Характеристика фотонов для постоянной скорости

Какая характеристика фотонов заставляет их двигаться с постоянной скоростью во всех системах отсчета? До тех тем, которые я изучал, мы всегда предполагали это, но никогда не представляли, что может быть в природе фотонов (квантов электромагнитного поля), что вызывает это. Может мне что-то непонятно. Пожалуйста, объясни.

@MichaelBrown и Бен Кроуэлл: все ответы основаны на предположении относительности. Мой вопрос заключается в том, знаем ли мы о более глубокой причине в природе или характеристике безмассовых частиц, что их скорость не зависит от системы отсчета. Что может быть фундаментальной причиной использования массы как чего-то, что делает скорость зависящей от кадра?
Вот современное отношение: специальная теория относительности — это один из немногих вариантов, которые вы можете записать для математически непротиворечивой теории. Когда у вас есть дискретный список вариантов, вы можете просто сравнить их с природой один за другим и исключить их все, кроме СТО (и относительности де Ситтера, как это бывает). Либо есть универсальная скорость, либо ее нет. Тот факт, что существует универсальная скорость, является экспериментальным фактом, который теперь установлен с большой уверенностью.
Как только вы установили кинематическую группу ( р 4 ⋊ О ( 3 , 1 ) для СР или О ( 4 , 1 ) для де Ситтера) вычислить сложение скоростей и проверить постоянство универсальной скорости в каждом кадре — простое упражнение. Затем в СТО вы определяете массу как инвариант кинематической группы м 2 ≡ Е 2 − п 2 и из этого вы находите, что безмассовые частицы движутся с универсальной скоростью. С другой стороны, для массивных частиц вы всегда можете найти ускорение, которое изменит их скорость на что-то еще. < с .

Ответы (3)

Причина может быть найдена в безмассовости фотонов. Это означает, что масса покоя фотона исчезает. Это можно увидеть, проанализировав структуру специальной теории относительности, которая основана на наблюдении, что свет движется с одинаковой скоростью во всех системах отсчета.

Релятивистское соотношение энергии и импульса общей частицы определяется выражением

Е "=" ( п с ) 2 + ( м 0 с 2 ) 2 ,

где п трехмерный импульс, м 0 масса покоя и с это скорость света.

Так как же мы можем увидеть, что для частицы, движущейся со скоростью света, м 0 должен быть нулевым?

Частицу, движущуюся в пространстве Минковского, можно классифицировать по вектору импульса. Он может быть либо времениподобным (скорость меньше c), светоподобным (также называемым «нулевым», скорость равна c), либо пространственноподобным (скорость больше c). Для справки см. диаграмму ниже (источник: Википедия).

введите описание изображения здесь

Условие светоподобности вектора состоит в том, что квадрат его нормы должен обращаться в нуль. Вектор импульса четыре в специальной теории относительности определяется выражением

п "=" ( Е с , п Икс , п у , п г )
,

с

п 2 "=" − Е 2 с 2 + п 2 ,

где п является нормой пространственных компонентов, где я предположил, что сигнатура Минковского равна ( − , + , + , + ) . Если это выражение равно нулю, то приходим к соотношению

− Е 2 / с 2 + п 2 "=" 0 ,

или

Е "=" п с .

Когда мы сравним это с релятивистским соотношением энергии-импульса, которое я записал выше, мы увидим, что эти два выражения согласуются, если ресс-масса м 0 исчезает. Это должно дать некоторое представление о том, как связаны две концепции безмассовости и движения со скоростью света во всех системах отсчета.

да, но в специальной теории относительности мы предполагаем, что свет движется с одинаковой скоростью во всех системах отсчета. Я хотел спросить, знаем ли мы какую-либо более глубокую причину этой природы, или это просто наблюдение? Предел постоянной скорости c может быть справедлив для всех безмассовых частиц, но почему так происходит, что изменение системы отсчета для безмассовых частиц не меняет их скорости.
Постулат специальной теории относительности гласит, что свет распространяется с одинаковой скоростью во всех системах отсчета, что согласуется с экспериментом.

Они движутся со скоростью света, потому что имеют нулевую массу.

Пожалуйста, прочитайте мой комментарий в ответ на ответ Фредерика выше.
А впрочем, это совсем другой вопрос. Тогда @Michael Brown был ближе всего к этому. Вы можете прочитать подробности в этой статье arxiv.org/abs/math-ph/0602018 , но она довольно сложная. Это сводится к следующему: если вы применяете принципы симметрии пустого пространства, вы получаете предельную скорость, одинаковую в любой системе отсчета. Если вы хотите, чтобы электромагнетизм был последовательным, эта скорость также должна быть скоростью света.

Я предполагаю, что они могут двигаться вперед или отталкиваться тканью пространства, а не начальной скоростью, сообщаемой им при создании. Я пока не могу подтвердить это какими-либо данными, но это может объяснить, почему они не замедляются. на большие расстояния и столкновение с массами

Возможно, стоит прочитать: физика.stackexchange.com/q /19670
Характеристика фотонов для постоянной скорости
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v