Μια συνηθισμένη ερώτηση στη Φυσική είναι:
Πώς μπορεί το φωτόνιο να έχει ορμή χωρίς να έχει μάζα;
Η εξίσωση που γνωρίζουν οι περισσότεροι από την κλασική Φυσική είναι:
p=mv (1)
p=ορμή
m=μάζα
v=ταχύτητα
Αν χρησιμοποιήσουμε όμως αυτήν την εξίσωση για ένα φωτόνιο με m=0 και v=c, θα έχουμε:
p=0•c άρα p=0
καταλήγοντας ότι το φωτόνιο δεν έχει ορμή, κάτι που σίγουρα δεν ισχύει.
Γνωρίζουμε επίσης ότι η κινητική ενέργεια δίνεται από τον τύπο: Κ=1/2 mv² (2)
Αν συνδυάσουμε κατάλληλα τις σχέσεις (1) και (2) βρίσκουμε τη σχέση ανάμεσα στην κινητική ενέργεια και στην ορμή:
K=p²/2m (3)
Βλέπουμε δηλαδή ότι κινητική ενέργεια και ορμή συνδέονται με αυτή τη σχέση η οποία όμως δεν είναι ακριβής.
Στην πραγματικότητα οι παραπάνω σχέσεις δουλεύουν όταν πρόκειται για σώματα “με μάζα” που κινούνται με “μικρές σχετικά ταχύτητες” ως προς ένα σύστημα αναφοράς.
Όταν μιλάμε για μεγάλες ταχύτητες θυμόμαστε τον Einstein και τη διάσημη εξίσωση: E=mc² (4)
Όμως ακόμα κι αυτή η εξίσωση δεν είναι μια “γενική εξίσωση”, δεν δουλεύει για αντικείμενα χωρίς μάζα ή για κινούμενα αντικείμενα.
Οι παραπάνω εξισώσεις λοιπόν εφαρμόζονται προσεγγιστικά για αντικείμενα με μάζα που κινούνται σχετικά αργά (ως προς ένα σύστημα αναφοράς).
Η γενική εξίσωση που δουλεύει σε όλες τις περιπτώσεις είναι:
Ε²=(pc)² + (mc²)²
Με βάση την εξίσωση αυτή αν θέσουμε για το φωτόνιο m=0 βρίσκουμε E=pc και την ορμή του p=E/c.
Επίσης αν ένα αντικείμενο είναι ακίνητο τότε p=0 και καταλήγουμε στη γνωστή εξίσωση Ε=mc².
Επομένως, όπως κάθε σωματίδιο που κινείται (πρωτόνιο, νετρόνιο κλπ) έχει ορμή, έτσι και το φωτόνιο έχει ορμή κι ας έχει μηδενική μάζα.