Wenn Photonen keine Masse haben, wie können diese dann durch die Schwerkraft beeinflusst werden?
Photonen haben zwar keine Ruhemasse, erhalten aber trotzdem eine äquivalente Masse über ihren Impuls (
E=m
c
2
,E=pc⇒m=p/c
). Darum geht es hier aber nicht einmal, denn selbst ohne eine solche würde das Photon abgelenkt werden.
Bereits die Newtonsche Gravitationstheorie postulierte eine gravitative Lichtablenkung. Newton hielt Licht für Teilchen[1] und er ging davon aus, dass es denselben Gesetzen folgt wie andere massebehaftete Körper. Setzt man das allgemeine Kraftgesetz (
F=dp/dt=ma
) mit der Newtonschen Gravitation (
F=G
m⋅M
r
2
) gleich, so kürzt sich die Masse heraus. Also selbst für den Grenzübergang
li
m
m→0
erhält man für das Photon eine Beschleunigung und damit eine Ablenkung im Gravitationsfeld von
a=G
M
r
2
.
In der Allgemeinen Relativitätstheorie wirkt auf das Photon überhaupt keine Kraft mehr, sondern es bewegt sich einfach nur entlang des kürzesten Weges, aber jetzt in einem durch die Gravitation gekrümmten Raum, auf einer Geodäte
. Das Photon interessiert sich für keine Schwerkraft, sondern bewegt sich einfach nur ohne Krafteinwirkung im (gekrümmten) Raum.
Sowohl Newton als auch Einstein postulierten also eine Lichtablenkung durch Gravitation. Johann Georg von Soldner berechnete bereits 1804[2] auf Basis der Newtonschen Annahmen die Lichtablenkung um die Sonne zu 0,84 Bogensekunden. Selbst Einstein kam zu Beginn seiner Allgemeinen Relativitätstheorie auf den gleichen Wert[3] . Erst das tiefere Verständnis seiner Theorie führten letztendlich zu dem doppelten Wert, welcher während der Sonnenfinsternis 1919 bestätigt worden ist[4]. Das war der entscheidende Durchbruch der Allgemeinen Relativitätstheorie.
Fußnoten
[1] Korpuskeltheorie – Wikipedia
[2] Johann Georg von Soldner and the gravitational bending of light, with an English translation of his essay on it published in 1801
[3] Johann Georg von Soldner – Wikipedia
[4] IX. A determination of the deflection of light by the sun's gravitational field, from observations made at the total eclipse of May 29, 1919