Sé que la velocidad de la luz es extremadamente rápida. Pero, ¿qué hace que la luz (¿fotones?) Viaje tan rápido? ¿Cuál es la fuerza impulsora?

Entra en la naturaleza de lo que es la luz. La gente dice que la luz es una onda electromagnética, pero debes entender lo que eso significa. Si tomé un campo eléctrico, digamos montado en un camión con un pequeño generador para hacerlo mientras viajaba. Ahora, un campo eléctrico en movimiento crea un campo magnético: los motores eléctricos funcionan de esta manera. Por el contrario, se crea un campo magnético en movimiento y un campo eléctrico: los generadores trabajan en este principio. Los motores y generadores se entienden bastante bien, ya que se han estudiado con cierto detalle. Entonces, si volvemos a nuestro camión, si se mueve, la interacción de los campos eléctricos y los campos magnéticos creados significa que a medida que el camión se mueve más y más rápido, no necesitará tanta energía para mantener el campo eléctrico energizado. El conductor podría reducir la potencia que entra y la fuerza del campo sería la misma que cuando estaba estacionado.

Entonces: Gran turno de preguntas: ¿qué tan rápido tendría que ir para suministrar * no * energía al generador de campo? Parece un esquema de movimiento perpetuo, pero la respuesta funciona perfectamente a c, la velocidad de la luz. Porque eso es lo que realmente es la luz * (en ausencia del camión, que está ahí solo para ayudarlo a visualizar un campo eléctrico en movimiento). Solo puede existir a esa velocidad en la que los campos se alimentan perfectamente para que se propaguen ellos mismos.

En cuanto a la “fuerza que los impulsa”, en realidad no existe tal cosa, aunque un dispositivo que emitiera luz en una dirección tendría una fuerza de reacción, eso es solo un caso de conservación del momento: si un electrón cae en el nivel de energía para emitir el fotón, entonces el electrón recibiría un impulso igual y opuesto del fotón. El electrón es mucho más masivo que el fotón, por lo que esto no es mucho y el electrón transferiría rápidamente ese impulso al átomo en su conjunto, que nuevamente es muchos más órdenes de magnitud más grande y, por lo tanto, obtienes el empuje muy suave del fotón emisiones

Es una pena que todavía no haya una respuesta concreta y universalmente aceptada a “¿qué es la luz”? Pero de lo que puedo hablarte es de algunas de las propiedades de la luz.

Viaja a una velocidad con la que lo hace porque no tiene masa. Todavía tiene impulso pero no masa. La cuestión de hacer algo con una masa que se mueve cerca de la velocidad de la luz (c) es que a medida que te acercas al valor de c, necesitarías más y más energía para acelerarlo aún más, de modo que termines necesitando infinitamente más energía para finalmente alcanzar esa velocidad.

Ahora, otro hecho extraño que surge de la teoría de la relatividad de Einstein es que, desde la perspectiva de la luz, es estacionaria. A la velocidad de la luz, el tiempo se detiene y todo el universo es un punto (debido a la contracción de la longitud y la dilatación del tiempo). Entonces, tal vez su pregunta en realidad significa “¿Por qué la luz es estacionaria?”. Comida para el pensamiento.

La luz en realidad se mueve tan rápido como todo lo demás en el universo (más o menos). La característica principal de la luz es que es menos masa, así que para descubrir qué hace que la luz se mueva tan rápido, debes entender lo que significa ser menos masa. Casi todo lo que tiene masa está hecho de protones, neutrones y electrones, pero esto se aplica a la mayoría de los demás componentes fundamentales. Uno de los elementos básicos de las cosas con masa es que pueden quedarse quietas. Mientras que la luz se ve obligada a moverse a 300,000 km / seg, las cosas con masa pueden moverse a la velocidad que deseen, siempre que no exceda la velocidad de la luz. La masa es simplemente la capacidad de moverse a (casi) cualquier velocidad que desee y la medición de la masa es simplemente lo difícil que es moverse entre estas velocidades.

Todos los elementos fundamentales son excitación en sus respectivos campos cuánticos. La mayoría de estos campos están en sus estados más bajos posibles, cero, conocido como estado de vacío. Lo que vemos como partical es lo que sucede cuando estos campos se mueven creando áreas que son positivas. Un campo cuántico es diferente de los demás; El campo de higgs. La emoción en este campo crea el bosón higgs, algo que quizás recuerdes que descubrió el LHC hace un tiempo. Curiosamente, aunque este campo cuántico no descansa en su estado de vacío. Esto significa que incluso cuando no hay bosones higgs durante cientos de años luz, el campo todavía está en un estado positivo. ¡Esto significa que hay una cantidad de “Higgs-ness” en todas partes o es como si hubiera bosones de higgs en todas partes!

Curiosamente, la luz no interactúa con los bosones higgs o el campo higgs, lo que significa que no se ve afectada por el “Higgs-ness” subyacente en nuestro universo. Sin embargo, todo lo demás se efectúa y, por lo tanto, cuando intentas moverte, interactúas con el campo, lo que hace que te detengas y no te muevas tan rápido. Esto se puede ver cuando miras la luz a través del agua. Cuando la luz entra al agua, parece disminuir. si la luz siempre se mueve a la misma velocidad; ¿cómo puede ser esto? Bueno, cuando la luz se mueve, se topa con átomos en el camino, por lo que tiene que moverse alrededor de estos átomos. Entonces, la luz en realidad no se mueve más lentamente, solo está tomando un camino menos eficiente. Cuando intentas moverte por el campo higgs, rebotas muy rápido debido a que interactúas con él. Te mueves de un lado a otro tan rápido que ni siquiera puedes saberlo. Parece que estás parado pero realmente estás rebotando en el campo higgs tan rápido que parece que no te estás moviendo.

En conclusión, todas las cosas se mueven a la velocidad de la luz, la única razón por la que no podemos es porque estamos interactuando con el campo higgs.

La luz (fotones) tiene la velocidad más rápida como la conocemos en el Universo. La luz viaja a 300,000 km / seg. Debe haber una razón para esto, ya que la luz (fotones) no existía después del Big Bang. Entonces, no podemos decir que este Universo nazca con la velocidad de la luz como el máximo. Primero tenemos que mirar la fuente de luz (fotones). ¿Dónde se producen los fotones y cómo? Los fotones se producen en los átomos. Cuando un electrón se excita después de obtener energía adicional que su energía base según su nivel desde el núcleo, salta al nivel superior, pero luego se produce una chispa entre el electrón y el núcleo positivo, pierde energía adicional como un fotón y regresa a Su nivel original. Esta energía sale de un átomo y se conoce como fotón (luz) o cuantos de energía. Esto sucede billones y billones de tiempo por segundo a medida que los electrones oscilan entre niveles. Trillones de fotones se producen por segundo. La luz es un tren muy rápido de billones y billones de fotones, no solo un fotón. El electrón tiene masa según lo aceptado por muchos científicos. Un fotón tiene menos masa, pero cuando billones de ellos viajan uno tras otro, pueden adquirir algo de masa combinada, como la de un electrón al menos. Ahora tienen impulso. Cuando viajan uno tras otro, cada uno empuja hacia adelante al delantero. Imagine billones y billones de ellos por segundo viajando uno tras otro empujando. Es por eso que los fotones viajan a esta velocidad 300,000 km / seg. No encuentran resistencia en el espacio que pueda afectar su velocidad. Si este tren de fotones encuentra otras partículas, perderán su velocidad como sucede en el vientre del Sol. Necesitan mucho tiempo para salir del Sol desde muy adentro http: //inside.Así que la fuerza impulsora (energía) estaba solo dentro de ese átomo de donde provienen los fotones. ¿Podemos producir fotones que puedan viajar a la velocidad de la luz sin gastar energía infinita? ¡Incluso las tribus más primitivas pudieron producir fotones que viajaban a la velocidad de la luz usando la energía mínima!

No existe una “fuerza impulsora” como tal. La velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas en el vacío es simplemente c, y dado que la luz es una onda electromagnética, la velocidad de la luz en el vacío también es c. Si se pregunta por qué las ondas electromagnéticas se propagan de esa manera, no conozco una respuesta científicamente satisfactoria, pero si hay una, se encuentra en la mecánica cuántica.

EDITAR: Soy consciente de la relatividad especial y he llevado a cabo la derivación de la velocidad de la luz a partir de las ecuaciones de Maxwell. Simplemente no creo que usar la relatividad, que se basa en la constancia de la velocidad de la luz, para explicar la constancia de la velocidad de la luz sea satisfactorio.

Para comprender mejor esta pregunta, recuerde la 1ª Ley del movimiento en física clásica:

Un cuerpo continúa en reposo o en movimiento uniforme en línea recta, a menos que una fuerza externa actúe sobre él

Ahora aquí los fotones no aceleran de 0 a c donde c es la velocidad de la luz. “Siempre” se mueve a la velocidad c. Por lo tanto, no hay fuerza impulsora detrás de los fotones.

Sin embargo, los fotones no siempre viajan en c y, a veces, viaja lentamente, por ejemplo, en un medio más denso. El efecto de los fotones lentos es que el rayo de luz se curva desde su trayectoria en línea recta y se conoce como refracción.

Se pueden entender más detalles sobre cómo se comportan los fotones en diferentes medios y los efectos de la interacción entre fotones y fermiones (partículas de materia) estudiando la Electrodinámica Cuántica.

Ya tienes muy buenas respuestas. Permítanme agregar: saber que se necesita una fuerza para cambiar la velocidad de algo que podría ser la pregunta, ¿cómo se acelera de 0 a c? Sabemos que los fotones emiten, si los electrones cambian su nivel de energía. La energía liberada por esa caída del nivel de energía va al fotón.

No creo que ningún instrumento de medición tenga la resolución de tiempo necesaria para analizar este proceso con más detalle, por lo que solo podemos observar que la velocidad de la luz emitida es como es. También podemos observar la velocidad del cambio de luz en la transición al vidrio u otros materiales transparentes, y estos materiales tienen otra permitividad, de modo que la observación alimenta la tesis.

Otra buena pregunta es, ¿por qué los fotones energéticos más altos no viajan más rápido? En cambio, tienen una frecuencia más alta de ondas electromagnéticas, un “color” diferente en el espectro de luz visual, pero el término color debe usarse con precaución, ya que hay luz infrarroja y ultravioleta que no vemos como color.

Existen hipótesis de velocidad variable de la luz, aparte de la noción de fotones virtuales en los diagramas de Feynman que describen las interacciones de partículas elementales que tienen velocidades arbitrarias bajas, estas hipótesis son solo eso, hipótesis que contradecirían modelos de cosmología bien conocidos y buenos. modelo estandar.

Es fácil ver por qué los fotones no se ralentizan por fricción, no solo en el vacío sino también en el gas (aire) e incluso en el vidrio. Cualquier asunto es un espacio bastante vasto de nada interrumpido por unas pocas partículas elementales y en caso de que un fotón golpee algo, puede ser absorbido, puede continuar. Esa es una consecuencia de la cuantificación de las transiciones de energía, el fotón no pierde energía parcial.

Una cosa interesante que debe saber acerca de por qué la luz se refracta en el vidrio o el agua es que no es un efecto secundario de la absorción en cascada y la emisión de la materia involucrada, lo que llevaría a una refracción difusa y la propagación de un rayo láser a un cono de luz, El otro problema que tiene esta teoría es que las absorciones serían muy selectivas en ciertas frecuencias. La luz que sale del vidrio o el agua también vuelve a la velocidad inicial.

La respuesta general es que no sabemos qué sucede en detalle aquí, solo podemos observar el resultado de las interacciones, no las interacciones en sí mismas, pero saber que la luz no se ralentiza por nada y saber que tiene una velocidad constante, midiendo Esta velocidad es muy exacta y predecir qué sucede con los rayos láser y cómo, por ejemplo, se pueden utilizar para transportar información a través de cables de fibra óptica es una aplicación práctica de esto.

La tasa de transferencia de energía (por unidad de volumen) desde una región del espacio es igual a la tasa de trabajo realizado en una distribución de carga más el flujo de energía que sale de esa región. ( Teorema de Poynting )

Este teorema se refleja en las ecuaciones de Maxwell. Como la luz está en el espectro de ondas electromagnéticas que incluye ondas de radio y energía eléctrica que se mueve a lo largo de las líneas de transmisión, los fotones también siguen las ecuaciones de Maxwell.

Sin intentar simplificar las matemáticas de gran impacto involucradas, las ondas electromagnéticas se mueven intercambiando su energía entre el campo eléctrico y el campo magnético. La velocidad de estas transiciones en el espacio y el tiempo está establecida por dos constantes de la naturaleza: la permitividad al vacío y la permitividad al vacío. Estas dos constantes de la naturaleza determinan la velocidad de la luz.

Pregunta de Quora: ¿Por qué la luz viaja tan rápido? es una respuesta anterior a parte de su pregunta.

¿Pregunta por qué las ondas de agua viajan a cierta velocidad y qué las impulsa? ¿Pregunta por qué las ondas de sonido viajan a cierta velocidad y qué las impulsa? La respuesta, por supuesto, está en las propiedades del agua y el aire que producen estas ondas. Es lo mismo para los cuantos de luz (fotones), o de hecho para cualquiera de los seis (o más) campos cuánticos. La velocidad de propagación está dictada por las propiedades del espacio. Y sí, en la teoría cuántica de campos, el espacio tiene propiedades.

No hay nada que los frene, por lo que no es necesaria una “fuerza de propulsión”.

Lanza una piedra a un estanque quieto. El impacto de la roca hace que las ondas se alejen de ella, pero una vez que se ponen en marcha, solo se propagan por sí mismas, una propiedad del agua que se expresa como ondas.

De manera similar para las ondas EM, excepto que no hay “cosas” para “mover”, excepto los campos eléctricos y magnéticos que forman la onda. Así que siempre pasan por ti a la misma velocidad, independientemente de tu propio movimiento, lo cual es bastante contradictorio, lo sé, pero cierto de todos modos.

Nada lo impulsa.

Lo que sucede es que todo se mueve en el espacio-tiempo a la velocidad de la luz, pero la mayor parte de esto se gasta envejeciendo (es decir, contra ct, en lugar de l). Los fotones y otras partículas sin masa no tienen nada para retenerlos, por lo que no pasan tiempo en ‘ct’, sino que se deslizan completamente contra la longitud.

Un fotón que vemos hoy es tan nuevo como se hizo por primera vez, y en toda la distancia que viaja, no hay envejecimiento.