Обязательно ли все безмассовые частицы (например, фотон, гравитон, глюон) имеют одинаковую скорость ccc?

Я полагаю, что уже обсуждалась скорость гравитации и скорость света .

Но мне глупо интересно, все ли безмассовые посредники четырех фундаментальных сил , т.е.

Гравитон: грамм мю ν (сила тяжести)

Фотон γ : А мю (электромагнетизм)

Глюоны: А мю а (сильные взаимодействия)

Обязательно ехать с той же скоростью? Существует ли непреодолимая теорема или теоретическое доказательство того, что эти три посредника не могут иметь разные скорости?

Или же ограничение КХД делает историю глюонов чем-то отличным от гравитонов и фотонов?

[пс. исключен массивный Z 0 а также Вт ± бозоны (слабые взаимодействия)]

Другими словами, скорость фотона, гравитона, глюона равна с ? или Обязательно ли все безмассовые частицы имеют одинаковую скорость?

Примечание добавить: Обратите внимание, однако, что в системах с конденсированным веществом могут возникать возникающие калибровочные поля и возникающие безмассовые частицы (конусы Дирака или Вейля), но их скорости не обязательно должны быть одинаковыми, если только не возникает некоторая возникающая симметрия...

Не из-за геометрии пространства-времени?
Можем ли мы иметь биметрическую гравитацию, скажем, с фотонами и гравитонами, связанными с разными метриками?
@hwlau: можно поподробнее? На самом деле теперь мне интересно, заключается ли одна из схем в том, что SUSY-объединение калибровочных взаимодействий U(1)xSU(2)xSU(3) и гравитации в масштабе ТВО 10^16 ГэВ подразумевает, что посредники всех сил должны иметь того же происхождения, поэтому скорость безмассовых частиц должна быть одинаковой? Что может быть теоретическим ограничением? или запретная теорема?
пс. Если с грамм р а в я т у , с п час о т о н а также с грамм л ты о н различны, мы можем представить, что есть более фундаментальные константы, и люди, занимающиеся HEP, определенно ненавидят видеть, как это происходит.
Была теория, которая предсказывала разные предельные скорости для каждой частицы, но я могу найти ссылку.
Скорость света - это постулат. Это означает, что это просто правило, которое никто не понимает. Реальный шаг вперед — истинное объединение — показал бы, что скорость фотона такая же, как у гравитона, потому что они оба «одно и то же» — постулат не требуется.

Ответы (4)

Если основные предположения о симметрии и однородности Вселенной верны, то да, все безмассовые реальные частицы (см . Ответ Анны В. для виртуальных частиц должны двигаться с универсальной постоянной с , скорость безмассовой частицы во всех системах отсчета.

Учитывая эти основные предположения о симметрии и однородности, можно вывести возможные преобразования координат для относительности инерциальных систем отсчета: см. Раздел «Из групповых постулатов» на странице Википедии «Преобразование Лоренца» . (Также смотрите мое резюме здесь ). Теория относительности Галилея согласуется с этими предположениями, но не однозначно: другая возможность состоит в том, что существует некоторая скорость с характеризующие относительность так, что с одинакова при измерении во всех системах отсчета. Замедление времени, сжатие Лоренца-Фицджеральда и невозможность ускорения массивной частицы до с все это простые следствия этих других возможных относительностей.

Итак, теперь возникает экспериментальный вопрос, какая теория относительности справедлива: преобразование Галилея или Лоренца? Ответом на эксперимент является проверка того, как скорости трансформируются между инерциальными системами отсчета . Иначе говоря, экспериментальный вопрос заключается в том , существуют ли скорости, одинаковые для всех инерциальных наблюдателей? . Вопрос не в измерении значений какой-либо скорости, а в том, как они трансформируются. Теперь мы, конечно, знаем ответ: эксперимент Майкельсона-Морли нашел такую ​​скорость, скорость света. Таким образом, здесь два вывода: (1) относительность инерциальных систем отсчета является лоренцевской, а не галилеевой (что можно рассматривать как преобразование Лоренца с бесконечным с ) и (2) свет является безмассовой частицей, потому что свет движется с этой скоростью, которая преобразуется особым образом.

Обратите внимание, что в начале этого аргумента мы ничего не упоминаем о частицах или каком-либо конкретном физическом явлении (хотя исторические корни специальной теории относительности были связаны со светом). Отсюда следует, что если с экспериментально наблюдается, что она конечна (т.е. относительность Галилея не выполняется), то специально инвариантная скорость уникальна: ее могут достичь только безмассовые частицы, и таких не может быть более одной с - законы Лоренца таковы, каковы они есть, и только они согласуются с нашими первоначальными предположениями о симметрии и однородности. Итак, если бы мы наблюдали две разные скорости преобразования, как с , это исказило бы наши базовые предположения о симметрии и однородности Мира. Никакой эксперимент не дает нам для этого оснований.

Вот почему все безмассовые частицы имеют одинаковую скорость с .

Обновление: экспериментальные результаты

Как теперь общеизвестно, гравитационно-волновое событие GW170817 и гамма-всплеск GRB170817A дают убедительные экспериментальные доказательства равенства скоростей света и гравитации. Как обсуждалось в:

Гравитационные волны и гамма-лучи от слияния двойных нейтронных звезд: GW170817 и GRB 170817A

1,7-секундная временная задержка между приходом гравитационной волны и гамма-всплеском вместе с консервативными предположениями о других источниках задержки дает экспериментальную оценку относительной разницы между скоростью света и гравитации:

в грамм − в е м с ≤ 3 × 10 − 15

действительно впечатляющий экспериментальный предел. В течение ближайших 10 лет мы, вероятно, увидим несколько таких событий, и, таким образом, эта экспериментальная граница еще больше сузится (если только не произойдет что-то действительно теоретически непредвиденное!).

Масса от ограниченных безмассовых частиц

Между прочим, если мы удержим безмассовые частицы, например , поместим свет в идеально отражающий ящик, инерция ящика увеличится на Е / с 2 , куда Е это энергетическое содержание. Это механизм для большей части массы вашего тела: безмассовые глюоны ограничены и все время ускоряются назад и вперед, поэтому они обладают инерцией, как и ограниченный свет в коробке. Точно так же электрон можно представить как состоящий из двух безмассовых частиц, связанных друг с другом связующим элементом, который представляет собой массу электрона. Уравнения Дирака и Максвелла можно записать в той же форме: левая и правая поляризованные по кругу компоненты света не связаны и, следовательно, распространяются со скоростью с , но безмассовые левая и правая круговые компоненты электрона связаны вместе. Это порождает явление Zitterbewegung , согласно которому электрон можно рассматривать как наблюдаемый в любой момент времени, поскольку он движется со скоростью с , но он быстро колеблется между левосторонними и правосторонними состояниями и, таким образом, ограничен одним местом. Поэтому он приобретает массу, как и «привязанный» свет в ящике.

Мне нравится ваш ответ о происхождении массы покоя, если можно так выразиться. У вас есть ссылки, которые углубляются в это? Мне всегда казалось любопытным, что у инерции должно быть два источника; обсуждаемое здесь и поле Хиггса. Или есть какая-то перспектива, которую я упускаю, согласно которой это два разных взгляда на один и тот же механизм?
@EelcoHoogendoorn СПАСИБО: насколько я понимаю (я не физик элементарных частиц), механизм Хиггса также можно понимать как связь между слабыми бозонами и полем Хиггса. Если вы можете найти копию «Дороги к реальности» Пенроуза, посмотрите, как он описал Zitterbewegung электрона. Связь, препятствующая разгону слабых бозонов до скорости света , — это масса покоя. Происхождение массы покоя в том виде, в котором я его описываю, является старой идеей: оно восходит к теории Эйнштейна. Е знак равно м с 2 бумага ....
Верно. Я вижу, как энергия связи ведет к массе, и как это прекрасно подчиняется всем релятивистским представлениям. Это следует просто из двух частиц, связанных запаздывающим потенциалом. Это всегда убедительно подсказывало мне, что масса покоя предполагаемых элементарных частиц также может быть обусловлена ​​связыванием какой-то субструктуры. Стандартный ответ на это состоит в том, что такой подструктуры не существует, и необходим Хиггс. Вы говорите, что связь между компонентами zitterbewegung объясняет массу электрона. Это просто разные точки зрения или стоит вспомнить того Нобеля?

Другими словами, скорость фотона, гравитона, глюона равна c? или Обязательно ли все безмассовые частицы имеют одинаковую скорость?

Вы, должно быть, не знакомы с концепцией виртуальной частицы :

В физике виртуальная частица — это преходящая флуктуация, проявляющая многие характеристики обычной частицы, но существующая в течение ограниченного времени. Концепция виртуальных частиц возникает в теории возмущений квантовой теории поля, где взаимодействие между обычными частицами описывается в терминах обмена виртуальными частицами. Любой процесс с участием виртуальных частиц допускает схематическое представление, известное как диаграмма Фейнмана, на которой виртуальные частицы представлены внутренними линиями.

Виртуальная частица — это внутренняя линия на диаграмме Фейнмана, представляющая математику пропагатора, которую необходимо заменить, чтобы получить интеграл, необходимый для вычисления измеримых величин. Виртуальные частицы имеют квантовые числа своих одноименных (имеющих такое же имя) частиц, но не массу. Масса вне оболочки.

Таким образом, общее правило состоит в том, что безмассовые частицы движутся со скоростью света, но только по внешним линиям на диаграммах Фейнмана. Это верно для фотонов, и мы думали, что это верно для нейтрино, но оказалось, что это неверно с нейтринными осцилляциями .

С другой стороны, глюоны мы находим только внутри ядра, и они по определению являются внутренними линиями на диаграммах Фейнмана и, следовательно, не обязаны иметь массу 0, хотя в теории они должны быть. В асимптотически свободном случае при очень высоких энергиях они должны иметь нулевую массу.

Интеграл по траекториям физических полей и виртуальных частиц... мне кажется, что это немного похоже на рассмотрение экспоненциальной функции е Икс , сделать портной расширение вокруг π до второго порядка и поглощают общий фактор е − π / 2 потому что это физически невозможно обнаружить. Мы заканчиваем с е Икс   знак равно вроде, как бы, что-то вроде   2 + π 2 − 2 π ( 1 + Икс ) + Икс ( 2 + Икс ) . Мы поглощаем константу и репараметризуем е Икс ≡ Икс + 1 чтобы подчеркнуть красивую симметрию нашей системы − 2 π   е Икс + ( е Икс − 1 ) ( е Икс + 1 ) . Мы называем е Икс «расширение», и оно предоставит отличные контрпримеры для других вещей.
Я думаю, что комментарий Ника вызывает серьезную озабоченность. По крайней мере, в КЭД кажется, что это пертурбативное вычисление имеет смысл (слабая связь), по крайней мере, на какое-то время. Однако ряд является асимптотическим. В КХД у нас есть еще большая проблема с сильной связью. Итак, хотя математика полезна и предполагает, что существуют виртуальные частицы, я думаю, что онтологический статус таких объектов на самом деле не установлен. Являются ли они физическими или просто артефактом пертурбативной техники?
@KevinDriscoll Что ж, когда глюоны действительно выбрасываются из ядра, они создают струи, поэтому мне кажется, что их реальность подтверждается экспериментом. cerncourier.com/cws/article/cern/29201
@NickKidman Я думаю, что разница с вашим примером заключается в квантовых числах. Виртуальные частицы не являются произвольными функциями, они несут сохранение квантовых чисел, а полюс/пропагетор, который их представляет, имеет значение на массовой поверхности, за исключением того, что во внутренних линиях все происходит воображаемо.
@annav: Вы подразумеваете, что расширения произвольны? Пока Икс может показаться случайной величиной, только разложения позволяют нам исследовать плотность квадраэдра л * [ е Икс ] знак равно ( е Икс − 1 ) ( е Икс + 1 ) . Обратите внимание, что этот чисто алгебраический (= геометрический) объект инвариантен относительно е Икс ↦ − ж а ты ⋅ е Икс , (ссылка 17) . Действительно, группа симметрии изоморфна группе Галуа, которая возникает при переходе от единственного архимедова полного полностью упорядоченного поля к его алгебраическому замыканию (см. 32) .
@NickKidman Все, что я говорю, должна быть связь с данными. Математических конструкций может быть бесконечное множество, но могут ли они моделировать данные?
Бесконечно многие из них могут, но это не главное. Я просто думаю, что у нас не было бы разговора, если бы виртуальные частицы не назывались так, как они называются. Я так понимаю, что ОП спрашивает, являются ли все физические явления, выраженные в микроскопических терминах, одинаково быстрыми в том пространстве, в котором они происходят. Тот факт, что они представлены в теории, скажем, с импульсами, которая также имеет аналогичные величины, используемые в вычислительном процессе, где эти новые величины расходятся до бесконечности, сам по себе не имеет отношения к данным. Инопланетяне, которым никогда не приходилось использовать наши методы, могут, например, ответить «нет».
@annav Я не пытался сомневаться в существовании настоящих глюонов. Я задавался вопросом, имеют ли виртуальные частицы, которые мы используем для рисования внутренних линий на диаграммах Фейнмана, тот же онтологический статус, что и внешние линии. Для меня «виртуальная частица» — неудачный термин. Я думаю, что на самом деле они вовсе не частицы, а просто переходные пучки некоторого поля, которые мы считаем частицами благодаря структуре нашей пертурбативной техники.
@KevinDriscoll Вот инструменты, которые у нас есть. В пропагаторной картине, где виртуальная частица является полюсом на массовой оболочке, на массовой оболочке есть предельное условие, существует непрерывность в формализме, частица станет «реальной», потому что она будет иметь не только квантовые числа но и масса, или быть очень-очень близкой к массе
«Масса вне оболочки». Что это значит?
Массовая оболочка - это геометрическое место, где m ^ 2 = E ^ 2-p ^ 2 (с предполагается = 1) в четырех пространствах энергии импульса.

Нетрудно представить игрушечную вселенную, в которой разные фундаментальные силы распространяются с разной скоростью. Однако необходимым следствием этого были бы нарушения лоренцевской симметрии и возможность триангулировать предпочтительную систему покоя.

Хотя я не вижу теоретической причины, по которой эти скорости должны быть одинаковыми (хотя я могу что-то упустить, возможно, этого требуют некоторые аргументы стабильности), эмпирически не так много места для разных скоростей.

Я так же давно думал. Я задавался вопросом, почему глюоны не вылетают из ядра со скоростью с . Разница в том, что фотоны не взаимодействуют с другими фотонами, а гравитоны не взаимодействуют с другими гравитонами. Они могут перемещаться и проходить друг через друга. С другой стороны, глюоны взаимодействуют друг с другом.

На самом деле, глюоны образуют цепи/трубки потока, что является одной из причин, по которым кварки ограничены . Глюоны путешествуют на с но не очень далеко, прежде чем они начнут взаимодействовать с другими кварками или глюонами, что удерживает их от перемещения на сколько-нибудь заметное расстояние.

нет. это неправда? гравитоны ДЕЙСТВИТЕЛЬНО взаимодействуют с гравитонами. гравитации плохо неперенормируемы.
@Idear Я почти уверен, что гравитоны ведут себя нормально на однопетлевых диаграммах и не очень сильно взаимодействуют друг с другом, когда взаимодействуют. С другой стороны, сильное взаимодействие на много порядков сильнее при взаимодействии.
Спасибо Брэндон. То, что вы адресуете, не совсем то, что я спросил. Интересно, нет ли какой-нибудь теоремы, предотвращающей различие скоростей безмассовых частиц? Возможно, если скорость одного будет наибольшей, скажем, c_1 >c_2 >c_3>.... Тогда только c_1 можно определить как безмассовый?
@Idear, вопрос о взаимодействии, связанный с гравитоном physics.stackexchange.com/questions/8112/…
@Idear Джон Ренни также рассматривает скорость распространения сильного взаимодействия через глюоны и мезоны здесь: physics.stackexchange.com/questions/57137/…
Я думаю, суть вопроса в том, чтобы посмотреть на скорость, с которой будет распространяться свободный глюон. Эта скорость есть скорость света. Скажем, электрон не должен двигаться со скоростью света, а его масса дает вторую шкалу скорости. Однако безмассовая частица не имеет этой второй шкалы скоростей. Возможно ли, чтобы лоренц-инвариантная КТП имела безмассовые частицы, которые не распространяются со скоростью света, когда взаимодействия отключены? Я думаю, не потому, что нет возможности получить вторую шкалу скорости.
Обязательно ли все безмассовые частицы (например, фотон, гравитон, глюон) имеют одинаковую скорость ccc?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v