Действительно ли свет (фотоны) передает импульс непосредственно между испусканием и поглощением?

Здесь может помочь пространственно-временная диаграмма. Свет движется по нулевой геодезической непрерывно, поэтому пространственно-временной интервал равен нулю для$45^{\circ}$линия на схеме. Однако отражения - это другое дело, поскольку происходит связанное с ними изменение инерциальной системы отсчета. Сравните с парадоксом близнецов, когда один близнец движется с одинаковой скоростью к другой планете.$turns$, и возвращается обратно. Есть сброс часов и инерциальных отсчетов, связанных с поворотом.

На схеме вертикальные линии M и N — неподвижные зеркала, линии на$45^{\circ}$является мировой линией фотона. Обратите внимание, что серая линия находится выше, что означает, что она не движется со скоростью света. Эта линия измеряет пространственно-временной интервал между событиями A и D, которые здесь представляют излучение и обнаружение соответственно. Как видите, интервал подобен времени, а не равен нулю.

Импульс фотонов изменяется при отражении в результате изменения направления фотона. Утверждение, что пространственно-временной интервал равен нулю, следовательно, здесь не выполняется.

Суть вашего вопроса заключается в этих двух абзацах:

В этой установке излучение и поглощение должны быть разделены пространственно-временным расстоянием 0, поэтому, исходя из описания, импульс между излучающим и поглощающим атомом (объектом) должен передаваться напрямую.

Чтобы уточнить, под прямым я подразумеваю, что свет (фотоны) передают причинно-следственную связь между излучателем и поглотителем, и они делают это без какого-либо изменения их (света/фотонов) импульса между ними.

«Напрямую» — это не технический термин. Не является и «переносной причинностью». И использование притяжательного местоимения «их» в вашем конкретном сценарии плохо определено.

Если «два события имеют пространственно-временное расстояние 0» — это ваше определение «непосредственно» здесь, то это, конечно, тривиально верно.

Но обычное языковое значение «непосредственно» было бы трудно применить к таким ситуациям, например, событие испускания фотона с поверхности звезды в Андромеде и его поглощение человеческим глазом на Земле также имеют пространство-время. расстояние равно нулю, однако большинство людей не сказали бы, что фотон передал импульс от звезды к глазу «напрямую» — он прошел миллионы световых лет между ними!

Несмотря на отвлекающий маневр пространственно-временных интервалов, в формулировке вопроса есть еще большая проблема — идея о том, что «фотон» существует и его можно отследить на протяжении «его» путешествия между зеркалами. Как вы хорошо знаете , можно представить, что зеркала работают , поглощая падающий фотон и испуская фотон в новом направлении. В любом случае, даже не зная, что происходит внутри зеркала, то, что мы видим снаружи, это «фотон входит, фотон выходит».

Поскольку фотоны с одной и той же длиной волны неразличимы, нет осмысленного способа спросить, является ли фотон, падающий на ваш атом, тем же фотоном, который вы испустили, поэтому также нет осмысленного способа спросить, сделал ли «он» что-нибудь с атомом-мишенью». напрямую», что бы это ни значило, потому что нет уникальной идентифицируемой сущности, к которой «это» может относиться здесь.

Элементарные частицы — очень частные существа, и попытки рассуждать о них, помечая их тождествами, редко бывают осмысленными или полезными.

(может ли нулевая геодезическая включать зеркальное отражение)?

Нет, нулевая геодезическая не может включать отражение. Термин «нулевая геодезическая» состоит из двух частей: «нулевой» и «геодезический».

«Нуль» означает, что это путь, по которому может идти свет. В этом случае путь является нулевым путем. Итак, по зигзагообразной траектории имеем$\int g_{\mu \nu} dx^{\mu} dx^{\nu}=0$как и любой другой нулевой путь.

«Геодезический» означает, что путь идет прямо. Формально$\frac{d^2}{d\lambda^2}x^{\mu} +\Gamma^{\mu}_{\nu\eta} \frac{d}{d\lambda}x^{\nu} \frac{d}{d\lambda}x^{\eta}=0$Это не выполняется на зигзагообразном пути и особенно отлично от нуля на зеркалах.

Таким образом, хотя путь нулевой, он не является геодезической и, следовательно, не является нулевой геодезической.

зеркала между ними получают так называемое радиационное давление, то есть свет (фотоны) оказывает давление на оба зеркала.

Когда нулевой путь отклоняется от геодезического пути, вектор касательной изменяется. Это означает, что имеет место изменение количества движения, которое в точности соответствует упомянутому радиационному давлению.

Несомненно, что свет может ускорять тело. Примерами могут служить солнце и солнечный парус в свободном пространстве, смещенный в красную сторону свет зеркала (с передачей импульса от фотонов зеркалу) или ускорение электрона в пространстве светом лазера.

Во всех случаях фотон поглощается. Переизлученные фотоны имеют большую длину волны и меньшую энергию. В общем, это ответ на ваш вопрос. Любое излучение имеет эффект отрицательного ускорения излучающей частицы и передачи этого импульса поглощающей частице.

В случае с зеркалами нужно учитывать, что идеального зеркала не существует. При любых обстоятельствах падающий фотон, пусть даже самый слабый, взаимодействует с субатомными частицами зеркала, и возбужденный электрон рассеивает полученную энергию на другие частицы зеркала. Так что переизлученные фотоны в любом случае имеют большую длину волны. Потеря энергии происходит на каждом зеркале. Кстати, это причина термодинамического закона о несуществовании вечного двигателя.

Отражение — это взаимодействие света с материей, которое представляет собой процесс квантовой механики. Так что, даже если считать общий пространственно-временной интервал в вашей установке равным нулю, это не прямая передача фотонов в вакууме.

Кроме того, с практической точки зрения обычно предполагается, что зеркало состоит из массовых частиц. Это означает, что фотоны не распространяются в вакууме.