Теперь Кью работает в режиме чтения

Мы сохранили весь контент, но добавить что-то новое уже нельзя

Где локализуется масса системы из двух фотонов?

ФизикаНаука+2
Николай Корнеев
  ·   · 8,1 K
Лучший
По образованию физик, работаю программистом  · 11 нояб 2022
В теории относительности каждой частице приписывается 4-мерный вектор энергии-импульса. Его временнАя компонента — это энергия, а пространственная — это импульс. Длина этого вектора называется "масса".
В 3-мерном пространстве длина вектора равна нулю только в том случае, если его компоненты равны нулю. В 4-мерном пространстве это не так, так как у этого пространства другая "сигнатура". 
Длина вычисляется по компонентам при помощи теоремы Пифагора (называемой в теории относительности "метрикой"), поскольку компоненты вектора — это катеты, а его длина — это гипотенуза. В обычном пространстве квадраты катетов входят в теорему Пифагора со знаком "плюс", а в 4-мерном пространстве — с разными знаками. Это и есть "сигнатура".
В 4-мерном пространстве существуют векторы, которые имеют нулевую длину, но ненулевые компоненты. К частицам, обладающим такими векторами, относится фотон. У него ненулевая энергия и ненулевой импульс, но при этом нулевая масса (равна нулю длина 4-вектора энергии-импульса). Благодаря сигнатуре, квадрат импульса вычитается из квадрата энергии и получается ноль, поскольку для фотона импульс равен энергии (в соответствующих единицах измерения).
В случае, если фотонов много, либо, если фотон один, но движется хаотично (например, внутри коробки с идеально зеркальными стенками), то мы можем просуммировать отдельно энергетические и импульсные компоненты их энергий. Поскольку энергия направления не имеет (всегда направлена из прошлого в будущее вдоль оси времени), а импульс имеет направление, то суммирование энергий даст положительный результат, а суммирование импульсов даст ноль, потому что они будут равновероятно направлены в разные стороны.
В итоге системе можно будет приписать массу, равную энергиям всех её фотонов.
Локализована эта масса будет точно так же, как масса любой другой системы частиц — где-то в гуще облака этих частиц.
Если фотона два, то массу можно приписать средней точке между ними.
Очевидно, два фотона нельзя рассматривать как связанное тело — фотоны летят сами по себе, не взаимодействуют и "тело" постоянно расширяется. Тем не менее, средняя точка будет вести себя как тело полученной массы, например, "падать" в поле тяготения (разумеется, до тех пор, пока тело "мало" и его размерами можно пренебречь по сравнению с характерными размерами неоднородностей поля).
Если я вас правильно понял,то масса системы двух противоположно движущихся одинаковых фотонов локализуется в... Читать дальше
@Николай Корнеев, ну физики не говорят "локализуется"; представьте, что это не фотоны, а электроны; где "локализуется" суммарная масса двух электронов, разлетающихся в противоположные стороны? нигде; но есть воображаемая точка, называемая "центр масс", которая "ведёт себя" как тело суммарной массы; так же и с фотонами
есть воображаемая точка, называемая "центр масс", которая "ведёт себя" как тело суммарной массы;
Здесь интересен вопрос с философской точки зрения: является ли эта точка чем-то материальным или чисто "плод человеческого воображения". Наверное, всё-таки, хотя в этой точке пространства физически ничего нет, но объективным фактом (не зависящим от наблюдателя), являются законы перемещения в пространстве-времени этих фотонов и этой точки (с учётом и гравитационного поля).
@Сергеев Сергей, конечно, эта точка не является чем-то материальным; но тот факт, что законы природы таковы, что такая точка существует, позволяет телам объединяться в системы, которые в целом подчиняются тем же законам; например, когда частицы объединяются в атом, получается новая частица (сам этот атом), которая подчиняется тем же законам; атомы могут слипнуться в более крупные тела, например, в камни или яблоки, которые тоже подчиняются тем же законам; поскольку размеры этих тел сравнимы по размеру с нами, то мы можем эти законы постичь, а потом "размотать клубок" обратно до атомов; при этом законы, постигнутые нами для яблок, окажутся такими же, как и для автомов; правда, как мы теперь знаем, всё-таки не совсем такими же; квантовая механика говорит нам, что законы, управляющие движением микрочастиц, отличаются и лишь в пределе суммируются в привычные нам законы механики
А теперь вспоминаем о принципе неопределённости Гайзенберга и брюки превращаются превращаются превращаются в элегантные шорты.
/В итоге системе можно будет приписать массу, равную энергиям всех её фотонов.
Локализована эта масса будет точно так же, как масса любой другой системы частиц — где-то в гуще облака этих частиц./
Вы нам рассказали о том,где находится центр масс системы фотонов,но вопрос где локализована масса системы фотонов остался без ответа.Локализация массы и центр масс-это абсолютно разные понятия.
Физика, математика, психология  · 14 нояб 2022  · askanswer.ru
Без измерения и обсуждения инвариантной массы не обходится никакой анализ коллайдерных данных. Инвариантная масса - важная характеристика коллектива частиц, которая описывает их разлет относительно друг друга. Пусть у нас... Читать далее
Askanswer Q&A - сайт вопросов и ответов!Перейти на askanswer.ru
У 2 фотонов, если они движутся в разных направлениях существует система координат центра масс. Системы отсчета... Читать дальше
Сусанна Казарян, США, Физик  · 12 нояб 2022
Ответ на вопрос очень короткий — нигде. Этот вопрос многократно обсуждался на Кью, вызывая жаркие споры и что странно, все кто предполагает, что система из двух фотонов имеет ненулевую массу, ссылаются на статью Л.Б. Окуня... Читать далее
1 эксперт не согласен
кроме Окуня вам еще много чего показывали. Это общенаучный консенсус
учитель химии и физики, кандидат химических наук  · 12 нояб 2022
Взаимодействующей системы из двух фотонов не бывает. Бывает только с общим прошлым. Система из двух фотонов бывает только разлетающаяся в разные стороны. К примеру, в случае аннигиляции электрон-позитронной пары с противоположны... Читать далее
1 эксперт согласени1 эксперт не согласен
Взаимодействующей системы из двух фотонов не бывает. Бывает только с общим прошлым. Бывает. Причём, не только в мат... Читать дальше
Физика т/т, производственник, к Нижнему с любовью.  · 11 нояб 2022
А по аналогии с центром имульсов на месте звезды ничего не должно остаться.. И не останется, согласно второго закона термодинамики.. судя по космическому красному смещению, с какого-то момента времени центр масс испущенной... Читать далее
> нигде не локализуется масса системы фотонов в случае свободного пространства.. Но возможно существует точка в... Читать дальше
Программист, интересующийся астрономией и космонав...  · 10 нояб 2022
У фотона нет массы. Фотон — безмассовая нейтральная частица. Спин фотона равен 1 (частица является бозоном), но из-за нулевой массы покоя более подходящей характеристикой является спиральность, проекция спина частицы на... Читать далее
У фотона нет массы,у системы фотонов - есть.http://ritz-btr.narod.ru/okun.pdf .Глава,,Масса системы частиц".