¿Cómo pueden ejercer fuerza los fotones si no tienen masa?

La segunda ley de Newton no es en realidad [matemáticas] F = ma [/ matemáticas]. En realidad es [matemática] F = \ frac {\ mathrm {d} p} {\ mathrm {d} t} [/ math], donde p es el impulso. Para objetos cotidianos como una pelota de béisbol, el impulso es [matemática] p = mv [/ matemática] donde m se fija con respecto al tiempo. Por lo tanto, a menudo simplificamos la segunda ley de Newton para:

[matemáticas] F = \ frac {\ mathrm {d} p} {\ mathrm {d} t} = \ frac {\ mathrm {d} (mv)} {\ mathrm {d} t} = m \ frac {\ mathrm {d} v} {\ mathrm {d} t} = ma [/ math]

Los fotones no tienen masa, pero sí tienen impulso, dado por:

[matemáticas] p_ \ text {fotón} = \ frac {h \ nu} {c} [/ matemáticas]

Donde h es la constante de Planck, c es la velocidad de la luz y [math] \ nu [/ math] es la frecuencia del fotón.

Ahora, ¿cómo pueden ejercer una fuerza los fotones? Digamos que tienes un haz de fotones golpeando un objeto a una velocidad de R fotones / segundo. Si suponemos que el objeto absorbe perfectamente cada fotón (ninguno se transmite o refleja), entonces la cantidad de impulso que se imparte al objeto por unidad de tiempo es:

[matemáticas] \ frac {\ mathrm {d} p_ \ text {objeto}} {\ mathrm {d} t} = R \ cdot p_ \ text {photon} = R \ cdot \ frac {h \ nu} {c} [/matemáticas]

Recordando la forma real de la segunda ley de Newton, vemos que esto representa una fuerza que se aplica al objeto:

[matemáticas] F_ \ text {objeto} = \ frac {\ mathrm {d} p_ \ text {objeto}} {\ mathrm {d} t} = R \ cdot \ frac {h \ nu} {c} [/ math ]

Misterios masa en reposo cero del fotón

Centrémonos en la energía y el impulso del fotón. Después de 1906, Einstein obtuvo el segundo postulado de la relatividad especial, la constancia de la velocidad de la luz, suponiendo que los cuantos de luz que propuso en 1905 eran partículas sin masa. La energía relativista y el impulso están dados por;

Para la masa del fotón en movimiento, ver: fotones masivos en física de partículas y láser

Estos argumentos y ecuaciones se basan en la suposición de que el fotón no tiene masa, que es solo una interpretación matemática del paquete de ondas similar al fotón. Hay buenas razones teóricas para creer que la masa de fotones debería ser exactamente cero, pero no hay pruebas experimentales de esta creencia. Los físicos no se han detenido bajo la suposición de sin masa. Estos esfuerzos muestran que hay un límite superior en la masa de fotones, aunque la cantidad es muy pequeña, pero no cero. El estrecho límite superior experimental de la masa de fotones restringe los estados finales cinemáticamente permitidos de descomposición de fotones al neutrino más ligero y / o partículas más allá del Modelo Estándar.

Evidencia experimental de masa, forma y carga eléctrica del fotón.

El tema de la masa de luz (incluso desde los primeros días de la presentación de la relatividad) ha sido discutido. “Dado que ahora está claro que entre los textos fundacionales de Relatividad Especial se encuentran las dos obras de Henri Poincaré” Sur la dynamique de l’électron “, es interesante buscar sus diferencias con el trabajo de Einstein. La “Memoria de Palermo” contiene una mina de resultados relativistas ignorados por el texto de Einstein, pero este texto de Einstein también tiene algunas adiciones: tres pequeñas aplicaciones de la transformación de Lorentz (la aberración de las estrellas, el efecto Doppler-Fizeau y la presión de radiación al moverse espejos) y una diferencia principal: el “segundo principio”: la constancia de la velocidad de la luz. Como consecuencia, para Einstein, los fotones deben tener una masa en reposo cero. Para Poincaré, la constancia de la velocidad de la luz es solo una constatación física y su “transformación de Lorentz” es solo una consecuencia directa de su Principio de Relatividad sin la necesidad de la constancia de la velocidad de la luz. Por lo tanto, existe la posibilidad de que los fotones tengan una masa en reposo muy pequeña, pero no nula ”.

En las últimas décadas, se discute la estructura del fotón y los físicos están estudiando la estructura del fotón. Alguna evidencia muestra que el fotón consiste en cargas positivas y negativas. Además, un nuevo experimento muestra que la probabilidad de absorción en cada momento depende de la forma del fotón, también los fotones tienen unos 4 metros de largo, lo que es incompatible con el concepto no estructurado.

“La dispersión de la luz por la materia se ha estudiado ampliamente en el pasado. Sin embargo, el proceso más fundamental, la dispersión de un solo fotón por un solo átomo, está en gran parte inexplorado.

Lee mas:

https://www.quora.com/A-moving-photon-has-the-mass-that-is-given-by-mE-c2-if-the-photon-is-massless-where-is-its- mass-coming-from / answer / Hossein-Javadi-1? srid = F7rA

Creo que el gran problema es la afirmación de que los fotones no tienen masa. No tienen masa en el sentido de que no tienen masa en reposo , sin embargo, tienen una masa relativista que se puede medir / calcular. Si tienes una caja llena de luz y pudiste escapar de esa luz, la masa de la caja cambiaría porque la luz dentro de ella tiene un peso (incluso si es muy pequeña).

Ahora, la razón por la que no tiene masa en reposo es simple, un fotón nunca está en reposo . No importa qué marco de referencia inercial se encuentre en un fotón, siempre se moverá a la velocidad de la luz (la base de la teoría de la relatividad especial de Einstein).

Entonces, aunque un fotón no tiene masa en reposo, su masa en movimiento (que siempre es) no es cero.

Como otros han señalado, F = dp / dt, y es fácil demostrar que la luz puede ejercer fuerza. Un ejemplo simple es el sistema de paletas pequeñas en una jarra evacuada, donde las paletas tienen un lado brillante y el otro negro. Las paletas giran debido a la diferencia de fuerza entre la luz que golpea un lado brillante y negro.

Ahora, piense en cómo se generan los fotones. Considere el electrón en un estado excitado alrededor de un átomo. El campo eléctrico del núcleo ejerce fuerza, y cuando el electrón gira en espiral hacia adentro, emite un fotón de frecuencia característico de la diferencia entre los dos estados de energía cuantizados. El fotón se lleva el exceso de energía, pero piense: el electrón se ha acelerado bajo una fuerza. Si el fotón no llevara impulso, entonces se violaría la ley de conservación del momento. La teoría electromagnética de Maxwell, por lo tanto, exige que la luz lleve impulso. La teoría lo requiere, las observaciones lo demuestran. ¡Todo está bien!

Editar: Como señaló Joe Meissel, el radiómetro Crookes no funciona con presión ligera, lo malo. Debo confesar que escuché esa explicación una vez y nunca más pensé en ello, y me vino a la mente después de todo lo que se habló sobre las velas ligeras en el espacio. El radiómetro de Nichols funciona con presión ligera, pero no es suficiente para girar el huso. El segundo párrafo se mantiene: la teoría electromagnética de Maxwell requiere que la luz lleve impulso, pero solo puede ejercer una fuerza muy débil, lo que hace que la luz navegue en una forma de propulsión más débil de lo que sospechaba.

Me pidieron que respondiera a esta pregunta, ¿y adivina qué? Es la misma respuesta que he dado a otras preguntas sobre partículas. La respuesta se encuentra en la teoría cuántica de campos, que describe un mundo hecho de campos, en oposición a la mecánica cuántica, que describe un mundo hecho de partículas (de ahí la palabra “mecánica”). QFT es la teoría más exitosa jamás desarrollada, y también la más olvidada y olvidada. En QFT, lo que llamamos “partículas” son piezas de campo indivisibles llamadas cuantos, y estos cuantos evolucionan en el tiempo (se propagan) de acuerdo con ecuaciones de campo relativamente simples. Algunas de estas ecuaciones tienen un término de masa que ralentiza la propagación del campo. Citando de mi libro:

“En física clásica, la masa es una medida de la inercia de un cuerpo (véase el capítulo 2). En QFT, el término de masa en las ecuaciones de campo, si existe, afecta la velocidad a la cual los cuantos evolucionan y se propagan. Así, la masa juega el mismo papel de inercia en QFT que tiene en la física clásica. Pero esto no es todo lo que hace la masa. Este mismo término también hace que los campos oscilen, y cuanto mayor es la masa, mayor es la frecuencia de oscilación. (Puede parecer extraño que el mismo término que ralentiza la evolución espacial de un campo también hace que oscile, pero en realidad es matemático sencillo mostrar que la frecuencia de oscilación viene dada por f = mc 2 / h , donde h es la constante de Planck. ”

De hecho, esta simple propiedad fácilmente derivable de la masa conduce a una derivación igualmente simple del famoso e = mc2 de Einstein y, lo que es más importante, le da sentido, y nunca lo he visto en ningún otro libro de física. Solo por esa razón, creo que mi libro (ver Comprender la física a través de la teoría cuántica de campos) debería requerir lectura. Vamos, Quorans, DESPERTEN Y HUELEN LOS CAMPOS.

Los fotones tienen un poco de empuje, pero muy poco. Empujar un metro cuadrado de la luz solar es aproximadamente uno de los estornudos de un mosquito. Oh, para ser más precisos, alrededor de dos millonésimas de libra. Si el metro cuadrado de superficie pesa una libra, acelera a dos millonésimas de G. Incluso si pudiera hacer que pesara una milésima de libra, la aceleración sigue siendo solo una milésima de G.

O déle la vuelta, si desea que su cápsula espacial de 1000 libras acelere a 1G, necesitaría 500 millones de metros cuadrados de velas y soportes solares sin peso. Eso es 500 kilómetros cuadrados de vela.

La luz puede comportarse como onda y partícula.

Cuando la luz se comporta como onda:

Longitud de onda: J

Energía = hc / J

Ahora fuerza aplicada por unidad de tiempo = F

Distancia movida = d

E = F * d

hc / J = F * d

F = hc / Jd (d puede ser un valor muy muy pequeño, ya que la luz actúa una onda d tiende a cero, lo que significa que la fuerza tiende al infinito, ¿cuál podría ser su significado físico?)

Físicamente, esto significa que una ola requerirá una cantidad infinita de fuerza para mover una partícula.

Cuando la luz se comporta como partícula:
longitud de onda: L

momento = h / L [ecuación de De-broglie] [h = constante de planck]

ahora supongamos que golpea una superficie:

emisividad de superficie: e

absorción superficial: a

por lo tanto, impulso después de la colisión con la pared =

eh / L-ah / L

Por lo tanto, el cambio en el impulso:

h / L (1-e + a)

De ahí la fuerza ejercida por unidad de tiempo:

h / L (1-e + a)

¡Corrígeme si estoy equivocado!

Todo lo que tocamos sentir en el universo proviene de partículas de masa, según MC Physics. No hay razón para tener excepciones para uno versus el otro y tratarlo de manera completamente diferente. No hay razón para torcer los conceptos en nuestra mente para hacer eso. Eso no tiene sentido en función de lo que vemos en el universo.

Por lo tanto, según MC Physics, los fotones son partículas de masa como todo lo demás en el universo. Siguen el modelo físico dado en Mono-Charge Home para adaptarse a las características conocidas medidas de fotones y luz. Con masa y velocidad, tienen impulso y energía cinética. La Navaja de Occam debe aplicarse estrictamente.

Las entidades sin masa solo pueden ejercer fuerza sobre otras masas en matemáticas.

no tienen masa pero todavía tienen energía … solo cuando están estacionarios, lo cual nunca es, no tienen masa. Pero sugiere que todos los objetos sin masa se mueven a la velocidad de la luz. Aún así, la física llama a un gravitón (un objeto sin masa) una fuerza, pero ¿por qué la física no llama a la luz una fuerza? ¿Quizás porque es el conector entre otras fuerzas como la fuerza electrónica? Pero piensa en eso. La velocidad del fotón afecta los tiempos. Conecta tiempos pasados ​​con nosotros. Ves una estrella en el cielo a través de un fotón, y han pasado años en tu pasado, pero la luz del fotón hace que aparezca en tu ahora. La luz conecta los tiempos pasados ​​con el ahora. ¿No es eso una fuerza? Estoy realmente confundido con lo que los físicos llaman fuerza y ​​lo que no llaman fuerza. Tal vez alguien pueda ayudarme.

Se llama presión de radiación.

Presión de radiación

En parte respondí una pregunta relacionada aquí

La respuesta de Milind Bodas a ¿Es válido considerar la fuerza debida a la presión de radiación del sol en la tierra al calcular la fuerza centrípeta neta y, por lo tanto, la velocidad de la tierra?

La ley de Newton es una aproximación y no se aplica a un fotón. Realmente no se puede ejercer una fuerza sobre un fotón, o hablar de su aceleración de todos modos. Una mejor descripción es decir que los fotones tienen impulso aunque no tengan masa. Pueden transferir impulso a otros objetos cuando interactúan con ellos.

Los fotones no ejercen una fuerza lineal; ejercen torque, es decir, transfieren el momento angular a las partículas con las que interactúan, no el momento lineal. Sin embargo, este cambio en el momento angular puede dar como resultado un cambio en el momento lineal si esa partícula interactúa con otra (piense que dos bolas de billar entran en contacto lentamente y disparan a una velocidad mayor debido a que una de ellas inicialmente tiene una alta tasa de girar).

La energía de una masa menos partículas no es cero. La única masa menos partículas que conocemos son los fotones y su energía no es cero. Está dado por E = hv donde v es la frecuencia del fotón.

El problema del que habla proviene de un malentendido del Principio de incertidumbre de Heisenberg. E * t> h / 2 no es una interpretación realmente válida.

Sin embargo, delta E * delta t> h / 2 es, o al menos eso es lo que encontré en una clase de electrónica cuántica. La incertidumbre en la energía de un estado propio (es decir, cuánta propagación permisible de energía hay en un estado, es decir, no en un estado perfectamente unido, sino quizás en un estado de trampa, como en una puerta de nanotransistor de la que se espera que escape el electrón) veces el tiempo que se espera que permanezca en ese estado es mayor o igual que h / 2.

Maravillosamente explicado por algunos de los miembros de Quora.

Tal vez esto ya haya sido escrito y como no tengo suficiente paciencia para leer todas las respuestas, podría agregar algo de sabiduría, espero sinceramente.

La masa y la energía son equivalentes, pero siento que la energía viene antes y parece más fundamental. El momento proviene de la masa y la masa de la energía, sin embargo, algunas constelaciones no poseen masa pero sí algo de impulso, los fotones son los mejores ejemplos de esto. Los fotones pertenecen a un grupo llamado bosones de calibre y todos los bosones de calibre poseen impulso y, por lo tanto, son consecuencia de una fuerza.

El fotón me parece un bosón especial, ya que interactúa consigo mismo, pero también con un Fermion, la contraparte de la materia. Otros bosones también deben comportarse de la misma manera, solo estas interacciones no se investigan adecuadamente. Todas las fuerzas, tal vez estas son más de 4 fuerzas fundamentales conocidas por la humanidad, deben organizarse como una sola fuerza, llámela Unidad.

Momentum no es mv para fotones. Tienen impulso y energía, ambos relacionados con el color (frecuencia). En realidad, no tienes que ser muy cuántico con esto.

El problema es que necesitas una gran cantidad de fotones.

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