Işığın kütlesi yokken, e=mc^2'ye göre enerjisi nasıl olabiliyor?

Kütlesiz olan fotonların nasıl olup da kütleçekiminden etkilenebileceğini daha önce konuşmuştuk. Bu durumda akla burada da olduğu gibi şu soru gelebilir: "Einstein'ın meşhur formülüne göre enerjisi olan her şeyin kütlesi olmak zorundadır. Işığın enerjisi vardır. O zaman ışığın neden kütlesi yoktur?"

Bu soru oldukça güzel ve önemli. Hata ise, bu formülün hareket halinde olmayan cisimlerin kütlesi için kullanılabiliyor olmasıdır. Buna durgun kütle adı verilir ("durgun kütle" ile "göreli kütle" arasındaki ayrım fizikte birazcık tartışmalı; burada ele almıştık, şimdilik kolaylık olması için arada fark varmış gibi anlatacağım). Işık gibi parçacıklar ise durgun değildir, sürekli hareket halindedir. Hatta, ışık hızında hareket ederler. Hareketli cisimler için Einstein'ın meşhur denklemi, birazcık daha "sevimsiz" hale gelir ve şöyle olur:

Burada , hareketli cisimlerin sahip olduğu momentum, ışık hızı, durgun kütle, ise relativistik enerjidir. Dolayısıyla enerjisi olan her cismin kütlesi olmasına gerek yoktur, hızı olması da yeterlidir. Kütlesiz olan fotonlarda da olduğu için, bu formül olarak sadeleştirilebilir. Görülebileceği gibi, fotonların enerjisi formülü ile değil, formülü ile hesaplanmaktadır.

Peki formülünü ne zaman kullanıyoruz? Kütleli olan cisimlerde formülün kısmı o kadar büyük olur ki, kısmı önemsiz derecede küçük kalır. Bu nedenle o kısmı yok saymak mümkün olur ve formül olarak sadeleşir. Yani kütlesi olan her cismin, hareketsiz olsa bile bir enerjisi vardır ve hareketsizlik durumunda meşhur formülü ile enerjisi hesaplanabilir.

Ancak uzun lafın kısası, Einstein'ın formülü kütleli cisimler için basitleştirildiği ve o haliyle meşhur olduğu için enerjisi olan her cismin kütlesi olması gerektiği gibi bir algı yayılmıştır; ancak bu doğru değildir. Kütlesiz cisimler de enerjiye sahip olabilir. Dolayısıyla ışığın kütlesi yoksa bile, enerjisi vardır.^[1]