Существуют ли свободные фотоны

[pda]

Собственно вопрос простой и не простой. Преобразования Лоренца говорят нам о том, что безмассовые частицы, в том числе фотон, находятся в очень интересном положении. Все связанные с ними события в их собственной вырожденной системе отсчёта происходят одновременно. Включая рождение и уничтожение.

Но что если фотон так и не поглотиться? Будет вечно лететь сквозь вакуум космоса? Тогда и его собственное время жизни должно бы быть... Ну, так скажем, не нулевым. Ведь событие поглощения так и не наступит. Но ненулевое собственное время жизни фотона не имеет смысла.

Значит ли это, что свободных фотонов (как и других безмассовых частиц) не существует? И они существуют лишь исключительно между излучившим и поглотившим их объектами. Даже, если это реликтовый фотон, который пролетел через половину вселенной, то он всё равно когда-нибудь и где-нибудь будет обязательно кем-нибудь поглощён. И это судьба абсолютно каждого фотона.

[Mikhail_K]

pda в сообщении #1225761 писал(а):

Все связанные с ними события в их собственной вырожденной системе отсчёта происходят одновременно. Включая рождение и уничтожение.

Но что если фотон так и не поглотиться? Будет вечно лететь сквозь вакуум космоса? Тогда и его собственное время жизни должно бы быть... Ну, так скажем, не нулевым. Ведь событие поглощения так и не наступит. Но ненулевое собственное время жизни фотона не имеет смысла.

С фотоном просто не связана никакая система отсчёта, вот и всё. Поэтому вопрос сразу снимается.

Если Вас это не убеждает, подумайте вот о чём. Система отсчёта - понятие, можно сказать, чисто математическое; вопреки распространённому мнению, система отсчёта вовсе не обязана быть связанной с каким-то материальным телом. Их можно связывать вообще с любой воображаемой точкой, движущейся инерциально. Если мы разрешим рассматривать "вырожденные" (как Вы говорите) системы отсчёта, то сможем связать систему отсчёта не только с фотоном (который излучился и затем поглотился), но и с точкой, которая двигалась в точности как фотон, а после его поглощения продолжила двигаться в том же направлении с той же скоростью. И Ваш парадокс про время жизни, то ли нулевое то ли бесконечное, останется.

То есть парадокс здесь возникает вне зависимости от того, поглощается фотон или не поглощается. Даже если фотон поглощается, парадокс остаётся. А решить его просто: попросту запретить рассматривать такие системы отсчёта. Их просто нет.

А если Вас и это не убеждает, вот ещё один довод. Система отсчёта обязательно предполагает наличие часов, отсчитывающих время (хотя бы воображаемых). Но с фотоном нельзя связать никакие часы. Любой объект, который в принципе может двигаться не со скоростью света (в частности, часы любой природы, которые мы могли бы себе представить или сконструировать), никогда не разогнать до скорости света. Поэтому и говорить о системе отсчёта, связанной с фотоном - бессмысленно.

-- 15.06.2017, 17:43 --

pda в сообщении #1225761 писал(а):

Значит ли это, что свободных фотонов (как и других безмассовых частиц) не существует? И они существуют лишь исключительно между излучившим и поглотившим их объектами. Даже, если это реликтовый фотон, который пролетел через половину вселенной, то он всё равно когда-нибудь и где-нибудь будет обязательно кем-нибудь поглощён. И это судьба абсолютно каждого фотона.

Это не так. Но кроме "реальных" фотонов есть "виртуальные", для которых Ваше утверждение справедливо. Виртуальные фотоны - штука гораздо более сложная, чем обычные: они могут двигаться и со сверхсветовой скоростью, но передавать информацию при этом не могут, и из-за этого противоречий с теорией относительности не возникает.
Именно виртуальные фотоны являются переносчиками электромагнитного взаимодействия.

[arseniiv]

Частично о том же, частично о другом (писали ответ параллельно):

pda в сообщении #1225761 писал(а):

Но что если фотон так и не поглотиться? Будет вечно лететь сквозь вакуум космоса? Тогда и его собственное время жизни должно бы быть... Ну, так скажем, не нулевым. Ведь событие поглощения так и не наступит. Но ненулевое собственное время жизни фотона не имеет смысла.

Это не рассуждение, а диванософия. Соответственно,

pda в сообщении #1225761 писал(а):

Значит ли это, что свободных фотонов (как и других безмассовых частиц) не существует?

не значит.

Единственное, что тут можно сделать — это сказать, что чтобы зарегистрировать фотон, надо его поглотить, и потому свободные фотоны мы зарегистрировать не можем. Однако, во-первых, говорить, что их поэтому нет — это накладывать избыточное ограничение и, во-вторых, ситуация-то намного интереснее: фотоны не классические частицы, пространство-время не плоское и т. д.. Возьмём ОТО: классическая безмассовая частица может вполне залететь в чёрную дыру. Поглощаться ей там может вполне быть нечем (пусть чёрная дыра у нас в вакууме и ничего кроме этой частицы в неё никогда не падает).

[pda]

Mikhail_K в сообщении #1225764 писал(а):

С фотоном просто не связана никакая система отсчёта, вот и всё. Поэтому вопрос сразу снимается.

Ну, вопрос был про свободный фотон, а не про систему отсчёта. Она была лишь для примера.

Mikhail_K в сообщении #1225764 писал(а):

И Ваш парадокс про время жизни, то ли нулевое то ли бесконечное, останется.

Да, но фотон-то мы считаем реальным. А кого волнуют парадоксы воображаемых объектов? Мы же не считаем опровергнутой теорию относительности из-за того, что существуют воображаемые сверхсветовые ножницы?

Mikhail_K в сообщении #1225764 писал(а):

А решить его просто: попросту запретить рассматривать такие системы отсчёта.

Но фотоны-то запрещать не будем?

Mikhail_K в сообщении #1225764 писал(а):

Но с фотоном нельзя связать никакие часы.

Вот это я и имел ввиду. Тогда давайте упрощу. Допустим, у нас есть пустая бесконечная вселенная. Возможно замкнутая. Или просто открытая бесконечная. Поместим в неё один фотон. Он будет вечно в ней лететь.

Я просто хотел понять, являются ли утверждения о вечном полёте свободного фотона с одной стороны и его нулевым собственным временем взаимоисключающими. Или нет.

[arseniiv]

pda в сообщении #1225770 писал(а):

Но фотоны-то запрещать не будем?

Ну, сами же кашу организовали. Нет, зачем их запрещать. Хотя вы даже не про фотоны говорите, а про безмассовые классические частицы.

pda в сообщении #1225770 писал(а):

Тогда давайте упрощу. Допустим, у нас есть пустая бесконечная вселенная. Возможно замкнутая. Или просто открытая бесконечная. Поместим в неё один фотон. Он будет вечно в ней лететь.

Я просто хотел понять, являются ли утверждения о вечном полёте свободного фотона с одной стороны и его нулевым собственным временем взаимоисключающими. Или нет.

Интеграл от нуля по прямой всё равно ноль. Тут никакой неопределённости $0\cdot\infty$ не возникает, если вы об этом.

[rockclimber]

pda в сообщении #1225761 писал(а):

Но ненулевое собственное время жизни фотона не имеет смысла.

Насколько я понимаю (возможно, неправильно), время жизни фотона не имеет смысла и когда оно нулевое, и когда оно ненулевое. Потому что

Mikhail_K в сообщении #1225764 писал(а):

с фотоном нельзя связать никакие часы.

Поэтому,

pda в сообщении #1225761 писал(а):

Но что если фотон так и не поглотиться? Будет вечно лететь сквозь вакуум космоса?

Будет вечно летать и всё.

[wrest]

arseniiv в сообщении #1225768 писал(а):

Единственное, что тут можно сделать — это сказать, что чтобы зарегистрировать фотон, надо его поглотить,

Маленький вопросик, если позволите: в контексте обсуждаемой темы, поглощение и отражение от зеркала это одно и тоже?

(Оффтоп)

Если нет, и если фотон отражается от свободного зеркала (свободного в том смысле, что зеркало не закреплено и фотон может передать зеркалу часть импульса при отражении и можно было бы изменение импульса зеркала как-то зарегистрировать), то вроде как для регистрации и поглощать не надо?

[Mikhail_K]

pda в сообщении #1225770 писал(а):

Я просто хотел понять, являются ли утверждения о вечном полёте свободного фотона с одной стороны и его нулевым собственным временем взаимоисключающими. Или нет.

У фотона нет собственного времени, потому что к нему не прикрепить никакие часы.
Можно, конечно, взять и сказать: собственное время фотона считаем всегда равным нулю. Почему нет, даже может быть вполне разумно так говорить - помня, что это просто условность.
Тогда нет, не являются взаимоисключающими.

-- 15.06.2017, 18:17 --

wrest в сообщении #1225777 писал(а):

Маленький вопросик, если позволите: в контексте обсуждаемой темы, поглощение и отражение от зеркала это одно и тоже?

Насколько я знаю, фотон пока существует, летит в одном направлении со скоростью $c$.
Так что отражение от зеркала - означает просто поглощение зеркалом и затем излучение им фотона в обратном направлении.

[wrest]

pda
Раз тут уже упомянули черные дыры, то в общем-то, вокруг них могут существовать круговые орбиты (хотя и неустойчивые) фотонов. Вот по этим (неустойчивым) орбитам фотоны могут летать вокруг ЧД неограниченно долго по нашим часам, пока из-за неустойчивости орбиты не свалятся внутрь или не улетят наружу.

-- 15.06.2017, 18:25 --

Mikhail_K в сообщении #1225778 писал(а):

Так что отражение от зеркала - означает просто поглощение зеркалом и затем излучение им фотона в обратном направлении.

Э... тут все не так просто.

(Оффтоп)

В теме «Скорость отражения» выяснилось что задержка между поглощением и излучением в среднем нулевая (но может быть и отрицательная), и отраженный фотон можно считать как тем же самым что упал, так и другим, вновь созданным.

[Dmitriy40]

wrest в сообщении #1225777 писал(а):

отражение от зеркала

С отражением всё сложно, это точно не всегда будет исходный фотон - у него может поменяться как минимум поляризация (кроме очевидных амплитуды, фазы и направления распространения), более того, она может стать вполне определённой (зеркалом), а не характеристикой исходного фотона.

[pda]

wrest в сообщении #1225779 писал(а):

Вот по этим (неустойчивым) орбитам фотоны могут летать вокруг ЧД неограниченно долго по нашим часам, пока из-за неустойчивости орбиты не свалятся внутрь или не улетят наружу.

Нет, не могут. Вы же сами сказали, что они неустойчивые.

[Dmitriy40]

pda
Свободные фотоны очевидно существуют - потому что мы можем их зарегистрировать поглощением.
Существует ли фотон с точки зрения самого фотона - несущественно. А "догнать его и поинтересоваться" (т.е. связать с ним систему отсчёта с часами и прочим) - принципиально нет возможности.

-- 15.06.2017, 18:39 --

pda в сообщении #1225782 писал(а):

неустойчивые

Но могут быть существующими достаточно долго (сколь угодно долго, но обязательно $<+\infty$).

[pda]

Dmitriy40 в сообщении #1225783 писал(а):

Свободные фотоны очевидно существуют - потому что мы можем их зарегистрировать поглощением.

Ну, я использовал термин "свободный" по некоей аналогии с кварками. Т.е. оставшийся непоглощённым.

Dmitriy40 в сообщении #1225783 писал(а):

Существует ли фотон с точки зрения самого фотона - несущественно.

Ну, это кому как.

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Дискуссионные темы (Ф)» в форум «Помогите решить / разобраться (Ф)»
Причина переноса: нет поводов для дискуссии.

[rustot]

pda в сообщении #1225761 писал(а):

Но что если фотон так и не поглотиться? Будет вечно лететь сквозь вакуум космоса? Тогда и его собственное время жизни должно бы быть... Ну, так скажем, не нулевым.

Почему? Откуда взялось это "должно"? На любом отрезке интервал у него не бесконечно малый (откуда могла бы возникнуть конечная величина на бесконечно большом отрезке) а строго нулевой