Имеются ли экспериментальные доказательства того, что безмассовые частицы, такие как фотоны, притягивают массивные объекты?

Например, доказательства того, что высокоэнергетический лазерный луч притягивает объекты поблизости?

В рамках общей теории относительности Эйнштейна вся энергия искривляет пространство-время и, следовательно, оказывает притяжение, но мой вопрос заключается в том, является ли экспериментально подтвержденным фактом, что энергия, которая не исходит из массы (например, фотонов), действительно притягивает массивные объекты?

См. также: физика.stackexchange.com/q/ 60020
Если вы готовы принять какую-либо версию 3-го закона Ньютона в качестве аксиомы, я полагаю, что гравитационное линзирование является достаточным доказательством, но то, как поставлен вопрос, допускает, по крайней мере, возможность того, что плакат не желает просто оговаривать это.
Сильные лазерные лучи имеют тенденцию притягивать близлежащие объекты (особенно пыль). Но это не имеет ничего общего с гравитацией. Напряженность электрического поля в луче достаточно высока, чтобы поляризовать близлежащую пыль и ее электрическое притяжение. По этой причине я думаю, что было бы трудно измерить искривление пространства-времени с помощью лазера — вам нужно было бы как-то убрать электрическое взаимодействие из картины, а это просто невозможно сделать.
Не могли бы вы, чтобы убрать этот эффект, проверить притяжение нейтронов лазерным лучом в космосе?
@ user44558 Я не уверен - это выходит далеко за рамки моей компетенции, но вам потребуется настолько высокая мощность луча, что даже вакуум поляризуется. И нейтроны, вероятно, не так уж хороши — они быстро распадаются (ну, это зависит от масштаба, но чуть меньше 15 минут — это не так много), и вы получаете протоны и электроны, которые явно заряжены. Ради полноты: вы также получаете антинейтрино, а в некоторых случаях и гамма-лучи от распада, но в нашем случае они не так важны.

Ответы (3)

Насколько мне известно, не было экспериментальных доказательств того, что свет искривляет пространство-время. Мы знаем, что если ОТО верна, то так и должно быть, и все проведенные нами эксперименты (пока что) подтвердили предсказания, сделанные ОТО , так что весьма вероятно, что свет действительно искривляет пространство-время.

Проблема в том, что пространство-время очень трудно искривить на сколько-нибудь значительную величину. Изгиб его не проблема, если у вас есть астрономическое тело под рукой, но измерение кривизны из-за масс лабораторного масштаба требует очень точных измерений. Принимая во внимание, что масса является очень концентрированной формой энергии (с коэффициентом с 2 ) трудно представить, как мы сможем получить достаточно интенсивный источник света, чтобы создать измеримую кривизну. Возможны некоторые косвенные измерения, но ни одно из них сразу не приходит на ум.

Один из способов думать об этом состоит в том, что вам потребуется столько же световой энергии, сколько содержится в массе покоя астрономического тела. Следовательно, единственный эксперимент, который я могу придумать, — это бросить маленькую планету в маленькую антипланету.

Да, почти вся масса-энергия обычной материи обусловлена ​​глюонным полем. Глюоны — это калибровочные бозоны с нулевой массой (как фотоны). В отсутствие глюонов кварки, составляющие протоны и нейтроны, имели бы менее 2% их обычной массы. Поскольку измеренное гравитационное взаимодействие материи включает массу, обеспечиваемую глюоном, а не только массу, обеспечиваемую кварком, мы можем быть уверены, что гравитационное взаимодействие, обусловленное массой-энергией, не делает различия между принципиально безмассовыми и массивными частицами.

Если вы хотите вернуться к фотонам, существует также масса, индуцируемая электромагнитным взаимодействием. Это делает протоны немного тяжелее, чем можно было бы ожидать, по сравнению с нейтронами. Опять же, есть все доказательства того, что гравитационное взаимодействие не делает различий между массой, вызванной электромагнетизмом или любым другим источником.

Конечно, пучок свободных фотонов немного отличается и требует более сложных расчетов в теории относительности. Его очень крошечное гравитационное взаимодействие невозможно измерить с помощью современных технологий.

«мы можем быть уверены, что гравитационное взаимодействие из-за массы-энергии не делает различий между принципиально безмассовыми и массивными частицами»: нарушение киральной симметрии дает массу нуклонам, даже если глюоны безмассовые, поэтому я не уверен, что это доказывает, что кривые безмассовой энергии пространство-время
Киральная симметрия нарушается конфигурацией глюонного поля вакуума, что порождает киральные кварковые конденсаты как вторичный эффект. В отсутствие глюонов киральная симметрия не была бы нарушена, тогда как в отсутствие морских кварков она все еще нарушена. В качестве более прямого примера можно было бы использовать глюболы, за исключением того, что накопление достаточного количества глюболов для измерения их гравитационного эффекта было бы непрактичным.

Связь между массой и кривизной пространства-времени хорошо мотивирована, но не является следствием какого-то фундаментального факта ОТО.

Существует множество экспериментов, подтверждающих искривление пространства-времени массами, например, гравитационное линзирование, правильное предсказание перигелия Меркурия, красное смещение в гравитационном поле...

Е знак равно м с 2 — одно из самых известных уравнений в физике, но также и единственное, которое чаще всего цитируется вне контекста. Полное уравнение гласит

Е 2 знак равно п → 2 с 2 + м 2 с 4

Это означает, что действительно масса — это просто форма энергии, и наоборот, что нет фундаментального различия (в ОТО) между объектами с энергией от массы покоя или энергией от импульса. Это видно по тому факту, что фотоны ДЕЙСТВИТЕЛЬНО взаимодействуют с гравитационным полем (см. гравитационное линзирование), в то время как их масса покоя м знак равно 0 .

Действительно, существуют экспериментальные доказательства искривления пространства-времени массивными телами, но существуют ли экспериментальные доказательства искривления пространства-времени безмассовыми телами, такими как фотоны? Кроме того, как тот факт, что фотоны следуют прямым линиям в искривленном пространстве-времени (т.е. гравитационное линзирование), означает, что они сами искривляют пространство-время?
Это не означает, что фотоны искривляют пространство-время, я не знаю, есть ли прямые эксперименты, показывающие, что фотоны искривляют пространство-время, я просто знаю, что это реализовано в космологической модели.
@agemO Существует эквивалентность. Когда мы видим гравитационное линзирование, искривление представляет собой синергию фотонов, притягивающих поле, и поля, притягивающего фотоны. В этом смысле вы могли бы спросить, есть ли эксперимент, показывающий, что падающее яблоко притягивает землю как ~ m1 * m2/r**2
Я не уверен, что понимаю, что вы имеете в виду, в ОТО все следует геодезическому, независимо от его массы или энергии, в вашем примере, если m2 равно нулю, притяжения нет. Но действительно может быть трудно экспериментально увидеть фотон, притягивающий звезду.
Может быть, вы хотите сказать, что тот факт, что фотоны следуют геодезическим, теоретически означает, что они должны искривлять пространство-время? Что мы не можем сказать: «скажем, тензор энергии содержит только энергию массы», не делая ОТО несовместимой?
@agemO Я привел аналогию с яблоком, которое создает равновесие, но мы не говорим: яблоко притягивает землю. Точно так же фотон изгибает звезду так же сильно, как звезда изгибает фотон, за исключением того, что фотон легко воспринять и невозможно измерить траекторию звезды.
Хорошо, я не был уверен, что понял. Теперь мне интересно, что произойдет, если мы скажем: «лишь некоторая форма кривой энергии в пространстве-времени», знаете ли вы, приведет ли это к некоторым теоретическим несоответствиям?
Имеются ли экспериментальные доказательства того, что безмассовые частицы, такие как фотоны, притягивают массивные объекты?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v