Могут ли безмассовые частицы двигаться медленнее скорости света в вакууме?

Мы знаем, что объект с положительной массой нельзя разогнать до скорости света, поскольку для этого потребовалось бы бесконечное количество энергии. Мой вопрос:

Есть ли во Вселенной что-то, что может двигаться со скоростью меньше скорости света в вакууме и при этом не имеет массы?

Возможно ли это вообще в рамках физических законов нашей вселенной?

Примечание в с "=" п с Е "=" п с ( п с ) 2 + ( м с 2 ) 2 .

Ответы (4)

В вакууме нет. Безмассовые частицы движутся со скоростью света. В теории относительности определение массы (покоя) частицы - это энергия (деленная на с 2 ) частицы в системе покоя. Если что-то имеет нулевую энергию в системе покоя, существует ли оно на самом деле? (Нет.) Безмассовые частицы используют хитрую лазейку в этом аргументе, потому что, двигаясь со скоростью света, невозможно попасть в свою систему покоя.

Другими словами: безмассовые частицы могут существовать только (т.е. иметь конечное количество энергии), несмотря на отсутствие массы (энергии в их системе покоя), потому что у них нет системы покоя. Если бы частица была безмассовой и двигалась бы со скоростью меньше скорости света, мы могли бы войти в ее систему покоя, обнаружить, что она вообще не имеет энергии, и столкнуться с философской загадкой, потому что такой «объект» не может оказывать никакого влияния на физическую природу. мир.

Однако в среде частицы, не имеющие массы в вакууме, могут двигаться со скоростью, отличной от скорости света в вакууме. Например, свет, проходящий через стекло, распространяется со скоростью примерно в 1,5 раза меньшей, чем скорость света в вакууме; мы описываем это явление, говоря, что показатель преломления стекла составляет около 1,5. Сказав это, одно из объяснений показателя преломления состоит в том, что фотон приобретает эффективную массу из-за взаимодействия с фононами в стекле, так что в некотором смысле показатель преломления является «исключением, подтверждающим правило» и фактически подтверждающим идею о том, что если что-то движется со скоростью меньше скорости света в вакууме, тогда оно имеет какую-то форму массы.

Может не фононы, а плазмоны? Ведь видимый свет больше влияет на электронную часть стекла, чем на ядра.
Почему вы пишете, что что-то не существует, если оно имеет нулевую энергию в системе покоя?
@HelloGoodbye Имея в виду Е "=" м с 2 , то, что не имеет энергии, не имеет массы. Можете ли вы привести какие-либо примеры физических объектов без массы? (Кроме света, который имеет энергию и не может быть приведен в состояние покоя)
Что вы подразумеваете под «физическим объектом»? Я не знаю ни одного объекта без энергии или, что то же самое (я полагаю), безмассового объекта со скоростью менее с , но если мы не прибегнем к объяснениям на основе КТП (см. часть об уравнении Клейна-Гордона в Nullius в ответе Вербы), я не уверен, что такой объект не может существовать.
@HelloGoodbye Я имею в виду, давайте просто ограничимся классической физикой (но вы можете привести аналогичный аргумент для других областей физики). Уравнения движения Вселенной в классической физике таковы: { п → я ˙ "=" ∑ к Ф → к , я , м я Икс → я ˙ "=" п → я } где я это метка, наложенная на каждую частицу, Ф к , я это к -я сила, действующая на частицу я , п я это импульс, м я это масса, а Икс я это позиция. Как бы вы описали частицу (метка Дж ), используя те уравнения, которые имели м Дж "=" 0 ?
Я вижу вашу точку зрения. Любая сила, действующая на такую ​​частицу, вызовет бесконечное ускорение. Поэтому нам придется предположить, что на него не действуют никакие силы (кроме гравитации, если считать это силой), и тогда я бы использовал в уравнениях движения не его импульс, а его скорость. Интересно, сможет ли такая частица взаимодействовать с другими частицами, кроме как с ненулевой энергией, поскольку она не может дать другим частицам ни энергии, ни импульса. Может быть, это могло бы изменить вероятности различных исходов рассеяния? Что вы думаете?
@HelloGoodbye Верно. Возможно, бывают неясные ситуации, когда наше обычное представление об а-частицах не имеет смысла, и у вас есть объекты, не имеющие массы по определению. Но если ограничиться ситуациями, когда речь идет об обычных частицах, движущихся со скоростями ниже с , наличие нулевой массы означает, что этот объект не может взаимодействовать с другими частицами и, следовательно, не может иметь никаких наблюдаемых последствий в эксперименте. Я довольствуюсь тем, что такой объект не «существует» с точки зрения физики, даже если он «существует» в каком-то философском смысле.
Под «не имеющими массы по определению» я подразумеваю, что слово «масса» не имеет смысла для их описания, а не то, что они имеют массу, равную нулю. Если вы знакомы с программированием, я могу изобразить нанозначные массы, но не нулевые массы (для объектов, путешествующих менее с ). Квази-примером могут быть теории нечастиц , которые не имеют состояний частиц как таковых (хотя состояния все еще имеют массу).

Это зависит от того, что вы подразумеваете под «что угодно».

Если вы просверлите отверстие в твердом объекте, который движется медленнее скорости света, то дыра не имеет массы и также движется медленнее скорости света.

Если у вас есть два больших листа металла с прорезями в них, причем прорези расположены под углом друг к другу, и один лист скользит по другому, то в комбинации есть отверстие, где пересекаются обе прорези. Опять же, дырка имеет нулевую массу и в этом случае может двигаться с любой скоростью.

Или точка пересечения двух лучей света. Свет имеет нулевую массу покоя , и перекресток может двигаться с любой скоростью.

Или тень объекта, вращающегося вокруг источника света, отбрасываемого на дальнюю стену. Тень имеет нулевую массу и может двигаться с любой скоростью.

Если можно считать, что «вещи» включают в себя геометрически определенные функции, такие как пересечения, ребра, границы, тени, пики волн и т. д., то ответ — «да». Волновой пакет имеет групповую скорость и фазовую скорость, групповая скорость медленнее света, фазовая скорость больше скорости света, но являются ли фазовые пики волны «вещью» в том смысле, в каком они предназначены? Очевидно, что у них не может быть «массы», иначе они не смогли бы двигаться быстрее скорости света. Но дело в том, что их масса равна нулю, или масса в данном случае бессмысленное понятие? «Нет массы» может означать и то, и другое.

Но если вы говорите конкретно о материи , ее массе и скорости, то материя подчиняется уравнению Клейна-Гордона, волновому уравнению, в котором скорость распространения волны равна с, когда масса равна нулю. Итак, если ваше определение «чего угодно» означает только материальную вещь, которая подчиняется уравнению Клейна-Гордона, тогда ответ «нет». Нулевая масса покоя приводит к волне, которая может распространяться только со скоростью света.

Спасибо за точность. Под словом «что угодно» в данном контексте я хотел подразумевать «любое дело».
Можете ли вы дать ссылку на ваши рассуждения Кляйн-Гордон? Кроме того, что конкретно вы имеете в виду, когда говорите, что дело следует уравнению Клейна-Гордона? Уравнение Клейна-Гордона просто обеспечивает условие массовой оболочки для квантовых полей, их распространение не регулируется уравнением Клейна-Гордона, оно по-прежнему определяется уравнением Шредингера с соответствующим гамильтонианом.

Да, все безмассовые частицы должны двигаться со скоростью c.

Если бы безмассовая частица двигалась со скоростью меньше с, то была бы некоторая система отсчета, в которой частица полностью покоилась. Но частица в состоянии покоя и без массы, поскольку ее 4-импульс (или, точнее, лоренц-инвариантное сокращение ее 4-импульса п мю п мю ) не может быть сохранен (все компоненты будут равны 0).

Что вы имеете в виду, говоря, что его нельзя было сохранить? Мне кажется, что он будет просто 0 постоянно, а значит, будет законсервирован.
@HelloGoodbye, вероятно, это лучший способ сказать это - частица без массы, движущаяся ниже c, не может сохранять ненулевой импульс. (а если это 0, то его не существует)
Почему вы говорите, что частица не существует, если ее импульс равен нулю? Это, конечно, не то, что имеет место в общем случае, поскольку любая частица, имеющая скорость меньше с можно придать импульс, равный нулю, наблюдая за ним в системе покоя. Так почему же не существует безмассовой частицы с нулевым импульсом? Что вообще означает «существование» чего-либо?
То, что существует, может влиять на другие вещи. Безмассовая частица, которая всегда имеет нулевой импульс, ни при каких обстоятельствах не может влиять на другие вещи, поэтому ее не существует.
Откуда вы знаете, что он не может повлиять на вероятности различных исходов события рассеяния?
@HelloGoodbye, если его 4-импульс равен 0, тогда не будет ненулевых членов, которые могли бы способствовать расчету поперечного сечения.

Это зависит от того, что вы подразумеваете под вакуумом.

Если принять твердое тело в вакууме, то имеет место ситуация со скоростью меньше с. Фотон отклоняется на краю тела. Это взаимодействие с краем требует времени и меняет направление пути фотона. Очевидно, что такой фотон, находящийся в вакууме, распространяется со скоростью менее c.

Могут ли безмассовые частицы двигаться медленнее скорости света в вакууме?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v