Обладает ли свет «перпендикулярной инерцией»?

Если вы про фотоны, то их импульс ($p=\hbar k$) или их волновой вектор:

преобразуется как 4-вектор и все.

Если вы говорите об источнике, излучающем когерентный свет, то у лазера (или когерентной антенны) есть плоскость, из которой излучается свет. Эта плоскость имеет постоянную фазу. Если вы добавите кадр, движущийся параллельно этой плоскости (которая перпендикулярна лазерному лучу или радиосигналу), то относительность одновременности индуцирует фазовую рампу в этой плоскости, которая объясняет направление луча.

Обратите внимание, что фаза явно является скаляром Лоренца, с этим согласны все:

они просто не согласны$t$и$\vec x$(ни$\omega$и$\vec k$).

Этот ответ означает, что ваша посылка неверна: если вы решите уравнение для движущегося лазера, вы обнаружите, что свет не излучается перпендикулярно отверстию. Однако никто не решает движущийся лазер, с ним не справиться. Поэтому я упоминаю антенну. Проще смоделировать, например, диполь, движущийся вблизи$c$: решение будет иметь главный лепесток, который не перпендикулярен дипольному элементу. Или, если вы знакомы с фазированной антенной решеткой, она управляется путем размещения на поверхности пандуса фразы. «Наклон» временной оси для разных наблюдателей — это точно линейное изменение фазы по поверхности.

Фаза является инвариантом Лоренца: все согласны с тем, что это такое. Таким образом, в кадре, в котором источник неподвижен, фаза одинакова для всего объекта в любой момент времени. Для усиленного наблюдателя их определение «в любой момент времени» различно для разных положений на поверхности, поэтому они видят линейное изменение фазы, следовательно, луч отклоняется от нормали.

Нет необходимости ссылаться на «фотонную инерцию» или спрашивать, как свет узнает, что источник движется: источник должен иметь физическую протяженность, чтобы создать луч, а это означает, что разные кадры имеют разные определения «сейчас» в разных положениях внутри кадра. источника, и это определяет направление излучения.

Думаю, ответ на ваш вопрос можно найти в комментариях к этому посту: Фотон: скорость и масса .

Подводя итог, можно ответить и да, и нет, в основном потому, что концепция инерции во многом зависит от того, как она определяется, что варьируется в зависимости от ситуации.

Фотон сам по себе не имеет инерции, потому что по большинству стандартных определений масса является мерой инерции. Поскольку у фотона нет массы, по этому определению у него нет и интерции. Вы можете описать это более строго, сказав, что фотон не является собственным состоянием оператора массы,$E^2 - |\vec{p}|^2$, поэтому он не имеет четко определенной массы.

При этом можно придумать ситуации, в которых мы можем определить «массу» системы, содержащей один фотон, хотя то, что вы измеряете, — это инерция системы, а не инерция фотона. Возьмем, к примеру, ситуацию, описанную в комментариях по ссылке выше:

Скажем, у вас есть фотон в безмассовом ящике. Чтобы разогнать эту коробку до скорости$v$, нужно было бы приложить импульс, равный$Ev/c^2$, поэтому система имеет массу покоя (и инерцию), равную$E/c^2$.

Что касается вашего замешательства по поводу разницы между фотоном снаружи космического корабля и фотоном внутри, то это легче понять, если подумать о фотоне вне космического корабля (см. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/ hbase/Relativ/relmom.html ). В основном фотоны имеют импульс$|\vec{p}|=h\nu/c$, поэтому они могут соответственно подчиняться преобразованиям Лоренца. Это то, что приводит к таким вещам, как красное смещение. Энергия и импульс фотона, который вы измеряете, зависят от вашей системы отсчета, как и все остальное.

Проблема действительно похожа на описанную в упомянутом посте. Когда там говорится: луч света в вертикальном направлении, то для этого предполагается какая-то инерционная система отсчета. Это может быть платформа, или поезд, или другой корабль. Затем мы делаем расчет для другой инерциальной системы отсчета, движущейся в$x$направление оси первого кадра.

Следует отметить, что платформа станции относится к земному каркасу, то есть движется со скоростью более 100 000 км/ч к солнечному каркасу.

Сама основа специальной теории относительности состоит в том, что не только законы механики, но и законы электромагнетизма справедливы для всех инерциальных систем отсчета. И это включает в себя электромагнитные волны, которые исходят из уравнений Максвелла.

Представьте, что электрический чайник включается в движущемся поезде. Вода начинает набирать массу. Когда он набирает массу, он набирает скорость. Представьте, что энергия исходит от батареи, которая теряет массу, поэтому ее импульс уменьшается. Суммарный импульс всего поезда не меняется, так как нет силы, толкающей поезд.

Теперь представьте на месте чайника игрушечную машинку, ускоряющуюся перпендикулярно движению поезда. Суммарный импульс всего не должен измениться, а батарея все равно теряет импульс. Таким образом, игрушечный автомобиль должен приобретать продольный импульс, поскольку он ускоряется перпендикулярно.

Откуда игрушечная машинка знает, что она должна набирать продольный импульс? Энергия, которую получает автомобиль, содержит продольный импульс, который получает автомобиль. Очень просто.

Что, если движущийся поезд берет энергию от воздушных линий электропередач и сохраняет ее в аккумуляторе? Теперь энергия не содержит импульса, поэтому поезд не набирает импульс, хотя и набирает массу. Так что тормозит.

Ах да, вопрос касался света. Ну, мы могли бы толкать перпендикулярный световой импульс с обеих сторон, увеличивая его энергию, и перпендикулярный импульс, и продольный импульс. Я имею в виду сжатие света между зеркалами.

Вместо воздушных электрических проводов на платформе может быть лазер, стреляющий перпендикулярно рельсам, и тогда поезд собирает эту энергию. Может быть, так легче смириться с тем, что поезд замедляет ход.