Ştiri:

Vă rugăm să citiţi Regulamentul de utilizare a forumului Scientia în secţiunea intitulată "Regulamentul de utilizare a forumului. CITEŞTE-L!".

Main Menu

Fotonii sunt în afara timpului. Care este semnificaţia acestui lucru?

Creat de Diamond, Martie 01, 2011, 11:29:24 PM

« precedentul - următorul »

0 Membri şi 1 Vizitator vizualizează acest subiect.

Diamond

Am citit acest articol, http://www.guardian.co.uk/science/life-and-physics/2011/feb/28/1. Către finalul articolului se spune:
"Pentru mine cel mai remarcabil aspect al fotonilor este acela că sunt în afara timpului. Un foton călătoreşte prin spaţiu cu viteza de 300.000 km/s. Relativitatea ne spune că atunci când viteza unui obiect se apropie de viteza luminii, trecere timpului încetineşte, până la oprire."

Iată textul original:"But to me the most remarkable thing about photons is that they don't do time. A photon is traveling through the vacuum of space at three hundred million meters a second. Relativity tells us that when an object's speed approaches the speed of light (relative to us), time dilates (slows down) for it (relative to us). For a photon moving at the speed of light, the passage of time slows to nothing. The universe is eternally frozen in mid-sentence. Nothing happening, time not passing, a bit like living in the northwest suburbs of Illinois.".

Poate fi explicat acest aspect, al opririi timpului, de către un priceput în ale fizicii pentru un simplu consumator de fizică? Cine se încumetă?

florin_try

 Intrebarea asta m-a framintat si pe mine mult. Sunt curios ce vor avea de adaugat si cei de la scientia.

Insa formularea ta: "Relativitatea ne spune că atunci când viteza unui obiect se apropie de viteza luminii, trecere timpului încetineşte, până la oprire." este confuza.

In relativitate intotdeauna trebuie sa precizezi care e sistemul de referinta la care te raportezi. Nu exista nimic absolut, ci exista diverse relatii intre diverse sisteme de referinta.

Ce inseamna ca un obiect se apropie de viteza luminii? Eu zic ca nu e posibil ca un obiect (prin obiect inteleg ceva cu masa) sa 'se apropie de viteza luminii' deoarece, fotonul va avea intotdeauna exact viteza luminii fata de orice obiect din asta. Tot ce e posibil e ca diverse obiecte cu masa sa aiba diverse viteze relative unu la celalalt (atentie, viteze relative subluminice insa).

Daca un obiect are fata de mine o viteza relativa suficient de mare, el din frame propriu percepe ca a trecut 2 secunde (sa zicem). Eu din frame-ul meu (stationar fata de o planeta sa zicem) vad exact acelasi lucru: ceasul lui a ticait exact 2 secunde. Problema e insa urmatoarea: cit timp am urmarit ca ceasul lui a ticait 2 secunde, ceasul meu a ticait 10 ore! Upssss!!!!   Asadar 'o secunda de-a mea dureaza mai putin decit o secunda de-a lui'. Dar este important de precizat ca asta e din perspectiva (frame-ul) meu! De ce e important de precizat asta? Pentru ca iata ce se intimpla daca ne ducem si privim lucrurile nu din perspectiva mea ci a obiectului ala calator: In 10 minute de ale lui, el vede ceasul meu din frame-ul lui ca ticaind doar 2 secunde! Iata ca el ajunge la aceeasi similara cu mine, dar exact opusa: ca secunda lui dureaza mai putin decit a mea.
Nu vreau sa intru in paradoxul fratilor, dar te las pe tine sa sesizeri aparenta contradictie ce apare.

Daca obiectul se deplaseaza fata de mine cu viteza dubla, atunci in frame-ul meu se scurg 20 minute timpul in care el experimenteaza 2 secunde.
Daca isi mareste si mai mult viteza, atunci in frame-ul meu trece si mai mult timp cit el experimenteaza 2 secunde. Si tot asa.
 Daca ar avea fata de mine o viteza f.f.f. apropiata de cea a luminii, atunci pentru mine va curge indefinit de mult timp cit la el ceasul ticaie de 2 ori.

Intrebarea care apare este: Dar daca ar fi exact viteza luminii? Extrapolind apare ca din frameul meu ceasul calatorului la viteza luminii nu mai ticaie. Dar pot face aceasta extrapolare? Intrebarea e buna caci un obiect subluminic e fundamental diferit de unul luminic (i.e. foton): cel subluminic, indiferent de ce viteza relativa are fata de alt obiect subluminic , fata de foton (si fotonul fata de el) are exact c.

====

Noi observam mionii relativisti ce cad prin atmosfera a 'experimenta'' mai putin timp (i.e. a fi 'timp-dilatati' fata de noi) deoarece nu 'au timp' sa se descompuna cit ar trebui.
Insa din perspectiva (frame-ul) mionilor timpul e OK, spatiul e problema: ei percep din frame-ul lor ca atmosfera noastra are grosime de doar citiva centimetri, si deci strabat doar citiva centimetri, si nu au cind sa se descompuna ca strabat distanta prea mica.

Vezi tu: ce e timp pentru noi, e spatiu pentru mioni.

====

Insa consecintele relativitatii spatiului si timpului sunt (in opinia mea) insuportabile filosofic.  

===

EDIT: Sunt curios ce vor avea de adaugat acestui subiect interesant si cei de la scientia.


 



Electron

Citat din: Diamond din Martie 01, 2011, 11:29:24 PM
Am citit acest articol, http://www.guardian.co.uk/science/life-and-physics/2011/feb/28/1. Către finalul articolului se spune:
"Pentru mine cel mai remarcabil aspect al fotonilor este acela că sunt în afara timpului. Un foton călătoreşte prin spaţiu cu viteza de 300.000 km/s. Relativitatea ne spune că atunci când viteza unui obiect se apropie de viteza luminii, trecere timpului încetineşte, până la oprire."
Riguros vorbind, fraza subliniata cu rosu este gresita. In primul si primul rand, conform TR, atunci cand viteza unui obiect se apropie de viteza luminii, trecerea timpului in sistemul de referinta solidar cu obiectul este incetinita din perspectiva sistemului de referinta din care facem observatiile (din propria perspectiva nimic nu se schimba in sistemul despre care vorbim).
In al doilea rand, daca ar atinge viteza luminii, atunci timpul s-ar opri (din perspectiva observatorului extern). Este un daca si este vorba de o limita.

Bineinteles ca tot TR demonstreaza ca nici un obiect (cu masa de repaus mai mare ca zero) nu poate ajunge la viteza luminii in vid (fata de nici un alt sistem de referinta). Ca atare, din TR rezulta ca in sistemele de referinta legate de obiecte materiale timpul nu se opreste din perspectiva nici unui alt sistem de referinta.


CitatPoate fi explicat acest aspect, al opririi timpului, de către un priceput în ale fizicii pentru un simplu consumator de fizică? Cine se încumetă?
Fotonii nu sunt "obiecte" pentru ca nu au masa de repaus. Ei nu sunt obiecte care au fost accelerate pana la viteza luminii, ci sunt perturbatii ale campului electromagnetic (cuante de unda electromagnetica) care nu pot avea decat viteza luminii c (cand se propaga prin vid) fata de orice sistem de referinta ales. Conceptul de "foton in repaus" (fata de un sistem de referinta) nu este definit. Ca atare, a vorbi de "timpul oprit" al fotonilor este o aplicare in afara contextului al formulelor din TR, iar din TR nu rezulta o aberatie de genul ca pentru fotoni "timpul sta pe loc". Se poate spune ca "fotonii sunt in afara timpului" in sensul in care pentru ei nu se poate aplica ceea ce noi intuim ca "timp". Dar TR nu are cum sa "explice" sau "sa ne arate" ce se intampla in cazul fotonilor legat de "timp".

In plus, eu consider ca a pune problema "cum percepe un foton timpul?" inseamna sa iesi din cadrul stiintific si sa intrii pe taramul metafizicii sau filozofiei, unde un foton poate sa aiba "perceptii" despre care noi sa ne punem intrebari (sterile). Dar stiintific vorbind, fotonul e o cuanta de perturbatie electromangentica si nu se pune problema de "perceptie" in cazul sau.

In aceeasi ordine de idei, a incerca sa legi un sistem de referinta de un foton, consider ca inseamna a aplica fizica in afara domeniului sau de definitie. Si nu pentru ca nu s-ar putea imagina un sistem de referinta imaterial legat de un foton (eu personal nu pot, dar or fi altii cu imaginatie mau prodigioasa), ci pentru ca daca incercam sa facem transformari de coordonate intre un sistem inertial legat de un obiect cu masa de repaus diferita de zero si un sistem de coordonate legat de un foton, formulele din TR nu se pot aplica, pentru ca este un caz limita in care ar trebui sa folosim impartirea la zero, iar TR nu este o teorie care sa pretinda ca revolutioneaza matematica acceptand (sau fortand) impartirea cu zero.

As mai face observatia ca in TR timpul este definit operational, ca ceva masurabil cu "ceasornice", nu este ceva ideal despre care sa filozofam cum vrem noi. Formulele din TR dau relaitiile dintre masuratorile legate de durate, intre sisteme de referinta in miscare relativa, si fiindca vorbim de ceva operational, s-a putut verifica experimental (adica printr-o operatie fizica precisa, nu teoretic) validitatea formulelor. Dar a verifica operational cum se masoara timpul intr-un sistem de referinta teoretic (imaterial) legat de un foton e ceva ce nu se poate face tocmai pentru ca asemenea sisteme de referinta nu exista (nu putem opera fizic experimental cu idei imateriale).

Inchei prin a preciza ca nu sunt un specialist in domeniul fizicii (sunt doar pasionat de subiect) si ca nu vreau sa impun aceste consideratii ale mele ca fiind absolut adevarate, dar asta este ceea ce inteleg eu din fizica despre care discutam aici. Daca argumentele mele vi se par incomplete sau chiar incorecte, va rog sa le "demontati" asa cum merita.

e-
Don't believe everything you think.

tavy


florin_try

Citat din: Electron din Martie 02, 2011, 11:21:33 AM
In plus, eu consider ca a pune problema "cum percepe un foton timpul?" inseamna sa iesi din cadrul stiintific si sa intrii pe taramul metafizicii sau filozofiei, unde un foton poate sa aiba "perceptii" despre care noi sa ne punem intrebari (sterile). Dar stiintific vorbind, fotonul e o cuanta de perturbatie electromangentica si nu se pune problema de "perceptie" in cazul sau.

Probabil cuvintul de 'perceptie' e o figura de stil. Mai degraba o reformulare a intrebarii 'ce e timpul pentru foton'. Nu cred ca e nimeni care  sa creada ca fotonul 'percepe' ceva in modul literal....

Exista considerente fizice (pur stiintifice) pentru care intrebarea 'ce ar fi timpul din frame-ul unui foton' apare a fi un non-sens,fara a fi nevoie de metafizica sau nu mai stiu ce filosofii. Mie insa intrebarea imi pare justificabila - for now.

Citat
Fotonii nu sunt "obiecte" pentru ca nu au masa de repaus.

Ce intelegi prin "obiect"? Corpuscul cumva? Conform dualitatii unda-corpuscul si comportamentului lor in anumite experimente, fotonii pot fi si corpusculi, nu?

Citat
s-a putut verifica experimental (adica printr-o operatie fizica precisa, nu teoretic) validitatea formulelor

dilatarea timpului a fost verificata experimental in mod direct.
din cite stiu, contractarea spatiului nu a fost inca verificata in mod direct de nici un experiment.

Citat
In aceeasi ordine de idei, a incerca sa legi un sistem de referinta de un foton, consider ca inseamna a aplica fizica in afara domeniului sau de definitie.

De ce? Ce-l face asa de special? Si de ce ar fi special intr-un asemenea extent? Poti explica in 2 fraze in layman terms?

Electron

Citat din: florin_ din Martie 02, 2011, 11:58:53 AM
Ce intelegi prin "obiect"? Corpuscul cumva? Conform dualitatii unda-corpuscul si comportamentului lor in anumite experimente, fotonii pot fi si corpusculi, nu?
Nu "corpuscul", ci "ceva cu masa de repaus". Asta e ceea ce inteleg eu in limbaj curent din termenul "obiect". In plus, doar obiectele in sensul de "ceva cu masa" pot fi accelerate, de aceea mi se pare normal ca pe fotoni sa nu-i includem in aceasta categorie (ei nu pot fi nici accelerati nici decelerati, ei ori exista si au viteza maxima in mediul dat, ori nu exista).

Citatdilatarea timpului a fost verificata experimental in mod direct.
din cite stiu, contractarea spatiului nu a fost inca verificata in mod direct de nici un experiment.
Da, la verificarea dilatarii timpului (in observarea muonilor care strabat atmosfera Pamantului) ma refeream. S-a mai verificat si dependenta dintre intensitatea campului gravitational si dilatarea timpului.
Legat de contractia lungimilor, nu stiu un experiment concret acum, dar m-ar mira sa nu se fi facut asta practic. Daca gasesc referinte le voi prezenta aici.

Citat
Citat
In aceeasi ordine de idei, a incerca sa legi un sistem de referinta de un foton, consider ca inseamna a aplica fizica in afara domeniului sau de definitie.

De ce? Ce-l face asa de special? Si de ce ar fi special intr-un asemenea extent? Poti explica in 2 fraze in layman terms?
Am sa incerc.

Totul pleaca de la ce inseamna "sistem de referinta". Un sistem de referinta trebuie sa permita masutatori pentru cele 4 coordonate ale spatiu-timpului, 3 spatiale si una temporala. Masuratorile necesita repere rigide pentru spatiu si un ceasornic bine calibrat pentru timp. Aceste repere nu pot fi decat fizice, materiale, ca sa le putem folosi in masuratori efective. Nu putem face masuratori experimentale "mental", pentru ca vorbim de definitii operationale ale lungimilor si duratelor.

Asta face pentru mine ca atasarea unui sistem de referinta unui foton sa mi se para in afara domeniului de definitie a acestora (a sistemelor de referinta in fizica). Ceva material (sistemul de referinta in acest caz) nu poate sa aiba viteza fotonului ca sa fie "solidar" cu el, fata de vreun alt sistem de referinta ales. E mai clar acum?

e-
Don't believe everything you think.

florin_try

Dar intrebarea ramine practic neatinsa:
"De ce nu putem atasa un SR de un corpuscul ce se misca la viteza luminii"

tavy

Citat din: florin_ din Martie 03, 2011, 03:33:43 AM
Dar intrebarea ramine practic neatinsa:
"De ce nu putem atasa un SR de un corpuscul ce se misca la viteza luminii"
Așa cum am mai explicat și în celălalt topic, în universul ,,văzut" de foton nu ai dimensiunea timp.
Un S.R. presupune că poți face măsurători, este dificil de făcut măsurători într-un univers care nu are dimensiunea timp. Dacă nu o iau cumva pe arătură intuiesc că respectivului univers îi lipsește și o dimensiune spațială. Cu alte cuvinte, spre deosebire de universul văzut de noi care are o dimensiune temporală și trei spațiale, universul ,,văzut" de foton are două dimensiuni spațiale și atât.
Altfel spus, dacă un foton este emis în punctul A și absorbit în punctul B, în universul ,,văzut" de foton punctele A și B se suprapun.

Electron

Citat din: florin_ din Martie 03, 2011, 03:33:43 AM
Dar intrebarea ramine practic neatinsa:
"De ce nu putem atasa un SR de un corpuscul ce se misca la viteza luminii"
Nu stiu daca ai citit ce am scris mai sus, asa ca reiau: Eu consider ca nu putem atasa un SR de un corpuscul ce se misca cu viteza luminii pentru ca un astfel de SR (care poate fi doar teoretic, imaterial) nu este unul operational, adica un SR care sa permita masuratori ale spatiului si timpului.

Am mai spus ca eu consider un astfel de SR in afara domeniului de definitie al fizicii pentru ca nu putem face transformari de coordonate intre masuratorile noastre (din SR-ul din care observam corpusculul) si eventualele masuratori efecutate in acel SR atasat corpusculului. TR nu se poate aplica in aceste cazuri limita, formulele sale ar necesita operatii de impartire cu zero.

e-
Don't believe everything you think.

florin_try


Dar nu apare o exceptie? Adica un caz in care TR-ul nu mai merge?

====

Iar afirmatia 'fotonul e in afara timpului' nu e, in definitiv, echivalenta cu 'nu poti defini timp operational din frame-ul fotonului'?
Daca da, atunci afirmatia "fotonul e in afara timpului' nu e, in definitiv, echivalenta cu "no poti atasa SR fotonului"

Caci daca da, chestia cu  "nu poti atasa SR fotonului" nu cumva se reduce la un mod lingvistic de a evita de fapt intrebarea originala?

Electron

Citat din: florin_ din Martie 04, 2011, 08:48:04 AM
Dar nu apare o exceptie? Adica un caz in care TR-ul nu mai merge?
TR nu este o teorie care se aplica orbeste in orice context. De exemplu, TR nu se aplica vitezelor supra-luminice. Precizez ca ma refer concret la faptul ca formulele din TR nu se aplica orbeste. Rationamente se pot face daca vrei, de genul ca a trimite mesaje - adica informatie - cu viteza supra-luminica ar implica trimiterea mesajelor respective in trecut, producand paradoxuri, dar nu aplicand formule cu factorul relativist imaginar.

La fel, TR nu se aplica obiectelor cu masa "ajunse" la viteza luminii in vid. TR justifica de ce are limitele pe care le are, asa ca daca tu vezi asta ca o "exceptie", foarte bine. Fiecare teorie (care se respecta) are un domeniu de definitie bine explicitat; in afara acestuia sunt "exceptii" unde teoria nu se aplica. Nimic nou sau anormal in asta.

Ca fapt divers, de fiecare data cand un ... autodidact, pretinde ca o teorie e gresita pentru ca o aplica (ii aplica formulele) in afara domeniului de definitie si obtine aberatii, acel autodidact e cel care face eroarea. O spun in genereal, in urma experientei pe acest forum.

CitatIar afirmatia 'fotonul e in afara timpului' nu e, in definitiv, echivalenta cu 'nu poti defini timp operational din frame-ul fotonului'?
Daca ma intrebi pe mine, mie mi se pare ca sunt echivalente. Ca sa fiu "in timp" trebuie sa pot determina "unde sunt in timp", nu? Daca nu pot in nici un mod fizic, operational, sa determin "ora fotonului" (intr-un sistem de referinta atasat lui), deoarece, repet, un SR operational trebuie sa fie material (cu masa re repaus mai mare ca zero), iar asa ceva nu poate fii "atasat" de un foton, ei bine in acest caz, eu consider ca fotonul e "in afara timpului" in sens fizic. Apropo, in sens filozofic nu ma intereseaza ce ar insemna acest lucru.

CitatDaca da, atunci afirmatia "fotonul e in afara timpului' nu e, in definitiv, echivalenta cu "no poti atasa SR fotonului"
Eu zic ca da, echivalenta de mai sus (din fragmentul comentat mai sus) e aplicabila si evident nu sunt de acord cu afirmatia ta din acest fragment, pentru ca asa cum am precizat mai sus, (im)posibilitatea practica de a atasa un SR (operational) fotonului e cauza pentru care eu consider ca a vorbi de "timpul fotonului" e in afara domeniului de definitie al fizicii (in speta TR). Nu inteleg cum tragi tu exact concluzia inversa.

CitatCaci daca da, chestia cu  "nu poti atasa SR fotonului" nu cumva se reduce la un mod lingvistic de a evita de fapt intrebarea originala?
Eu personal consider ca nu se evita intrebarea, ci se da un argument rational pentru care in fizica intrebarea e "in afara domeniului de aplicabilitate al fizicii". Repet, filozofic se poate discuta cat vrea muschii fiecaruia, dar fizic chestiunea e pentru mine cat se poate de clara, si sper ca am expus-o cat de cat inteligibil aici.


e-

PS: Acum imi dau seama ca ne aflam la sectiunea  "Filozofia ştiinţei", care se ocupa nu doar cu modul de a functiona al stiintei (in prima instanta) ci si cu consecintele filozofice ale stiintei (in a doua instanta). Comentariile mele de aici se refera la modul de functionare al stiintei, vis-à-vis de valoarea epistemologica a acesteia ca demers (deci in prima instanta). Consecintele filozofice (a doua instanta) ale concluziilor si modului de constructie a unor teorii in particular (aici TR) consider ca trebuie analizate doar dupa ce e clara analiza din prima instanta.
Don't believe everything you think.

florin_try

Citat din: Electron din Martie 04, 2011, 11:19:19 AM
Fiecare teorie (care se respecta) are un domeniu de definitie bine explicitat; in afara acestuia sunt "exceptii" unde teoria nu se aplica.

In ultima instanta domeniu de aplicabilitate a unei teorii este realitatea fizica asa cum e ea din observatii obiective.

TR-ul nu se aplica la viteze mai mari ca a luminii pentru ca esenta TR-ului e ca nu e posibil sa ajungi la viteze mai mari ca c. Experimentele confirma c ca fiind limita de viteza,nu? Si ca c nu poate fi depasit. Bine, aparenta deplasarea superluminica fata de noi a galaxiilor indepartate se atribuie dilatarii intrinseci a spatiului - e altceva. Asadar nu TR-ul e depasit la viteze superluminice sau la particule cu masa 'ajunse' la viteza c, ci REALITATEA interzice asta. Nu acelasi e cazul pentru foton.

Tot realitatea arata caci corpusculi cu masa de repaus zero (dar moment linear p nenul), numiti fotoni, pot atinge si au exact viteza luminii. Asta e o realitate obiectiva si masurabila. Si totusi TR nu se aplica acestei realitati.  

Citat
"timpul fotonului" e in afara domeniului de definitie al fizicii

Si cu asta problema e rezolvata, nu? How convenient  .....



tavy

Citat din: florin_ din Martie 04, 2011, 11:50:22 AM
TR-ul nu se aplica la viteze mai mari ca a luminii pentru ca esenta TR-ului e ca nu e posibil sa ajungi la viteze mai mari ca c.
Greșit. Din TR nu reiese decât că nu poți transporta informație cu viteze supraluminice fără a încălca cauzalitatea. Dacă nu transporți informație sau dacă este ok să se încalce cauzalitatea atunci TR nu are nici o problemă cu depășirea vitezei luminii.

TR nu se aplică la viteze supraluminice în sensul că nu poate prezice ce se întâmplă într-un presupus sistem de referință care s-ar mișca cu viteză supraluminică față de un altul. În legătură cu cum este văzut un fenomen care se mișcă cu viteză supraluminică față de un S.R. obișnuit T.R. nu are nici o problemă.

florin_try

Citat din: tavy din Martie 04, 2011, 12:29:02 PM
Greșit. Din TR nu reiese decât că nu poți transporta informație cu viteze supraluminice fără a încălca cauzalitatea. Dacă nu transporți informație sau dacă este ok să se încalce cauzalitatea atunci TR nu are nici o problemă cu depășirea vitezei luminii.

Si cum poti masura ca ai depasit viteza luminii daca nu transporti informatie?
Iar daca nu transporti informatie atunci ce transporti?

Anyway, tot ce ma interesa era doar aplicabilitatea teoriei in domeniul din realitate: viteze subluminice pentru obiecte cu masa si exact c pentru fotoni.

tavy

Citat din: florin_ din Martie 04, 2011, 12:41:47 PM
Si cum poti masura ca ai depasit viteza luminii daca nu transporti informatie?
Foarte simplu, dacă ai punctele [tex]A[/tex] și [tex]B[/tex] la distanța [tex]d[/tex] și măsori când fenomenul s-a produs în punctul [tex]A[/tex] respectiv în punctul [tex]B[/tex] nu ai decât să calculezi [tex]v=\frac{d}{\Delta t}[/tex].
Nu vorbesc despre cai verzi pe pereți, chiar sunt fenomene care se propagă cu viteze mai mari decât viteza luminii, spre exemplu viteza unui spot laser pe un perete, nu are nici o limită superioară.

Citat din: florin_ din Martie 04, 2011, 12:41:47 PM
Iar daca nu transporti informatie atunci ce transporti?
Am spus eu că transporți ceva?