Имеют ли фотоны инерцию?

Все мы знаем пример, когда мы говорим, что безмассовый ящик, содержащий фотоны, обладает инерцией, потому что фотоны оказывают давление на внутренние стенки ящика.

Но мой вопрос касается одиночного фотона, путешествующего свободно. Может ли быть инерция?

Одним из аспектов этого свойства является тенденция объектов продолжать двигаться по прямой линии с постоянной скоростью, когда на них не действуют никакие силы.

https://en.wikipedia.org/wiki/Инерция

Есть и другое определение инерции, то есть нам нужно приложить силу к объекту, когда мы пытаемся удалить его из геодезической, по которой он следует.

фотон с энергией E, заключенный в безмассовый, идеально отражающий ящик, имеет массу покоя, потому что обладает инерцией, т. е. требуется сила, чтобы разогнать ящик против светового давления волны, отражающейся изнутри ящика: импульс, необходимый для достижения скорости v≪c, ​​равен Ev/c2, поэтому можно сказать, что система имеет массу покоя и, конечно же, инертную массу E/c2. Фотоны с энергией E всегда добавляют эффективную гравитационную массу E/c2 к члену T00 в «источнике» тензора энергии напряжений. Таким образом, у них есть гравитационная масса E/c2, и действительно существуют электровакуумные решения ЭФЭ, в которых интенсивный свет действует сам на себя через гравитацию. Итак, инертная масса = гравитационная масса.

Фотон: скорость и масса

В этом ответе конкретно говорится, что фотон, обладая энергией-импульсом, вносит вклад в тензор энергии-импульса, таким образом, имеет гравитационную массу, и этот факт вместе с тем фактом, что фотоны имеют свои собственные гравитационные эффекты, означает, что инерционная масса = гравитационная масса для фотон.

Хотя многие на этом сайте отождествляют инерцию исключительно с массивными объектами.

Теперь так же, как при удалении массивного объекта с его пути на геодезической, нам нужно применить к нему силу, чтобы «оттолкнуть» его от геодезической, мы можем сделать то же самое с фотоном, используя зеркало.

Теперь, если у нас есть фотон, путешествующий по геодезической, и мы используем зеркало, чтобы убрать его с геодезической, мы используем силу (создаваемую зеркалом), чтобы удалить фотон с исходной геодезической, и фотон будет оказывать давление на зеркало. (противоположная сила).

Давление фотона (передача импульса) на зеркало может быть незначительным, но оно зависит от его частоты, потому что для фотонов энергия, частота и импульс пропорциональны. Это можно интерпретировать как то, что фотоны обладают инерцией, пропорциональной их энергии, точно так же, как у массивных объектов инерция пропорциональна их массе (которая снова сводится к энергии напряжения).

Таким образом, в конечном итоге содержание энергии напряжения определяет инерцию, и это касается как массивных, так и безмассовых частиц.

Вопрос:

  1. Имеют ли фотоны инерцию?
Вы, кажется, уже ответили на свой вопрос: если вы определяете инерцию как вклад в тензор энергии-импульса, то у них действительно есть инерция. Что вы спрашиваете, что еще не содержится в вашем вопросе?
@ACuriousMind на этом сайте много тех, кто утверждает, что инерция предназначена для массивных объектов, и много вопросов и ответов, использующих инерцию только для массивных частиц. Мой вопрос касается установления того, что в конечном счете безмассовые частицы могут иметь инерцию (фотоны в примере).
@ACuriousMind Как из вики: «В обычном использовании термин «инерция» может относиться к «величине сопротивления объекта изменению скорости» или, в более простых терминах, к «сопротивлению изменению движения» (которое количественно определяется его массой). ), а иногда и к его импульсу, в зависимости от контекста». Это пример, в котором масса используется как определитель самой инерции.
@ACuriousMind, это не так просто, как сказать, что у фотонов есть импульс. Я считаю, что инерция — это нечто большее, чем просто наличие импульса (как у фотонов есть импульс).

Ответы (4)

да, они делают, и по причинам, которые вы набросали. В принципе, было бы возможно построить зеркальный «парус», который при развертывании вблизи звезды можно было бы использовать для приведения в движение космического корабля за счет силы фотонной реакции . Однако сила реакции ничтожна, и для создания полезных ускорений потребовался бы парус на многие мили в поперечнике.

Исаак Азимов, возможно, написал научно-фантастический рассказ о «солнечном плавании» в 1950-х годах, я должен проверить свою библиотеку, чтобы убедиться, что это правда.

Я думаю, вы имеете в виду рассказ, написанный в 1964 году Артуром Кларком под названием «Санджаммер» .
@PM2Ring, ты совершенно прав, я читал это в том году!
Это возможно не только в теории. На самом деле это работает с LightSail-2. См. planetary.org/sci-tech/lightsail

Инерция — это сопротивление любого физического объекта изменению его скорости. Это включает в себя изменения скорости объекта или направления движения.

Фотон — элементарная частица с нулевой массой, но он описывается четырехмерным вектором. Его скорость всегда равна скорости света с, но его направление может меняться в зависимости от взаимодействия с полями или частицами.

Гравитационное линзирование — наблюдаемое явление.

где мы говорим, что безмассовый ящик, содержащий фотоны, обладает инерцией, поскольку фотоны оказывают давление на внутренние стенки ящика.

Ящик, содержащий фотоны, не может быть безмассовым. Он будет включать в себя коллективную массу фотонов, которая является длиной четырех векторной суммы четырех векторов коробки и фотонов. Только если все четыре вектора нулевой массы коллинеарны в пространстве, полная масса фотонов будет равна нулю. Итак, поскольку есть масса, есть и инерция в соответствии с приведенным выше определением.

Большое спасибо, правильно ли я понимаю, что одиночный фотон не может иметь инерции?
Этот ответ, кажется, касается инерции вращения (момент инерции), тогда как вопрос ОП касается инерции поступательного движения («мой вопрос касается одного фотона, путешествующего свободно»).
@electronpusher Я кардинально изменил ответ, спасибо за комментарий
@ ÁrpádSzendrei Я изменил ответ, так что, возможно, вам следует переосмыслить
Не правильнее ли было бы сказать, что фотон не имеет инерции, а взаимодействие с ящиком и фотон действует так, как если бы ЯЩИК, имеет инерцию. Так как свет на самом деле не имеет массы, но у него есть энергия. и любая кажущаяся инерция возникает из-за взаимодействия с фотонами и ящиком, а не из-за того, что фотоны на самом деле обладают инерцией.
Что сделал бы фотон, если бы столкнулся с зеркалом с импедансом 377 Ом, был бы он полностью поглощен? Что, если импеданс был -j1000? будет ли поверхность притягиваться к фотону? Максвелл отвечает на эти вопросы в случае с плоскими волнами!
@barry фотон - это квантово-механическая сущность, и его взаимодействия регулируются квантовой механикой. Он «видит» не импеданс, а поле, с которым он может квантово-механически взаимодействовать, и его поведение можно описать с помощью функции вероятности. Таким образом, сила в F=ma становится четырьмя импульсами dp/dt на вершинной диаграмме взаимодействия фотонов. Если вы погуглите, то найдете статьи, в которых вычисляется аналогичная инерция фотона.
@jensenpaull Я так не думаю. F=ma классических размерностей становится dp/dt фейнмановских взаимодействий фотонов с полем поверхности ящика. Если вы погуглите, то найдете статьи, в которых вычисляется аналогичная инерция фотона. пример: arxiv.org/html/физика/9810025
anna v Несколько месяцев я полировала объектив 34-дюймовой камеры, но я вернулась. В реальном мире свет и РЧ ведут себя в соответствии с Максвеллом, квантовая механика приводит к парадоксу, более быстрому, чем туннелирование света, невозможность объяснить интерференцию двух щелей при низкой интенсивности и т. д. Поэтому инженеры в моей профессии не используют концепцию фотона. «Дьявол кроется в деталях». Я попросил прогноз того, что будет наблюдаться, когда фотон взаимодействует со сложными импедансами, КМ не в состоянии справиться с такой сложностью .......
..........QM не в состоянии справиться с такой сложностью, поэтому военные не используют QM в индустрии невидимости для разработки антиотражающих покрытий для радиочастотных или оптических радаров. Технология Максвелла теперь способна обнаруживать самолеты-невидимки, которые по сути являются идеальными «излучателями черного тела». QM не кажется полезным в этом исследовании, возможно, вы можете помочь здесь с некоторыми новыми достижениями QM. Вы могли бы начать с попытки предсказать результаты моего первоначального комментария?
Уравнения @barry maxwells хороши для инженерных исследований и исследований больших размеров. Фотоны не нужны для уравнений Максвелла, поэтому нет способа ответить на ваш вопрос, это яблоки для апельсинов. Кстати, квантовая механика полностью объясняет эксперимент с двумя щелями и с одиночными фотонами, physics.stackexchange.com/questions/90646/…
Краткий поиск по инерции фотона объясняет, что инертная масса = гравитационная масса, и, таким образом, его кажущаяся инертная масса отлична от нуля. Также поиск говорит, что единственный способ на самом деле «измерить» это - поместить их во что-то (например, в коробку). что я все еще нахожу неубедительным. Очевидно, что у фотона есть импульс, однако уменьшение импульса поля никак не влияет на скорость самого фотона. Я предполагаю, что этот вопрос сводится к игре определений, поскольку я действительно использовал слово инерция только в контексте сопротивления ускорению.
Уравнения Анны и Максвелла не имеют верхнего предела, они подходят даже для гамма-лучей с самой высокой энергией. Кстати, ваша ссылка никоим образом не демонстрирует, что одиночные фотоны мешают только одному в эксперименте за раз, это магическое мышление. Так называемые «фотоны», которые со временем накапливаются, представляют собой просто тепловой шум плюс электромагнитные волны, которые при добавлении создают иллюзию обнаружения фотонов. У меня есть ссылка на статью, которая идеально имитирует эффект, используя максвелловские волны плюс шум. jumpshare.com/v/TX5vZ8WKGtSgHSJrfSt3
@barry это ваша собственная теория мира, и этот сайт предназначен для основной физики, поэтому мы не можем обсуждать дальше

Каким-то образом вопросы об инерции связаны с вопросами о массе фотона. Дискуссию о массе фотона можно вести бесконечно. В общем:

  • ясно, что фотон не имеет массы покоя . Потому что он не может быть в покое. Он может существовать только после своего испускания, пока не будет поглощен. В промежутках он движется со скоростью света.
  • испускание фотонов (энергии) уменьшает массу излучателя. Со времен Эйнштейна масса и энергия были напрямую связаны. Обозначение энергии фотона как массы имеет смысл только в том случае, если расчеты различны И сопровождаются измеримым эффектом. Этого, похоже, нет и, по-видимому, не будет в будущем.

Инерция — это свойство тел двигаться прямолинейно с постоянной скоростью, когда на них не действуют никакие силы. В общем:

  • для нашего обычного окружения два фотона не взаимодействуют, никакая сила не действует друг на друга. Поэтому инерция не проявляется.
  • фотоны высокой энергии способны аннигилировать в две или более субатомных частицы. Я бы не назвал эти процессы инертными, потому что эти фотоны исчезают.

Но есть и другой процесс, при котором фотон отклоняется. Если фотон пролетает вблизи края, он отклоняется. Это не удивительно; как фотоны, так и поверхностные электроны края имеют магнитное и электрическое поля, и эти взаимодействия являются хорошей причиной отклонения фотонов. Из факта отклонения можно сделать вывод, что фотоны обладают инерцией.

Электромагнитные волны оказывают отталкивающую силу на проводящую поверхность, сначала индуцируя ток на этой поверхности, результирующий ток создает магнитное поле в таком направлении, что оно противодействует полю, которое его создало, это закон Ленца или закон Фарадея.

https://en.wikipedia.org/wiki/Lenz%27s_law

Если это можно истолковать как инерцию, то так тому и быть.

Имеют ли фотоны инерцию?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v