Cum Poate Lumina să Miște Obiectele dacă Nu Cântărește Nimic

Episodul pornește de la un paradox celebru: lumina nu are nicio masă de repaus — fotonii au exact zero — și totuși poate împinge materia, de la oglinzi la nave spațiale. Prezentarea reamintește definiția clasică a impulsului dată de Isaac Newton (impuls = masă × viteză) și arată de ce, aplicată rigoros, ea pare să interzică orice împingere venită din partea a ceva fără masă. Rezolvarea vine prin relația completă a lui Albert Einstein între energie, impuls și masă: pentru o particulă fără masă, impulsul este egal cu energia împărțită la viteza luminii, iar energia fotonului provine din frecvență, după formula lui Max Planck. Urmează istoria confirmării experimentale. Johannes Kepler a bănuit încă din secolul al XVII-lea că lumina Soarelui împinge cozile cometelor. James Clerk Maxwell a demonstrat teoretic în 1873 presiunea radiantă — aproximativ 4,5 milionimi de pascal — iar Pyotr Lebedev (1901), apoi Ernest Nichols și Gordon Hull (1903), au măsurat-o în laborator, după eșecul grăitor al radiometrului Crookes, acționat de efecte termice, nu de fotoni. Mecanismul real este electromagnetic: câmpul electric al undei pune electronii în oscilație, câmpul magnetic îi împinge în direcția propagării, iar reflexia transmite dublul impulsului față de absorbție; efectul Compton din 1923 a confirmat definitiv impulsul fotonilor. A doua parte explorează ce se întâmplă în Sistemul Solar și în cosmos: boabele de praf sub un micrometru sunt împinse spre exterior, cozile cometelor sunt modelate de fotoni, limita Eddington plafonează masa stelelor, iar Eta Carinae și stelele Wolf-Rayet își pierd materia prin vânturi radiative. Fotonii nucleului solar ajung la suprafață abia după o plimbare aleatoare de 100.000–200.000 de ani. Aplicată tehnologiei, presiunea luminii răcește atomii până la milionimi de grad peste zero absolut (Nobel 1997: Steven Chu, Claude Cohen-Tannoudji, William Phillips), a făcut posibil condensatul Bose-Einstein (Eric Cornell, Carl Wieman, Wolfgang Ketterle, Nobel 2001), a dat naștere pensetelor optice ale lui Arthur Ashkin (Nobel 2018) și a propulsat velele solare IKAROS și LightSail 2; în jurul găurilor negre, ca în Markarian 231, reglează formarea stelelor. Concluzia: energia în mișcare poartă ea însăși impulsul — masa nu este necesară pentru a împinge. Fotonul, ca și concept, este relativ tânăr. Cuvântul a fost inventat abia în 1926 de chimistul american Gilbert Newton Lewis, pornind de la cuvântul grecesc care înseamnă lumină. Teoria lui Lewis despre fotoni s-a dovedit greșită, dar termenul a prins rapid în comunitatea științifică (ro.wikipedia.org/wiki/Foton). Din măsurători experimentale știm și că masa de repaus a fotonului, dacă ar exista, ar fi mai mică de o zecime din 10⁻¹⁸ eV/c², adică practic zero, iar fotonul are spin 1, ceea ce îl face un boson, particulă purtătoare a interacțiunii electromagnetice (telework.ro/ro/proprietatile-fizice-ale-fotonilor-efectul-fotoelectric/). Formulele care explică presiunea luminii sunt, de fapt, destul de simple: energia unui foton este E = hc/λ, unde h este constanta lui Planck, iar impulsul său este p = h/λ. Nu există nicio formulă newtoniană care să funcționeze aici, pentru că pentru un foton E = pc, ceea ce înseamnă că întreaga lui energie este de natură cinetică (scientia.ro/fizica/78-teoria-relativitatii/7830-un-foton-nu-are-masa-cum-poate-avea-impuls.html). O consecință curioasă a lipsei masei este că fotonii nu experimentează timpul: între momentul emiterii și cel al absorbtiei, pentru ei totul este instantaneu, iar aceeași absență a masei îi face stabili, nefiind afectați de câmpul Higgs (scientia.ro/fizica/58-fizica-nucleara/7503-cum-e-posibil-ca-o-particula-fara-masa-ca-fotonul-ori-gluonul-sa-existe.html).