Что произойдет с двумя отдельными фотонами на непрерывном пути?

Это проницательный вопрос. Чтобы полностью ответить на первую часть, потребуется МНОГО математики. Ваша основная мысль верна: фотоны будут гравитационно притягиваться друг к другу. Однако притяжение было бы очень небольшим; слишком мал, чтобы наблюдать или измерять его с помощью любого инструмента, который только можно вообразить. Вторая часть вашего вопроса

Если бы это произошло, разве мы не были бы неспособны отличить эту комбинацию двух фотонов от одного фотона, кроме его повышенной энергии, чем у обычного фотона, и увеличенного гравитационного притяжения.

Если бы существовала пара гравитационно связанных фотонов, детектор предположительно зарегистрировал бы двойное событие, имеющее вдвое большую энергию, чем событие обнаружения одиночного фотона. Но неизвестно, возможно ли, чтобы два фотона были гравитационно связаны. Некоторое соответствующее обсуждение можно найти здесь .

Давайте коснемся здесь основы частиц, потому что вы говорите о фотонах, а не о световых лучах.

Существует большая разница между поведением светового луча, потому что это классически хорошо моделируемое состояние, оно имеет тензор энергии напряжения и следует геодезическим общей теории относительности. Как утверждает С. Макгрю, притяжение будет очень-очень слабым, потому что гравитация — слабая сила.

Но когда мы говорим о фотонах, мы больше не находимся в классическом режиме, мы находимся в квантово-механической системе координат. Даже игнорируя гравитацию, взаимодействия фотонов с фотонами маловероятны, хотя они и существуют. В Википедии есть статья об этом. Это также делает световые лучи не взаимодействующими, а проходящими друг через друга только с суперпозицией, взаимодействия будут происходить отдельными фотонами от каждого луча и будут иметь очень низкую вероятность.

Диаграмма Фейнмана (блочная диаграмма) для фотон-фотонного рассеяния, один фотон рассеивается из-за нестационарных флуктуаций заряда другого в вакууме.

Эта диаграмма является рецептом для вычисления интеграла, который рассчитает вероятность взаимодействия между двумя фотонами из-за электромагнитного поля. Вероятность мала, потому что вершины вносят вклад как$(1/137)^2$мультипликативно к интегралу.

Что касается гравитации, мы еще не знаем, что гравитация квантуется и что у нее есть частица, эквивалентная фотону, гравитон. Он эффективно квантован , и считается, что гравитон существует, но окончательной окончательной теории квантования гравитации не существует, доказательство этого является частью нынешнего Святого Грааля теоретической физики.

Если гравитон существует, гравитационное притяжение на фотонном уровне можно будет рассчитать по аналогичной диаграмме, где вклад гравитации в каждой вершине будет экспоненциально мал, так как гравитационная постоянная на десятки порядков меньше электромагнитной постоянной, что дает возрастают до притяжения на уровне частиц.

В лучшем случае, если два фотона рассеются с промежуточным гравитоном, они просто изменят направление, но велика вероятность того, что они не будут взаимодействовать гравитационно.

Как фотоны создают классический луч, который искривляется сильными гравитационными полями, — это история, для понимания которой требуется много математических рассуждений. Нужно быть осторожным, говоря о фотонах и свете, фотоны - это не кирпичи, из которых состоит свет, они моделируются сложными сложными функциями , которые накладываются друг на друга и создают классическую световую волну.

Два фотона не могут стать «одним фотоном», они будут рассеиваться друг через друга и удаляться, сохраняя импульс и энергию при взаимодействии. Разброс может быть в «привлекательном» направлении, но не может быть «присоединения».

Фотоны всегда движутся со скоростью c. Для ваших двух фотонов существует система центра масс, но они никогда не могут быть единым целым, из-за сохранения энергии и импульса одиночный фотон не имеет центра масс из-за его скорости c.

С учетом вышеизложенного давайте посмотрим на ваш вопрос:

будут ли 2 фотона на непрерывном и полностью изолированном пути в конечном итоге притягиваться друг к другу и проходить друг друга,

Нет. они могут просто разлететься с очень малой вероятностью из-за гравитационного обмена, электромагнитный будет доминировать но его все равно будет очень мало.

затем снова тяготеют колебательно, в то время как расстояние от воображаемой средней точки медленно уменьшается.

Нет, они разлетаются со скоростью света c.

Если бы это произошло, разве мы не были бы неспособны отличить эту комбинацию двух фотонов от одного фотона, кроме его повышенной энергии, чем у обычного фотона, и увеличенного гравитационного притяжения.

Этого не может быть, как сказано выше.