Andrew Palfreyman

Имеет ли коробка с фотонами больше инерции, чем пустая коробка?


Фотоны Относительность Масса-энергия Инертность Физика

Коробка, содержащая фотоны, тяготеет сильнее, чем пустая коробка, и поэтому принцип эквивалентности диктует, что ящик, содержащий фотоны, имеет большую инерцию, чем пустая коробка. Похоже, что неизбежный вывод состоит в том, что мы можем приписать свойство инерции к свету. Это правильный вывод?

Bill Alsept
Я не знаю, можете ли вы испытать инерцию, не создавая фотонов или электромагнитную волну. Пустая коробка все еще находится под влиянием g, поэтому я не знаю, действительно ли пустая коробка будет свободна от какого-либо излучения.

Qmechanic♦
По сути, это дубликат физики.stackexchange.com/q/10612/2451

Andrew Palfreyman
Связанный, но не идентичный, поскольку связанный вопрос не обсуждает инертность явно.

Ответы


knzhou

Да! На самом деле такой феномен очень распространен. Например, масса протона намного больше, чем сумма масс составляющих кварков. Большая часть дополнительной массы исходит от глюонов, связывающих кварки вместе; как фотоны, глюоны безмассовые, но они вносят вклад в инерцию.

Hypnosifl
Не является ли дополнительная масса в значительной степени потенциальной энергией связанных кварков, а не кинетической энергией глюонов? Глюоны будут действовать как носитель силы , но разве они не будут рассматриваться как виртуальные частицы при анализе того, что связывает кварки вместе? Я согласен с вашим ответом на то, что фотоны вносят вклад в массу покоя коробки, но я не знаю, является ли это хорошей аналогией, чтобы проиллюстрировать идею о том, что внутренняя кинетическая энергия связанной системы способствует ее массе покоя.

knzhou
@ Hypnosifl Как вы определяете потенциальную энергию? На квантовом уровне есть только поля кварка и глюона; потенциальная энергия - это концепция, которую мы составляем после масштабирования.

knzhou
@ Hypnosifl «Потенциальные термины» в этом вопросе - это поле, взаимодействующее с самим собой. Кварки не взаимодействуют с самим собой, но они взаимодействуют через глюонное поле. Вы можете вычислить «потенциальную энергию», найдя энергию конфигурации, содержащей два кварка на некотором расстоянии друг от друга, но эта энергия исходит из глюонного поля, а не что-то лишнее.

jkavalik
Протоны или фотоны?

Aron
@jkavalik На самом деле он имеет в виду протонов. В протоне большая часть инерции происходит из безмассовых глюонов. Точно так же коробка, заполненная фотонами, потенциально может быть очень массивной из-за энергии фотонов. На практике многие фотоны поглотили бы любую коробку, которую вы могли бы построить.

Bobak Hashemi

Да, масса и энергия эквивалентны. Более компетентный релятивист может дать вам полное описание, но в первом порядке вы можете сказать, что масса объекта - это просто полная энергия в его объеме, деленная на c ^ 2. Эта масса эквивалентна инерционной массе по принципу слабой эквивалентности, который является краеугольным камнем GR.

То есть ответ «да» по принципу слабой эквивалентности .


Hypnosifl

Да, как внутренняя потенциальная энергия, так и внутренняя кинетическая энергия связанной системы (в остальной части ее центра масс) вносят вклад в инерционную массу связанной системы согласно Е = m c 2 Е знак равно м с 2 , Для статьи, в которой обсуждаются доказательства того, что это верно для внутренней кинетической энергии, в частности, см. Кинетическая энергия и принцип эквивалентности .


kpv

Теоретически ответ - да.

Однако, глядя на практичность ситуации, ответ отрицательный.

Фотоны не могут содержаться внутри коробки, если они не являются 1. Созданы внутри самого ящика или 2. Они заперты заранее, а затем доставлены внутри коробки.

В 1. они не добавляют к инерции, потому что они создаются с использованием энергии из ящика в той или иной форме.

В 2. они добавят к инерции, но проблема будет при измерении инерции. Потому что они будут двигаться в точке c, если поле движется, или оно приходит в себя. Поэтому, когда вы пытаетесь измерить инерцию коробки, либо двигая ее, либо останавливая ее, скорость фотона не изменяется, и поэтому они не должны рассчитывать на измерение инерции. Я думаю, их инерция будет реализована только тогда, когда они будут поглощены коробкой.

davidphysics
«Итак, когда вы пытаетесь измерить инерцию коробки, либо двигая ее, либо останавливая ее, скорость фотона не изменяется, и поэтому они не должны рассчитывать на измерение инерции». Если вы воображаете фотоны, захваченные зеркальной поверхностью, когда они попадают на движущуюся зеркальную поверхность, они будут подвержены допплеровскому сдвигу, и поэтому их энергия может измениться, и они будут способствовать инерции.

Hypnosifl
Если внутренняя часть ящика является черным телом , то внутренняя часть коробки будет содержать фотонный газ с спектром черного тела для температуры ящика с равновесием между скоростью, в которой стенки поглощают излучение от фотонного газа и скоростью, которую они излучают излучение черного тела. Обратите внимание, что полость с отверстием является общей моделью для излучателя черного тела, это просто так, но с отверстием, запечатанным.

tvo
@kpv +1 для творческого мышления

kpv
NeuroFuzzy: Вы правы, но проблема заключается в измерении инерции. Эффект Допплера будет являться результатом изменения скорости. Поэтому сначала скорость изменится, а затем эффект допплера покажет. Но если скорость уже изменилась, вы уже измерили инерцию без эффекта допплера. Кроме того, отражающие фотоны между двумя зеркалами назад и вперед должны отменять любые эффекты, если таковые имеются.

Смотри также