По поводу фотона?

Однажды я столкнулся с вопросом, какова скорость фотона по отношению ко второму фотону, летят ли они друг против друга или даже один за другим? И ответ так же прост, как и не интуитивно.

Начнем с того, что в STW, потому что я напишу об этом, работает концепция инерциальной системы. Система отсчета или набор из четырех функций, которые присваивают четыре числа каждой точке пространства-времени - три определяют положение и одну временную координату. Чтобы переписать что-то из одной системы в другую, вы должны использовать так называемые Преобразования Лоренца (или несколько более общий Пуанкарего). Если мы считаем одну из систем инертной, то все остальные инерции будут получены путем применения этих преобразований.

Как ответить на вопрос, какова скорость тела A по отношению к телу B? Что ж, мы находим систему координат, в которой B неподвижен, и видим, какова в ней скорость A. Ну, теперь нет ничего, кроме как найти инерциальную систему фоторецепторов для фотона. Ну, это проблема.

В STW для фотонов нет инерциальной системы отсчета. Ну, нет такого преобразования Лоренца, которое дало бы систему, в которой фотон мог бы быть стационарным. Это не совсем совпадает с повседневным опытом, но может быть продемонстрировано довольно просто. Вот формула для преобразования Лоренца из одной системы координат ( x , y , z , t ) в другую ( x ' , y ', z ', t' ):

x ' = γ ( x - vt )
у '= у
от '= z
t '= γ ( t - ( vx ) / c 2)
где

Преобразование описывает две системы, движущиеся друг относительно друга в направлении X со скоростью v . Заманчиво вставить c для v . Ну, после того, как выбросил скучу. Формула для гаммы будет иметь деление на ноль. Момент размышления, и сразу станет ясно, что значение параметра v должно удовлетворять условию -c < v < c .

Мы помним школьные задания с поиском поля, где, например, для функции f (x) = 1 / x мы исключили x = 0 из области функции. Здесь есть нечто подобное. Преобразования имеют смысл только для скорости системы, которая меньше скорости света.

Ну, кто-то скажет, система координат представляет собой набор из четырех функций, например:

х ' = х - кт
у '= у
от '= z
т '= т

При таком расположении фотон «стоит». Только то, что этот набор функций не имеет хорошей физической интерпретации. То есть выражение x - ct не описывает то, что имело бы свойства положения в инерциальной системе.

Вышеуказанная балансировка не означает, что не может быть объектов (например, фотонов), имеющих скорость света. Они могут, но не могут быть связаны с инерциальной системой отсчета. Более того, если что-то движется в какой-то инерциальной системе со скоростью c, то во всех остальных оно имеет такую ​​скорость. Это явно противоречит повседневной интуиции, но согласуется со многими переживаниями. В частности, со всей электродинамикой, из которой получаются эти преобразования Пуанкаре или Лоретца. Постулат о равномерности скорости света во всех системах это точно следует из уравнений Максвелла ,

Поскольку для фотона нет системы отсчета, трудно сказать, что что-то движется к нему . Это не просто слова: вы не можете определить скорость фонаря относительно фотона, что не так больно, потому что скорость фотона относительно фонаря должна быть определена (равна c ). Более интересным в этом контексте является то, что вопрос "какова скорость фотона относительно другого фотона?" бессмысленно в STW. Потому что может показаться, что если два фотона летят в противоположных направлениях, то скорость одного относительно другого может быть равна 2 с . Или если фотоны летят в одном направлении, скорость равна 0. Но ничего подобного.

Это может показаться странным, но это так в теле STW.

Приведенная выше заметка на самом деле представляет собой сопоставление комментариев, которые я сделал в блоге Ludwiczek69 для блоггеров: А что ты думаешь об этом плаще?