Fotonların ataleti var mı?
Fotonlar içeren kütlesiz bir kutunun eylemsizliğe sahip olduğunu söylediğimiz örneği hepimiz biliyoruz, çünkü fotonlar kutunun iç duvarlarına basınç uygular.
Ama sorum, özgürce seyahat eden tek bir fotonunla ilgili. Eylemsizliğe sahip olabilir mi?
Bu özelliğin bir yönü, nesnelerin üzerlerine hiçbir kuvvet etki etmediğinde, sabit bir hızda düz bir çizgide hareket etmeye devam etme eğilimidir.
https://en.wikipedia.org/wiki/Inertia
Eylemsizliğin başka bir tanımı vardır, yani bir nesneyi takip ettiği jeodezikten çıkarmaya çalıştığımızda ona kuvvet uygulamamız gerekir.
Kütlesiz, mükemmel şekilde yansıtma yapan bir kutu içinde hapsedilmiş bir enerji fotonu E bir durgun kütleye sahiptir, çünkü eylemsizliğe sahiptir, yani kutunun içinden yansıyan dalganın hafif basıncına karşı kutuyu hızlandırmak için kuvvet alır: v≪c hızına ulaşmak için gereken dürtü Ev / c2 böylelikle sistemin dinlenme kütlesine ve kesinlikle eylemsizlik kütlesine E / c2 sahip olduğu söylenebilir. E enerji fotonları, gerilim enerjisi tensörü "kaynağında" T00 terimine her zaman etkin yerçekimi kütlesi E / c2 ekler. Dolayısıyla, yerçekimi kütlesi E / c2'ye sahiptirler ve gerçekten de yoğun ışığın yerçekimi yoluyla kendisine etki ettiği EFE'lerin elektrovak çözümleri vardır. Yani eylemsizlik kütlesi = yerçekimi kütlesi
Bu cevap özellikle stres enerjisine sahip bir fotonun stres-enerji tensörüne katkıda bulunduğunu, dolayısıyla yerçekimi kütlesine sahip olduğunu belirtir ve bu gerçek, fotonların kendi yerçekimi etkilerine sahip olması gerçeğiyle birlikte, eylemsizlik kütlesi = cisim için yerçekimi kütlesi anlamına gelir foton.
Yine de, bu sitedeki birçok kişi eylemsizliği yalnızca büyük nesnelerle tanımlıyor.
Şimdi, tıpkı bir jeodezikte büyük bir nesneyi yolundan kaldırırken olduğu gibi, onu jeodezikten uzağa "itmek" için kuvvet kullanmamız gerekiyor, aynısını ayna kullanarak bir fotonla da yapabiliriz.
Şimdi bir jeodezik üzerinde hareket eden bir fotonumuz varsa ve onu jeodezikten çıkarmak için bir ayna kullanırsak, fotonu orijinal jeodezikten çıkarmak için kuvvet (ayna tarafından oluşturulan) kullanırız ve foton aynaya baskı uygular. (ters kuvvet).
Şimdi, fotonun aynadaki basıncı (momentum aktarımı) çok küçük olabilir, ancak frekansına bağlıdır, çünkü fotonlar için enerji, frekans ve momentum orantılıdır. Bu, enerjileri ile orantılı eylemsizliğe sahip fotonlar olarak yorumlanabilir, tıpkı büyük nesnelerde olduğu gibi, atalet kütleleri ile orantılıdır (yine stres-enerjisine iner).
Sonuçta, stres-enerji içeriği ataleti belirler ve bu hem büyük hem de kütlesiz parçacıklar için geçerlidir.
Soru:
- Fotonların ataleti var mı?
Yanıtlar
evet yaparlar ve sizin çizdiğiniz nedenlerden dolayı. Prensip olarak, bir yıldızın yanına yerleştirildiğinde, foton reaksiyon kuvveti aracılığıyla bir uzay aracını itmek için kullanılabilecek bir ayna "yelken" inşa etmek mümkün olacaktır . Bununla birlikte, tepki kuvveti çok küçüktür ve faydalı ivmeler oluşturmak için kilometrelerce uzunlukta bir yelken gerekir.
Isaac Asimov 1950'lerde "güneşte yelken" hakkında bir bilim kurgu kısa öyküsü yazmış olabilir, bunun doğru olup olmadığını görmek için kütüphaneme bakmam gerekecek.
Her nasılsa, eylemsizlikle ilgili sorular bir foton kütlesi ile ilgili bunlarla ilgilidir. Bir foton kütlesi hakkındaki tartışma sonsuza kadar yürütülebilir. Genel olarak:
- bir fotonun durağan kütlesi olmadığı açıktır . Çünkü dinlenemez. Ancak emisyonundan sonra absorbe edilinceye kadar var olabilir. Arada ışık hızında hareket eder.
- fotonların emisyonu (enerji), yayıcının kütlesini azaltır Einstein'dan beri, kütle ve enerji doğrudan ilişkilidir. Foton enerjisinin kütle olarak tanımlanması, ancak hesaplamalar farklıysa VE ölçülebilir bir etkiye eşlik ediyorsa anlamlıdır. Durum böyle görünmüyor ve görünüşe göre gelecekte durum böyle olmayacak.
Eylemsizlik, nesnelerin üzerlerine hiçbir kuvvet etki etmediğinde, sabit bir hızda düz bir çizgide hareket etmeye devam etme eğilimidir. Genel olarak:
- Her zamanki çevreleyen iki foton etkileşime girmediğinden, birbirlerine hiçbir kuvvet uygulanmaz. Bu nedenle eylemsizlik tezahür etmez.
- yüksek enerjili fotonlar, kendilerini iki veya daha fazla atom altı parçacığa dönüştürebilirler. Bu süreçlere inert demezdim çünkü bu fotonlar yok oluyor.
Ancak bir fotonun saptırıldığı başka bir süreç daha var. Bir foton bir kenarın yakınında uçarsa, saptırılır. Bu şaşırtıcı değil; hem fotonlar hem de kenarın yüzey elektronları manyetik ve elektrik alanlarına sahiptir ve bu etkileşimler fotonların sapması için iyi bir nedendir. Sapma olgusundan, fotonların ataleti olduğu sonucuna varılabilir.
Bu bağlantıda:
Atalet momenti, doğrusal hareket için kütlenin dönme analoğu olan dönme ataletine verilen addır. Dönme hareketinin dinamikleri için ilişkilerde ortaya çıkar. Eylemsizlik momenti, seçilen bir dönme eksenine göre belirtilmelidir. Bir nokta kütlesi için, eylemsizlik momenti sadece kütle çarpı dönüş eksenine dik mesafenin karesidir,$I = mr^2$.
Yukarıdaki tanıma göre, büyük temel parçacıklar bir iç içe geçme momentine sahiptir, bir dönme ekseni verir. Kütle sıfır ise$I$ tanım gereği sıfırdır.
Fotonların kütlesi sıfırdır, bu nedenle yukarıdaki tanıma göre tek bir fotonun sıfır atalet momentine sahip olması gerekir.
fotonlar içeren kütlesiz bir kutunun ataleti olduğunu söylediğimiz yerde, çünkü fotonlar kutunun iç duvarlarına basınç uygular.
Foton içeren bir kutu kütlesiz olamaz. Kütle, dört kutu ve foton vektörünün dört vektör toplamının uzunluğudur. Sadece, sıfır kütleli dört vektörün tümü uzayda eşdoğrusal ise, toplam kütle sıfır olacaktır. Yani bir kütle olduğu için yukarıdaki tanıma göre bir eylemsizlik momenti vardır.