О массе фотонов

[Kilogramm_Ezhikov]

Вместо эпиграфа:

При сверхвысоких энергиях на фотон начинают походить другие частицы, если судить о них по скорости их движения: все они будут двигаться приблизительно с одной и той же скоростью близкой к скорости света (а фотоны непосредственно с этой скоростью). Если затем постепенно уменьшать энергию частиц, то частицы начнут «возвращаться» в привычный нам мир нерелятивистских скоростей из мира около светового движения. Это «возвращение» начнется с самых массивных частиц, затем эстафету примут все более и более легкие частицы. Вот «вернулся» протон... А вот мы дошли до энергий нерелятивистского электрона. Теперь всего несколько частиц продолжают световое движение. Среди них и фотон. Если бы у него была масса, то мы могли бы чисто теоретически дойти и до таких энергий, когда бы и он перестал двигаться со скоростями близкими к скоростям света.


И действительно, если масса фотона была бы отлична от нуля, но при этом довольна близка к нему, даже небольшая сообщенная энергия фотону привела бы к его разгону до скоростей близких к скорости света. Причем в зависимости от значений предполагаемой массы фотона и сообщенной ему энергии, такое приближение могло бы быть настолько близко, что оказалось бы меньше погрешности измерения и мы бы такое отличие даже не заметили.

Есть, правда, и серьезные возражения наличию у фотона массы:

«Если бы фотон имел массу, то прежде всего не был бы верен закон Кулона. Это видно из следующего простого рассуждения. Как показал японский физик-теоретик Х. Юкава, если бы переносчики электромагнитного взаимодействия — фотоны — имели конечную массу $m$, то на расстоянии $a = h/mc$ от заряда (так называемая комптоновская длина волны) потенциал электрического поля был бы в $e$ раз меньше, чем дает закон Кулона. Измерение правильности закона Кулона в лабораторных условиях показывает, что $a$ по крайней мере больше $2\cdot10^9$ см.

Намного более точную оценку можно получить на основании того факта, что в галактиках наблюдаются магнитогидродинамические волны в заряженной плазме. Волновые процессы в плазме переносят с собой периодически изменяющееся электромагнитное поле. Существование массы у фотона привело бы к «затуханию» длинноволновых колебаний. В галактиках магнитогидродинамические процессы охватывают огромные расстояния, доходящие до десяти тысяч парсек ($1$ парсек $= 3,26$ светового года). Отсюда следует фантастическая оценка $a>10^{22}$ см, достаточная для того, чтобы не сомневаться в правильности гипотезы о равенстве нулю массы фотона. Ведь если массу фотона выражать в электрон-вольтах, то она получится меньше $10^{-27}$ эВ.»
Ю. М. Ципенюк «Квантовая микро- и макрофизика»

Если же проигнорировать данные замечания, то тогда следует предположить что фотон имея некоторую ничтожно малую массу $m$ все же способен двигаться с меньшими скоростями, чем скорость света и даже может покоиться в случае, если импульс фотона равен нулю ($\lambda=h/p$, $p = 0$, значит $\lambda$ огромна и лежит в области сверхдлинных радиоволн). Но, предположим, даже гравитационное поле Земли способно сообщить фотону энергию достаточную для его разгона до околосветовых скоростей за короткий промежуток времени. Тогда такой сверхдлинноволновой фотон обязан устремиться вертикально вниз и «упасть на землю».

На Земле сверхдлинноволновое излучение продуцируют сильные грозы. И именно во время таких гроз наблюдаются «спрайты» — вертикальные столбы света.

http://ru.wikipedia.org/wiki/Спрайт_(молния)

Механизм возникновения этих столбов может быть таков. В небольшой области пространства продуцирует большое количество сверхдлинноволновых фотонов. Согласно сделанными нами предположениями, такие фотоны должны устремиться вниз. В результате многофотонного поглощения молекулами азота, они переходят в возбужденное состояние и затем излучая один фотон в видимом диапазоне возвращаются в стабильное состояние. В результате имеем светящийся столб воздуха на короткий момент времени.

[Osmiy]

Это же Нобелевка по биологии - глаз видит гигаметровые фотоны!

[Kilogramm_Ezhikov]

Osmiy в сообщении #1076463 писал(а):

Это же Нобелевка по биологии - глаз видит гигаметровые фотоны!

Osmiy,

Kilogramm_Ezhikov в сообщении #1076462 писал(а):

В результате многофотонного поглощения молекулами азота, они переходят в возбужденное состояние и затем излучая один фотон в видимом диапазоне возвращаются в стабильное состояние.

Конечно, чем больше фотонов участвует в процессе поглощения атомом до момента излучения, тем маловероятнее такой процесс. Даже для двухфотонного поглощения вероятность такого поглощения весьма низка.

http://ru.wikipedia.org/wiki/Двухфотонное_поглощение

А исходя из наших начальных предположений, нам требуются поглощения гораздо более высокого порядка, чем простое двухфотонное поглощение.

Единственное, что немного оправдывает такой подход, так это то что возможно грозовой фронт может продуцировать поистине огромное количество длинноволновых фотонов в связи с небольшими энергозатратами на их «создание».

[profrotter]

Тема перемещена из форума «Физика» в форум «Карантин»
Причина переноса:
Не сформулирован предмет обсуждения.

(Подробно)

Forum Administration в сообщении #27358 писал(а):

Начальные сообщения любой темы должны четко и внятно формулировать предмет или вопрос, который предполагается обсудить. В противном случае тема будет закрыта или перемещена в карантин до уточнения предмета.

Оформите тему в соответствии с правилами форума и сообщите об этом в теме Сообщение в карантине исправлено. Настоятельно рекомендуется ознакомиться с темами Что такое карантин и что нужно делать, чтобы там оказаться и Правила научного форума