Как фотон ощущает время? Сколько времени проходит от его излучения до поглощения в собственной системе отсчета? Какое расстояние он проходит? Является ли фотон частицей пространства-времени? Или пространство-время имеет смысл только для элементарных частиц с массой покоя? Как это связывает пространство-время с полем Хиггса?
ОТВЕТ
Теория относительности не дает основы для связи времени и фотона таким образом, чтобы ответить на первые два вопроса.
С экспериментальной точки зрения, время (точнее: промежуток времени между двумя событиями) - это физическая величина, измеряемая часами (или часами).
Но поскольку мы не можем построить (или даже спроектировать) часы с нулевой массой, которые бы двигались со скоростью света и относительно которых фотон мог бы покоиться, у нас нет возможности экспериментально определить промежуток времени между испусканием и поглощением фотона в его системе отсчета.
Более того: из этой невозможности можно даже вывести, что не существует системы отсчета, в которой покоится фотон.
С точки зрения математического формализма, используемого в теории относительности, можно сказать, что время - это любая переменная, которая правильно параметризует линию мира массивной частицы. Среди всех таких переменных, параметризующих установленную линию мира, выделяется одна переменная, называемая собственное время частицы - промежуток собственного времени между парой событий, лежащих на линии мира частицы, равен пространственно-временной длине отрезка этой линии, определяемого этими событиями.
Конечно, мировые линии фотонов также могут быть параметризованы различными переменными. Каждую из этих переменных "упрямо" можно назвать "фотонным временем", но из-за разных математических свойств этих переменных (нет возможности связать любую из этих переменных с пространственно-временной длиной линии мира фотона) это название по отношению к ним не используется. Тем не менее, переменные, которые параметризуют линии мира фотонов, так же полезны, как и те, которые параметризуют линии мира массивных частиц.
Время-пространство - это совокупность всех событий ничтожно малой временной и пространственной протяженности, которые мы рассматриваем как мгновенные и точечные (тем самым делая определенную идеализацию); явления ничтожно малой временной или пространственной протяженности мы рассматриваем как совокупность мгновенных и точечных явлений.
И поскольку таково определение пространства-времени, нет причин исключать из него явления с участием фотонов, ограничиваясь явлениями с участием только массивных частиц (кстати, это привело бы к целой куче проблем, например, к нарушению сохранения энергии и импульса в случае явлений, где происходит обмен энергией и импульсом между фотонами и массивными частицами).
Таким образом, фотон является такой же частицей пространства-времени, как электрон или протон, пространство-время "имеет смысл" для всех частиц независимо от их массы, и поэтому кажется, что здесь точно не может быть найдена связь между пространством-временем и полем Хиггса.
Комментарии
Отправить комментарий