mc^{2}}$, je možné fotónu priradiť tiež určitú hmotnosť (nejde však o pokojovú hmotnosť, ktorá je nulová, ale o pohybovú hmotnosť), ktorá sa prejavuje zotrvačnými a gravitačnými vlastnosťami. Táto energia (a teda aj hmotnosť) spôsobuje, že na fotón pôsobi gravitácia podľa všeobecnej teórie relativity a on sám gravitačne pôsobi na okolie. Tieto javy boli potvrdené pozorovaním (napr. pozorovanie ohybu žiarenia okolo kozmických telies).

Pomocou relativistického vzťahu pre energiu pohybujúcej sa častice ${\displaystyle E={\sqrt {m_{0}^{2}c^{4}+p^{2}c^{2}}}}$ a zo skutočnosti, že pokojová hmotnosť fotónu je nulová, tzn. ${\displaystyle m_{0}=0}$, je možné hybnosť fotónu ${\displaystyle p}$ vyjadriť nasledujúcim spôsobom:

${\displaystyle p={E \over c}={hf \over c}={h \over \lambda }}$

Napriek tomu, že pokojová hmotnosť fotónu je nulová, môžeme určiť jeho relativistickú hmotnosť z predchádzajúceho vzťahu. Pokiaľ uvážime, že ${\displaystyle p=mc}$, platí:

${\displaystyle m={hf \over c^{2}}={h \over c\lambda }}$