Ce e timpul pentru un foton?

[florin_try]

Din curiozitate postez si eu un pol. Sunt curios citi se incapatineaza (ca mine - maybe futil?) sa asocieze s,r, fotonului si apoi sa se intrebe ce e timpul pentru un foton ....

Punctul de vedere alternativ ar fi ca fotonul nu are s.r. si ca atare intrebarea insasi e fara sens. (ambele puncte de vedere au fost exprimate chiar in acest forum).

[tavy]

Eu nu pot alege nici una dintre opțiuni. Din punctul meu de vedere poți defini pentru foton un S.R. numai că în respectivul S.R. nu există timp, nu că nu ar fi experimentat, pur și simplu nu există.
Să-ți spun altfel, în sistemele de referință obișnuite universul are, conform teoriei speciale a relativității, trei dimensiuni spațiale și o dimensiune temporală, în sistemul de referință al fotonului univesul nu mai are decât două dimensiuni spațiale și nici o dimensiune temporală. Dacă ne-am transforma în fotoni universul ni s-ar părea foarte ciudat (știu, forțez puțin cam mult, nu avem cum să ne transformăm în fotoni și mai ales, cum universul nu ar mai avea timp, nu am mai avea cum să gândim și în consecință nu am mai putea emite păreri cu privire la ciudățenia universului).

[Adi]

Fotonul este o particula elementara punctiforma si ca pentru orice particula elementara se poate defini sistemul ei de referinta si in acel sistem de referinta expeimenteza timp, doar ca timpul trece ca si cum fotonul ar fi in repaus!

[tavy]

Fotonul este o particula elementara punctiforma si ca pentru orice particula elementara se poate defini sistemul ei de referinta si in acel sistem de referinta expeimenteza timp, doar ca timpul trece ca si cum fotonul ar fi in repaus!

Pe mine ai reușit să mă bagi complet în ceață.
Există „particulă elementară punctiformă”? Nu mă refer că în undele teorii poate fi considerat punctiform.
Cum adică „timpul trece ca și cum fotonul ar fi în repaus”. Intr-un s.r. al fotonului fotonul nici măcar nu există.

[Adi]

Fotonul este o particula elementara punctiforma si ca pentru orice particula elementara se poate defini sistemul ei de referinta si in acel sistem de referinta expeimenteza timp, doar ca timpul trece ca si cum fotonul ar fi in repaus!

Pe mine ai reușit să mă bagi complet în ceață.
Există „particulă elementară punctiformă”? Nu mă refer că în undele teorii poate fi considerat punctiform.
Cum adică „timpul trece ca și cum fotonul ar fi în repaus”. Intr-un s.r. al fotonului fotonul nici măcar nu există.

Da, absolut toate particulele elementare sunt punctiforme, inclusiv fotonul. Desigur, le poti vedea ca unde pe o mai mare zona in spatiu, dar in fizica particulelor, mai ales la energii mari, precum in acceleratoarele de particule, ele se comporta perfect ca si puncte materiale cu masa si energie care respecta relativitatea restransa.

Desigur, in realitate nu exista particule, nu exista unde, ci doar cuante.

[tavy]

Da, absolut toate particulele elementare sunt punctiforme, inclusiv fotonul. Desigur, le poti vedea ca unde pe o mai mare zona in spatiu, dar in fizica particulelor, mai ales la energii mari, precum in acceleratoarele de particule, ele se comporta perfect ca si puncte materiale cu masa si energie care respecta relativitatea restransa.

Cu alte cuvinte ai posibilitatea să determini dimensiunile unei particule elementare astfel încât să poți afirma că au dimensiune 0 (punctiforme). În accepțiunea mea o particulă elementară poate avea orice dimensiuni cel puțin în intervalul [0, raza Schwarzschild asociată masei fotonului] fără a putea determina cât este în acest interval, asta neluând în calcul efectele cuantice unde nici nu mai putem vorbi de dimensiunea unei particule.

Oricum, mai important pentru topic era să ne spui și nouă ce ai vrut să spui prin „timpul trece ca și cum fotonul ar fi în repaus”.

[mercur]

Pentru un foton se poate defini sistem de referinta, insa trebuie tinut cont de viteza sa relativista. Astfel, el va avea intotdeauna viteza c fata de un reper dar, in acelasi timp, orice reper se va deplasa tot cu viteza c fata de el (din s.r. al fotonului). Deci, din punctul de vedere al fotonului, acesta poate considera ca el sta pe loc si toate celelalte obiecte se deplaseaza fata de el cu viteza luminii. In acest caz, daca el va primi informatii de la un obiect ce se deplaseaza in raport cu el (indiferent de viteza acestuia), le va primi simultan, pe toate odata. Deci, el nu va putea sa determine ordinea in care informatiile au fost trimise. Din acest motiv cred ca este mai corect sa spunem ca el se “deplaseaza odata cu timpul” si nu va putea sesiza trecerea timpului (trecut, prezent, viitor) unui reper exterior. Daca in locul unui foton folosim clasicul exemplu cu o nava ce se deplaseaza cu viteza luminii, pentru toti pasagerii ei, timpul va curge normal, raportat la sistemul de referinta al navei. Insa in perceptia pasagerilor asupra unui obiect exterior se va intampla ce am zis mai sus. Ca o concluzie, sper ca nu gresesc daca afirm ca se poate defini frame de referinta pentru un foton, dar fotonul nu va putea percepe trecerea timpului pentru nici un alt obiect din afara lui.

[Adi]

Cu alte cuvinte ai posibilitatea să determini dimensiunile unei particule elementare astfel încât să poți afirma că au dimensiune 0 (punctiforme).

Teoria cea mai avansata pe care o avem, Modelul Standard al Particulelor Elementare, prezice ca particulele sunt punctiforme si aceasta este in acord cu datele experimentale din prezent. Nu s-a putut masura o raza sau o structura pentru electron, foton, sau alte particule elementare.

Oricum, mai important pentru topic era să ne spui și nouă ce ai vrut să spui prin „timpul trece ca și cum fotonul ar fi în repaus”.

Ah, asta mi se parea simplu. E ca pentru orice sistem de referinta, cand esti in sistemul tau de referinta, atunci esti pe loc si timpul trece in mod normal. La fel e si pentru foton. Intre tine care stai pe loc si foton care sta pe loc (si in sistemul sau de referinta sta pe loc) nu exista absolut nicio diferenta. Asta voiam sa spun, ca fotonul nu trebuie tratat diferit de electron sau alta particula elementara.

[tavy]

Oricum, mai important pentru topic era să ne spui și nouă ce ai vrut să spui prin „timpul trece ca și cum fotonul ar fi în repaus”.

Ah, asta mi se parea simplu. E ca pentru orice sistem de referinta, cand esti in sistemul tau de referinta, atunci esti pe loc si timpul trece in mod normal. La fel e si pentru foton. Intre tine care stai pe loc si foton care sta pe loc (si in sistemul sau de referinta sta pe loc) nu exista absolut nicio diferenta. Asta voiam sa spun, ca fotonul nu trebuie tratat diferit de electron sau alta particula elementara.

Spre deosebire de electron fotonul nu poate „sta pe loc” în nici un sitem de referință (nici electronul nu poate dar aici putem forța puțin dacă ne imaginăm că Heisenberg nu a existat). Fotonul nu se poate misca decât cu viteza luminii. Cum în propriul sistem de referință nu se poate mișca cu viteza luminii atunci fotonul nu există în propriul sistem de referință.
Când ești în orice sistem de referință timpul trece normal cu condiția ca în respectivul sistem de referință universul să aibă dimensiunea timp.

Daca in locul unui foton folosim clasicul exemplu cu o nava ce se deplaseaza cu viteza luminii, pentru toti pasagerii ei, timpul va curge normal, raportat la sistemul de referinta al navei. Insa in perceptia pasagerilor asupra unui obiect exterior se va intampla ce am zis mai sus.

Chiar, hai să facem un mic experiment mintal.
Fie un  punct în spatiu și un alt punct aflat la distanță de din sitemul de referință a lui . Presupunem că o ipotetică navă ce se deplasează cu viteza luminii parcurge distanța dintre și . Pentru pasagerii navei care va fi distanța dintre și , care va fi pentru ei timpul în cara nava a parcurs această distanță?

Și alt raționament. Dacă un punct se deplasează cu viteza luminii atunci acesta se deplasează cu viteza luminii în orice sistem de referință inerțial. Dacă presupunem că sistemul de referință al lui este inertial, nu văd de ce nu ar fi, și mai presupunem că în sistemul de referință al lui universul are dimensiunea timp, deci există mișcare, atunci ar trebui să se miște cu viteza luminii și în sistemul de referință al lui dar aceasta intră în contradicție cu notiunea de s.r. legat de un punct.
Nu putem decât să tragem concluzia că cel puțin una din următoarele ipoteze este greșită:
 - lumina se deplasează cu viteza luminii, aceeași, în orice sistem de referință inerțial
 - sistemul de referință al lui este inertial
 - în sistemul de referință al lui universul are dimensiunea timp

Eu înclin să consider că a doua ipoteză este gresită.

[mercur]

Și alt raționament. Dacă un punct se deplasează cu viteza luminii atunci acesta se deplasează cu viteza luminii în orice sistem de referință inerțial. Dacă presupunem că sistemul de referință al lui este inertial, nu văd de ce nu ar fi, și mai presupunem că în sistemul de referință al lui universul are dimensiunea timp, deci există mișcare, atunci ar trebui să se miște cu viteza luminii și în sistemul de referință al lui dar aceasta intră în contradicție cu notiunea de s.r. legat de un punct.

Nu sunt prea sigur ca inteleg ce vrei sa zici aici: ca se deplaseaza fata de el insusi cu viteza luminii?
Cat despre prima intrebare, pasagerii vor percepe simultan punctele A si B, deci vor fi in acelasi timp si in A si in B.

[Adi]

Hmm, zici ca fotonul se misca in sistemul lui de referinta cu viteza luminii? Si mai zici ca fotonul nu exista in sistemul lui de referinta? Tare ciudat. O sa intreb pe aici la facultate, caci sunt intrebare si idee interesante.

[mercur]

Hmm, zici ca fotonul se misca in sistemul lui de referinta cu viteza luminii?....

Nu cred ca s-a exprimat bine. Cum poti raporta miscarea fata de tine insuti?

[Adi]

Hmm, zici ca fotonul se misca in sistemul lui de referinta cu viteza luminii?....

Nu cred ca s-a exprimat bine. Cum poti raporta miscarea fata de tine insuti?

Asta e simplu. Eu fata de mine insumi sunt in repaus. Miscarea este de repaus, deci. Sistemul de referinta fata de sine insusi chiar exista si se numeste "rest frame". Masa corpului in acest sistem de referinta se numeste "masa invarianta".

Eu unul asa stiu, ca "masa invarianta" a fotonului este zero, deci ca exista sistemul de referinta propriu si mai stiu ca fotonul este o particula elementara ca si toate celelalte, fara nici o diferenta. La fel si gluonii, care au tot masa zero. Ca nu trebuie tratata deloc diferit. Orice are alta particula are si fotonul, doar cu numere cuantice schimbate. Eu asa stiu. Dar mai intreb pe aici.

[mercur]

Asta e simplu. Eu fata de mine insumi sunt in repaus.

Da, dar de la tavy eu am inteles ca vrea sa spuna ca se deplaseaza fata de el insusi cu viteza c!

[tavy]

Nu sunt prea sigur ca inteleg ce vrei sa zici aici: ca se deplaseaza fata de el insusi cu viteza luminii?

Din postulatele teoriei relativității reiese că dacă ceva se mișcă cu viteza luminii într-un sistem de referință inerțial atunci acel ceva se va mișca cu viteza luminii în orice sistem de referință inertial, deci și în propriul sistem de referință, ceea ce este absurd. De aici deduc eu că noțiunea de viteză nu are sens în sistemul de referință al cevaului care se mișcă cu viteza luminii și implicit nici noțiunea de timp nu mai are sens.

Cat despre prima intrebare, pasagerii vor percepe simultan punctele A si B, deci vor fi in acelasi timp si in A si in B.

Mai mult, din sistemul de referință al pasagerilor distanța dintre și este . Și chiar mai departe, distanța între oricare două puncte de pe direcția mișcării este . Cu alte cuvinte universul a pierdut deja o dimensiune spațială din cele 3.
Dacă presupunem că universul ar avea un timp finit de viată atunci pasagerii navei vor ajunge la finalul universului fără ca în sistemul lor să fi trecut timp. Odată cu ipoteticul final al universului dispare și timpul, timpul a apărut odată nu universul și dacă dispare universul dispare și timpul. Cum în nava noastră nu a trecut deloc timp până ma dispariția timpului atunci nu știu ce sens are să discut că în respectiva navă ar exista dimansiunea timp.
Dacă considerăm că universul va fi veșnic raționamentul de mai sus rămâne doar că considerăm că timpul de viață al universului este infinit, în universul 4 dimensional poate trece oricât timp, și „o infinitate de timp” fără ca pe navă să fi trecut timp absolut deloc.
Pentru că este greu să cuprindem cu mintea noțiuni de genul dispariția universului și a timpului să modelăm altfel, considerăm că nava va avea un timp de viată limitat în universul 4 dimensional (dacă nava este fotonul atunci vorbesc de timpul dintre emisie și absorție) atunci pasagerii navei nu vor înregistra nici o trecere a timpului cât timp nava există la viteza luminii (indiferent cât timp se deplasează nava cu viteza luminii în alt sistem de referință).

Hmm, zici ca fotonul se misca in sistemul lui de referinta cu viteza luminii? Si mai zici ca fotonul nu exista in sistemul lui de referinta? Tare ciudat. O sa intreb pe aici la facultate, caci sunt intrebare si idee interesante.

Nu. Zic că dacă fotonul ar exista în sistemul lui de referință atunci ar trebui să se miște cu viteza luminii. Ori există și se mișcă cu viteza luminii ori nu există. Înclin spre nu există. Mai mult, consider că în sistemul lui de referință nici nu există noțiunea de mișcare pentru că nu există timp, în sistemul lui de referință întreg universul este altfel.

În ce privește întrebatul la facultate ai grijă pe cine întrebi, trebuie să fie cinava cu mintea foarte deschisă pentru că noi am forțat rău fizica vorbind despre sistem de referință care se mișcă cu viteza luminii. Să nu-și facă o impresie greșită despre tine, avertizează-l că este doar un exercițiu de imaginație.

Eu unul asa stiu, ca "masa invarianta" a fotonului este zero, deci ca exista sistemul de referinta propriu si mai stiu ca fotonul este o particula elementara ca si toate celelalte, fara nici o diferenta. La fel si gluonii, care au tot masa zero. Ca nu trebuie tratata deloc diferit. Orice are alta particula are si fotonul, doar cu numere cuantice schimbate. Eu asa stiu. Dar mai intreb pe aici.

Mecanica cuantică nu a fost niciodată punctul meu forte, gluonii respectivi cu ce viteză se mișcă. Din câte stiu eu orice particulă care are „masa de repaus” 0 se mișcă doar cu viteza luminii în orice sistem de referință.
Tot ce am afirmat eu aici este valabil din punctul de vedere ar TRR si puțin din punctul de vedere al TRG, nu mă pot băga pe considerentele cuantice, nu mă pricep, dar în chestiile care le-am vorbit nu prea văd să aibă vre-un cuvânt prea greu de spus cuantica. Deși nu mă pricep la cuantică în ce privește teoria relativității am uimit câțiva profi „bazați” prin faptul că pot înțelege intuitiv fenomene din teoria relativității.