Почему мы не можем проводить измерения в системе покоя фотона, когда петлевые диаграммы позволяют проводить измерения?

Одна из аксиом специальной теории относительности состоит в том, что у фотона нет системы покоя ; свет движется со скоростью c при измерении в любой инерциальной системе отсчета. Как следствие, часто говорят, что если бы кто-то находился в системе покоя фотона, бесконечное замедление времени и сокращение длины заставляло бы Вселенную казаться (с точки зрения фотона) неизменной с нулевой длиной в направлении ее движения. Другими словами, измерение было бы невозможно в системе отсчета фотона, потому что не было бы ни времени, ни пространства, в котором его можно было бы провести.

Мой вопрос: как это согласуется с тем фактом, что фотоны, движущиеся параллельно, могут взаимодействовать друг с другом посредством петлевых диаграмм[*]? Поэтому фотоны можно использовать для выполнения измерений в системе покоя фотона. Я предполагаю, что ответом может быть «акт измерения изменяет вектор импульса фотона, и поэтому его сопутствующая система отсчета не является инерциальной», однако это можно сказать о любом измерении.

[*] Или могут? Я не могу найти явную амплитуду, чтобы проверить это (например, для диаграммы фотон-фотон «ящик»), однако, насколько я могу судить из лагранжевых эффектов Эйлера-Гейзенберга, должны присутствовать для параллельных фотонов.

Ответы (1)

Другими словами, измерение было бы невозможно в системе отсчета фотона, потому что не было бы ни времени, ни пространства, в котором его можно было бы провести.

Измерение невозможно в системе отсчета (системе покоя) фотона, потому что такой системы нет . Вот и все. Вы не можете произвести измерение (или сделать что-либо еще) в несуществующей системе отсчета. Все, что вы, возможно, слышали о том, что «если бы кто-то был в системе покоя фотона», предназначено только для того, чтобы успокоить нефизиков, которым трудно понять, почему такой системы отсчета не существует.

Одно из определяющих условий инерциальной системы отсчета состоит в том, что существует правильное ортохронное преобразование Лоренца, которое преобразует эту систему отсчета в любую другую инерциальную систему отсчета, и наоборот. Но при всех таких преобразованиях начальный и конечный кадры движутся с некоторой относительной скоростью меньше, чем с ; однако любые фотоны, которые могут существовать, будут двигаться со скоростью с в обоих кадрах. Невозможно использовать преобразование Лоренца для создания инерциальной системы отсчета, которая движется со скоростью с по отношению к любой другой инерциальной системе отсчета, и, соответственно, нет способа использовать преобразование Лоренца для создания инерциальной системы отсчета, в которой фотон находился бы в покое.

Конечно, неколлинеарные фотоны взаимодействуют друг с другом через петлевые диаграммы (хотя и не напрямую). Вы можете вычислить амплитуду этого взаимодействия, которая является величиной, не зависящей от системы отсчета, и превратить ее в поперечное сечение в любой инерциальной системе отсчета, какой вам нравится. Но вы никогда не найдете такого, в котором фотон покоится.

Для коллинеарных фотонов, возможно, вы все еще можете вычислить амплитуду взаимодействия. Я не пробовал, поэтому не знаю, работает ли это. Но если вы попытаетесь вычислить на его основе поперечное сечение или любую физическую величину, вы обнаружите, что единственными кинематически допустимыми процессами являются те, в которых конечный продукт состоит только из коллинеарных фотонов с одинаковой полной энергией, движущихся в одном и том же направлении. Таким образом, любые такие взаимодействия на самом деле являются просто квантовыми флуктуациями, а не реальным рассеянием.

Разве система отсчета не движется со скоростью c параллельно фотону в системе покоя фотона по определению?
Но нет инерциальной системы отсчета, движущейся со скоростью c. Одно из определяющих условий инерциальной системы отсчета состоит в том, что существует правильное ортохронное преобразование Лоренца, которое преобразует эту систему отсчета в любую другую инерциальную систему отсчета, и наоборот. Но для всех таких преобразований начальный и конечный кадры движутся с некоторой относительной скоростью, меньшей с. Невозможно использовать преобразование Лоренца для создания системы отсчета, которая движется вместе с фотоном.
В своем вопросе я имею в виду утверждение, что такой системы отсчета не существует, по-видимому, основанное на предположении, что все инерциальные наблюдатели времениподобны. Светоподобные наблюдатели иллюстрируют такую ​​«невозможную» систему отсчета. То, что измерение можно производить в системе координат, движущейся со скоростью c (по фотонам), прямо противоречит первому предложению вашего последнего поста.
Да, это другой способ сказать то же самое. Все инерциальные наблюдатели следуют времениподобным геодезическим. И я бы, конечно, надеялся, что тот факт, что измерение может быть выполнено в системе отсчета, движущейся со скоростью c (по фотонам), прямо противоречит моему предыдущему сообщению, потому что, насколько мне известно, этот факт является ложным.
Но в своем ответе на мой OP вы, похоже, согласились с тем, что совместно движущиеся фотоны могут взаимодействовать друг с другом. Другими словами, их можно использовать для измерения фотонов в их собственной системе отсчета, которая движется со скоростью c!
Конечно, фотоны могут взаимодействовать друг с другом (хотя я не уверен, возможно ли взаимодействие между идеально коллинеарными фотонами; любое такое взаимодействие должно ограничиваться созданием виртуальных частиц, которые рекомбинируют в исходные фотоны). Это вовсе не означает, что у них есть система отсчета, тем более что они могут быть использованы для выполнения измерения в своей собственной системе отсчета. Взаимодействие всегда происходит в системе инерциального наблюдателя. Я уточнил свой ответ соответственно.
Мой вопрос как раз касается случая коллинеарных фотонов, взаимодействующих посредством блочных диаграмм и тому подобного. Я вижу, что вы теперь говорите, что такие взаимодействия имеют нулевую амплитуду (согласуется ли это с нелинейными классическими условиями Эйлера-Гейзенберга? Я думал, что они подразумевают теоретически измеримые эффекты даже для коллинеарных ЭМ-волн, но я могу ошибаться). Если вы уверены, что это правда, то это ответ на мой вопрос. Спасибо!
Я настолько уверен, насколько это возможно, не выполняя расчетов, что взаимодействия в форме (коллинеарные фотоны -> что-либо еще) кинематически запрещены. (Я сделаю расчет, если у меня будет время разобраться, но я не могу ничего обещать по этому поводу.)
Почему мы не можем проводить измерения в системе покоя фотона, когда петлевые диаграммы позволяют проводить измерения?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v