Forumul Scientia

Fizică, astronomie şi aerospaţiale => Gedankenexperiment (experimente imaginare) => Subiect creat de: florin_try din Ianuarie 16, 2011, 02:34:10 a.m.

Titlu: fotoni
Scris de: florin_try din Ianuarie 16, 2011, 02:34:10 a.m.

 Oare e posibil, in principiu, un univers format numai din fotoni?
 Stie careva daca exista o lege a naturii care evident interzice existenta unui univers format numai din fotoni?
Titlu: Re: fotoni
Scris de: mercur din Ianuarie 16, 2011, 09:06:48 a.m.
Păi fotonii respectivi n-ar trebui, la rândul lor, să fie emişi de ceva?
Titlu: Re: fotoni
Scris de: florin_try din Ianuarie 16, 2011, 09:23:28 a.m.
Pai sa zicem ca a existat o sursa care i-a emis, iar dupa mult mult timp(101000 ani) , sursa aia s-a degradat si ea la fotoni. Asa incit universul 'ramas' e format doar din fotoni.

Sau sursa putea fi de exemplu un big-bang (care pare a fi sursa universului nostru) setat insa in asa fel incit sa duca numai la fotoni.

Intrebarea mea era daca vre-o lege a naturii evidenta (si care pe moment imi scapa) impiedica un univers doar din fotoni.

Titlu: Re: fotoni
Scris de: mercur din Ianuarie 16, 2011, 09:33:38 a.m.
În cazul ăsta, teoria spune că va exista o "eră fotonică". E vorba despre "moartea termică a universului". Vezi şi acest link: http://www.stiintasitehnica.ro/index.php?menu=8&id=368
Titlu: Re: fotoni
Scris de: florin_try din Ianuarie 16, 2011, 10:32:12 a.m.
Pai in linkul indicat de tine, clar se indica ca (cel putin in principiu) un univers doar din fotoni ar fi posibil. Ceva similar am intilnit si prin wikipedia dar si din alte surse.
De fapt chiar universul nostru s-ar putea sa ajunga un univers doar din fotoni. 

Si atunci poate cineva sa imi spuna de ce intrebarea:
"cum ar fi timpul si spatiul intr-un univers format doar din fotoni?"
este ilegitima?

Titlu: Re: fotoni
Scris de: HarapAlb din Ianuarie 16, 2011, 02:01:37 p.m.
Nu cred ca ar exista un univers format strict doar din fotoni. Fotonul este particula asociata interatiunii intre sarcini prin camp electric/electromagnetic. Formalismul folosit este unul care include fotoni si sarcini electrice, ele vin "la pachet" si nu le poti separa.
Titlu: Re: fotoni
Scris de: florin_try din Ianuarie 16, 2011, 03:26:08 p.m.

Ca sa existe un foton trebuie existe sarcina electrica pe intreaga durata a existentei fotonului sau doar in momentul in care fotonul a fost generat?

Titlu: Re: fotoni
Scris de: mercur din Ianuarie 16, 2011, 03:53:06 p.m.
Fotonul continua sa existe indiferent de durata sarcinii care l-a generat. Iar intr-un univers aflat in "moarte termica" cred ca nu gresim daca afirmam ca exista cel putin o portiune din acel univers in care se afla, la un moment dat, doar fotoni. Spatiul si timpul din universul respectiv nu vad prin ce ar fi diferite de cele actuale. Pe de alta parte, trebuie sa tinem cont si de existenta vidului cuantic. Chiar daca nu mai exista in univers decat fotoni, la nivel de vid cuantic se formeaza tot timpul particule virtuale. Acum, ce nu stiu nici eu, este daca starea de entropie echivalenta "mortii termice" mai permite crearea de astfel de particule virtuale.
Titlu: Re: fotoni
Scris de: florin_try din Ianuarie 16, 2011, 04:46:33 p.m.
... acel univers in care se afla, la un moment dat, doar fotoni. Spatiul si timpul din universul respectiv nu vad prin ce ar fi diferite de cele actuale.

Cind spui ca nu vezi de ce spatiul si timpul ar fi diferite de acum, tu vezi spatio-timpul din perspectiva de acum a unui obiect cu masa, subluminic.
Ei bine intr-un univers doar din fotoni, nu mai exista aceasta perspectiva (a unui obiect cu masa subluminica) din care noi percepem acum spatiul, ci doar cea a fotonului. 

Daca universul e doar din fotoni, singurul frame de referinta posibil e cel al fotonului.
Si atunci revin la intrebarea: ce e spatiul si timpul pentru un foton?
Unii fizicieni literalmente interzic aceasta intrebare.
Daca insa un univers format doar din fotoni ar putea (in principiu) fi posibil, de ce intrebarea "ce e spatiul si timpul in perspectiva fotonului?" e ilegitima?
 

Citat
Pe de alta parte, trebuie sa tinem cont si de existenta vidului cuantic. Chiar daca nu mai exista in univers decat fotoni, la nivel de vid cuantic se formeaza tot timpul particule virtuale.
Probabil particulele virtuale fac imposibil un univers doar din fotoni?

 


Titlu: Re: fotoni
Scris de: mercur din Ianuarie 16, 2011, 05:26:40 p.m.
Daca te referi strict la cum percepe un foton spatiul si timpul intr-un asemenea univers, cred ca il percepe in mod static. Adica nu percepe nici un fel de deplasare a altui foton in raport cu el insusi. De aici rezulta ca nici trecerea timpului nu mai este posibila (din punct de vedere al acelui foton), deci intrebarea "ce e spatiul si timpul in perspectiva fotonului" nu mai are sens. Dar, problema se poate complica: daca acel univers este static (nu se mai dilata), atunci se aplica ce am zis mai sus; daca este dinamic (se extinde), cred ca atunci un foton poate percepe un alt foton ca scazandu-i energia (deplasarea spre rosu). Aici ia nastere o alta intrebare: pana cand va putea sa scada acea energie a fotonului? Pana la energia vidului cuantic, adica se va putea manifesta doar virtual?
Titlu: Re: fotoni
Scris de: HarapAlb din Ianuarie 16, 2011, 08:31:03 p.m.
Ca sa existe un foton trebuie existe sarcina electrica pe intreaga durata a existentei fotonului sau doar in momentul in care fotonul a fost generat?
Nu e vorba despre sarcina electrica e a produs radiatia. E vorba de fluctuatii si efecte de ordin superior care pot fi mediate de particule virtuale cu sarcina. De exemplu cu electroni-pozitroni, si in general cu particula-antiparticula (se deseneaza frumos ca diagrame Feynman):

Corectii la propagarea fotonului datorita particulelor virtuale: \gamma \rightarrow e^{-} + e^{+} \rightarrow \gamma

Imprastierea foton-foton prin particule virtuale: \gamma_1 + \gamma_2 \rightarrow 2e^{-} + 2e^{+} \rightarrow \gamma_1\prime + \gamma_2\prime

Producerea de perechi particula-antiparticula: \gamma_1 + \gamma_2 \rightarrow e^{-} + e^{+}

Toate fenomenele astea se regasesc automat in descrierea fotonului datorita cuplajului sau cu sarcinile electrice. Strict vorbind, nu putem avea numai fotoni.
Titlu: Re: fotoni
Scris de: Mishulanu din Ianuarie 16, 2011, 08:40:32 p.m.
Daca te referi strict la cum percepe un foton spatiul si timpul intr-un asemenea univers, cred ca il percepe in mod static. Adica nu percepe nici un fel de deplasare a altui foton in raport cu el insusi.
A percepe ceva inseamna a face un schimb de informatii, prin particule. Daca totul ar fi static, conceptul de perceptie nu-si are rostul. Daca timpul s-ar opri acum si tu te-ai opri odata cu timpul, cum ai putea sa-ti dai seama ca timpul s-a oprit?
Citat
Aici ia nastere o alta intrebare: pana cand va putea sa scada acea energie a fotonului? Pana la energia vidului cuantic, adica se va putea manifesta doar virtual?
Cred ca transformarea unui foton real intr-unul virtual incalca principiul conservarii energiei. O particula virtuala poata sa devina reala doar printr-un aport suficient de energie. Mi se pare ca de curand s-a facut un experiment cu un laser care excita particulele virtuale din fluctuatiile cuantice, ce deveneau reale. Cred ca un electron virtual absorbea un foton din laser si devenea real.

Cat priveste un univers format numai din fotoni, ar insemna ca toate celelalte particule sa se descompuna la un moment dat in fotoni, fenomen ce nu a fost observat experimental, cel putin in cazul protonului. Totusi, daca ar fi sa ramana doar fotoni, cred ca universul ar trece spontan intr-o alta etapa a evolutiei, in care sa existe si materie, poate un nou Big Bang.
Titlu: Re: fotoni
Scris de: mercur din Ianuarie 16, 2011, 09:20:28 p.m.
Daca te referi strict la cum percepe un foton spatiul si timpul intr-un asemenea univers, cred ca il percepe in mod static. Adica nu percepe nici un fel de deplasare a altui foton in raport cu el insusi.
A percepe ceva inseamna a face un schimb de informatii, prin particule. Daca totul ar fi static, conceptul de perceptie nu-si are rostul.
Exact la asta m-am referit si eu, dar, probabil nu m-am exprimat prea bine ("Adica nu percepe nici un fel de deplasare a altui foton in raport cu el insusi").
Citat
Cred ca transformarea unui foton real intr-unul virtual incalca principiul conservarii energiei.
In cazul in care energia fotonului scade spre zero, datorita expansiunii universului si implicit, a cresterii entropiei, conform E=h\gamma , \gamma va tinde catre zero. Si tocmai asta era si o intrebare pe care mi-o pusesem eu: "pana cand va putea sa scada acea energie a fotonului?"
Titlu: Re: fotoni
Scris de: HarapAlb din Ianuarie 16, 2011, 10:02:11 p.m.
(...) Si tocmai asta era si o intrebare pe care mi-o pusesem eu: "pana cand va putea sa scada acea energie a fotonului?"
Nu exista o limita inferioara a spectrului electromagnetic in afara de E=0.
Titlu: Re: fotoni
Scris de: mercur din Ianuarie 16, 2011, 10:14:39 p.m.
(...) Si tocmai asta era si o intrebare pe care mi-o pusesem eu: "pana cand va putea sa scada acea energie a fotonului?"
Nu exista o limita inferioara a spectrului electromagnetic in afara de E=0.
Atunci putem afirma ca in cazul cand energia fotonului atinge valoarea zero (daca este posibil practic asa ceva) datorita cresterii entropiei, fotonul pur si simplu nu mai exista? Mi se pare putin ciudat. Ori poate ca nu va putea atinge niciodata energia lui valoarea zero, oricat de mult s-ar extinde universul?
Titlu: Re: fotoni
Scris de: florin_try din Ianuarie 16, 2011, 10:44:50 p.m.

Citat
Totusi, daca ar fi sa ramana doar fotoni, cred ca universul ar trece spontan intr-o alta etapa a evolutiei, in care sa existe si materie, poate un nou Big Bang.

Pe ceva similar se bazeaza si ipoteza universului ciclic a lui Penrose. Insa nu am inteles 'mecanismul' prin care incepe un nou big-bang. Sa fie ceva la modul ca intr-un univers de fotoni acestia isi 'pierd' spatiul si timpul, adica ca si cum ar fi intr-un singur punct si atunci 'bang' again?

Daca ar fi sa admitem (pentru argument) caci un nou big-bang s-ar crea in acest mod, in noul univers format mai exista informatie despre vechiul univers sau noul univers a 'uitat complet' despre cel vechi? Cu alte cuvinte, sunt cele 2 universuri deconectate cauzal?

Banuiesc insa ca, intr-un fel sau altul legile fizicii interzic un univers strict din fotoni numai ( ceva la modul argumentului adus de Harap Alb mai sus care, pe moment, imi are plauzibil).

Citat
In cazul in care energia fotonului scade spre zero, datorita expansiunii universului si implicit, a cresterii entropiei, conform E=h\gamma , \gamma va tinde catre zero. Si tocmai asta era si o intrebare pe care mi-o pusesem eu: "pana cand va putea sa scada acea energie a fotonului?"

Nu poate sa atinga valoarea zero. Tinde asimptotic catre zero si atit. Intrebarea e insa interesanta caci duce la o alta intrebare.

Datorita cresterii entropiei universul de degradeaza. Tot ce e structura ordonata se face 'praf si pulbere' in mod ireversibil. Intrebarea care mi-o puneam: oare cum o arata 'praful si pulberea' finala, adica pina la ce nivel se poate degrada universul? Banuiesc ca si particolele elementare au  o ordine interna inerenta (quarcii care le formeaza) care ordine nu ar trebui sa fie iertata de cresterea entropiei. Cu alte cuvinte, si ele ar trebui sa se degradeze intr-o stare in care ordinea interna se pierde.
Sa fie fotonii publerea finala catre care un univers macinat ireversibil de entropie, tinde?

Titlu: Re: fotoni
Scris de: mercur din Ianuarie 16, 2011, 10:58:39 p.m.
Sa fie fotonii publerea finala catre care un univers macinat ireversibil de entropie, tinde?
Nu. Probabil ca se va "macina" pana la spatiul lui Plank si timpul lui Plank.
Titlu: Re: fotoni
Scris de: HarapAlb din Ianuarie 17, 2011, 12:21:36 a.m.
(...) Si tocmai asta era si o intrebare pe care mi-o pusesem eu: "pana cand va putea sa scada acea energie a fotonului?"
Schimbarea energie fotonilor poate apare in urma in urma ciocnirilor (fenomene bine caracterizate in teoria speciala a relativitatii) si in urma fenomenelor din teoria relativitatii generalizate (deplasare spre rosu gravitationala si cosmologica). Intr-o "supa" de fotoni care sufera numai ciocniri se ajunge la un echilibru, entropia nu poate sa scada oricat de mult, ceea ce pierde un foton castiga altul. Introducand insa efectele din TRG energia fotonilor poate scadea, deplasarea cosmologica spre rosu manifestandu-se in toate directiile. Un argument logic simplu ne-ar conduce la concluzia ca expansiunea Universului va conduce la racirea fotonilor.

Te poti gandi ca radiatia cosmica de fond este ceva asemanator cu universul de fotoni, cu mici anizotropii datorita interactiei cu materia.
Titlu: Re: fotoni
Scris de: florin_try din Ianuarie 17, 2011, 05:17:25 a.m.
Citat
entropia nu poate sa scada oricat de mult,

Dar expansiunea universului aduce cu sine o crestere a entropiei, nu?
Asa ar trebui de vreme ce (intuitiv spunind), ca urmare a expansiunii, nu 'lungimea/volumul' unei gradatii creste ci numarul de gradatii cresc.
Cu alte cuvinte intr-un univers ce se extinde avem un numar crescind de  microstari (si volum si volum configurational crescind) si deci entropie continuu in crestere.
Intr-un univers ce se extinde la nesfirsit (si asta pare soarta universului nostru), entropia ar trebui doar sa creasca fara a atinge niciodata un maxim, si asta pentru ca expansiunea creaza volum si implicit microstari aditionale. 

 Interesant e ca, la fel ca si entropia, expansiunea universului da sens (sageata) timpului asa incit se poate discrimina intre trecut si viitor. Iar sensul sagetii timpului dat de expansiune e acelasi cu sensul  dat de entropie. Nu cred in coincidente.
Titlu: Re: fotoni
Scris de: Mishulanu din Ianuarie 18, 2011, 04:39:44 p.m.
Pe ceva similar se bazeaza si ipoteza universului ciclic a lui Penrose. Insa nu am inteles 'mecanismul' prin care incepe un nou big-bang. Sa fie ceva la modul ca intr-un univers de fotoni acestia isi 'pierd' spatiul si timpul, adica ca si cum ar fi intr-un singur punct si atunci 'bang' again?
Este greu de speculat cum s-ar putea genera un nou big bang. Totusi, TRG zice nu exista diferente calitative intre dimensiunile spatiale si temporale, si ca se pot inversa in anumite conditii. De exemplu, in cazul unei gauri negre, dimensiunea spatiala dintre orizontul evenimentului si centrul gaurii negre devine o dimensiune temporala dupa orizont si fosta dimensiune temporala devine una spatiala. Din punctul de vedere al unui observator exterior, tot ce cade in gaura neagra pare se se opreasta chiar la orizont si acesta va vedea toata materia care a cazut vreodata in gaura negra traversand orizontul in acelasi timp, la sfarsitul timpului sau la evaporarea gaurii negre (care ale loc primul). Deci, toata energia care cade in gaura se va gasi in acelasi loc in timp, si daca dupa orizont dimensiunea spatiala si cea temporala se inverseaza, atunci toata energia se va gasi in acelasi loc in spatiu, conditii similare big bangului. Asta este totusi doar o speculatie. Nimeni nu cred ca poate sa spuna deocamdata cum s-ar desfasura in realitate totul.

Citat
Interesant e ca, la fel ca si entropia, expansiunea universului da sens (sageata) timpului asa incit se poate discrimina intre trecut si viitor. Iar sensul sagetii timpului dat de expansiune e acelasi cu sensul  dat de entropie. Nu cred in coincidente.
Chiar nu este o coincidenta pentru ca entropia Universului se poate calcula in functie de dimensiunea acestuia la un moment dat si cred ca este egala cu un sfert din aria sferei ce reprezinta Universul observabil, acum fiind undeva pe la 10^120 biti. Asta inseamna ca Universul putea sa arate in 10^120 feluri diferite. Este un numar foarte mare dar totusi finit. Ceea ca inseamna ca multe istorii pe care le-am putea imagina sunt fizic imposibile. In nici o istorie a Universului eu nu voi dansa lambada pe luna, in tricou si sandale. :)