Si todos los fotones viajan a la velocidad de la luz, sin importar desde qué marco de referencia, ¿se mueve toda la materia a la velocidad de la luz, desde el punto de vista de un fotón?

No podemos viajar a la velocidad de la luz de acuerdo con la relatividad especial. Sin embargo, podemos investigar, a través de las ecuaciones de la relatividad especial, lo que sucede, en el caso de los fotones sin masa que viajan a la velocidad de la luz.

Consideremos el caso, digamos, donde dos fotones viajan en direcciones opuestas desde el mismo punto (por ejemplo, una aniquilación de electrones-positrones).

Un observador mediría ambos fotones como viajando a la velocidad de la luz [matemáticas] c [/ matemáticas]. De acuerdo con la fórmula de adición de velocidad,
[matemáticas] s = \ frac {v + u} {1 + vu / c ^ 2} [/ matemáticas]
si tomamos [matemática] v = u = c [/ matemática], entonces la velocidad relativa de un fotón al otro fotón es
[matemáticas] s = c [/ matemáticas].

Es decir, según las ecuaciones de la relatividad especial, un fotón que viaja a 300,000 km / s percibe que otro fotón también viaja a 300,000 km / s.

EDITAR: La respuesta anterior que decía que las ecuaciones de la relatividad especial se descomponen a la velocidad de la luz era defectuosa. Hay singularidades que ocurren en las ecuaciones de transformación de Lorentz a la velocidad de la luz, pero al calcular las velocidades, las singularidades desaparecen.

Si los dos fotones viajan en direcciones opuestas, entonces, a cada fotón, la velocidad del otro fotón es c (fórmula de adición de velocidad de Einstein). Sin embargo, si los tiene viajando en la misma dirección, la fórmula de adición de velocidad da 0/0, que es indeterminado. Entonces, en cierto modo, podemos decir que cada fotón no “ve” al otro fotón en este caso.
Una forma de lidiar con esta paradoja es mantener que un fotón no puede servir como marco de referencia. Porque, para ello, todo se mueve a una velocidad c y, por lo tanto, no puede ver ningún tictac del reloj (en otro cuadro de referencia) y ve todos los objetos en otros cuadros contraídos por Lorentz en puntos.

La pregunta no tiene una respuesta definitiva porque trata de extrapolar la teoría de la relatividad más allá de su rango de validez. El hecho es que no tiene sentido adjuntar un marco de referencia a una partícula que se mueve a la velocidad de la luz.

Siempre que la velocidad relativa entre dos observadores sea menor que la velocidad de la luz, puede saltar de un marco de referencia a otro. Si orienta sus ejes de manera inteligente, la transformación es un simple impulso de Lorentz en la dirección del movimiento relativo. Para un impulso de Lorentz, el único parámetro relevante es la velocidad relativa de movimiento V entre los dos observadores. Sea x la dirección del movimiento relativo y deje que los dos observadores elijan el mismo evento que el origen de sus ejes. Luego, en el diagrama de espacio-tiempo que dibujaría el observador uno, el eje x del observador dos es una línea que forma un ángulo arctan (V) (en unidades tales que c = 1) con el eje x del observador uno y por simetría el eje t del observador dos forma un ángulo arctan (V) con el eje t del observador uno (porque todos los eventos en la bisettrix todavía deben tener un intervalo nulo para el observador dos, por invariancia del intervalo). Ahora haga que V tienda a 1. En este límite, los dos ejes del observador dos colapsan entre sí y en el bisettrix (introduciendo también y y z en la historia, los ejes del observador dos colapsan en el cono nulo). Por lo tanto, no hay un marco de referencia como una partícula que se deslice a la velocidad de la luz.

Incluso si el espacio y el tiempo pierden algún significado, todavía hay dos cosas que podemos decir con certeza:

1. Si la partícula se mueve a la velocidad de la luz, debe ser sin masa (y viceversa). Entonces, ¿cómo podrías construir un reloj para un fotón?

2. Si una partícula se mueve a la velocidad de la luz, todos los demás observadores están de acuerdo con este hecho. Esto no es trivial. La ley de adición de velocidad es algo así como v ‘= (v + V) / (1 + vV) y, por lo tanto, cuando v = 1 también es v’ = 1 independientemente de V (pero V menor que 1).

Tal vez su pregunta se basó en el famoso recuerdo de Einstein de pensar en montar un rayo de luz cuando aún era un niño. Pero esto es solo una especie de experimento mental y, en la forma final de su teoría, que desarrolló solo a los 20 años, resulta imposible.

Este es un error común de que “no hay tiempo para un fotón”. No hay un tiempo adecuado para un fotón, de hecho, pero el tiempo adecuado no es la única forma de tiempo.

Podemos imaginar un universo solo de radiación con las mismas leyes de movimiento que se mantienen en nuestro universo para fotones. Tal enfoque se llama teoría de campo conforme. Pero no significa exactamente “no debe tener tiempo”. Si se permite que nuestros fotones interactúen entre sí, habrá tiempo, no el tiempo (apropiado) para fotones individuales, sino el tiempo para sistemas de fotones.

Si no hubiera campos, no tendrías ondas electromagnéticas para hacer la pregunta. Si no hubiera fuerza débil o fuerte, tampoco tendrías radiación. La gravedad no es completamente necesaria para tener radiación, pero sería raro sin ella, en comparación.

Tiempo al menos, puedo abordar. Se basa en la dilatación de Lorentz.
¿Se congelaría el tiempo si pudieras viajar a la velocidad de la luz?
Desde el punto de vista de un solo fotón, no pasa el tiempo. Lo que esto significa para su termodinámica y entropía, no tengo idea.

A la velocidad de la luz, el tiempo se detiene y el espacio se reduce a una longitud cero a lo largo de la dirección del movimiento. Todo lo que no se mueve a la velocidad de la luz parecería envejecer infinitamente rápido. ¿Qué significaría la existencia en tal estado? O la teoría especial de la relatividad no funcionaría en un universo así, o la conciencia sería imposible.

Consulte la fórmula de adición de velocidad
Si hay una nave espacial moviéndose en v con respecto a la estación base en la tierra, y otra nave se mueve a velocidad -u (es decir, pero en dirección opuesta) con respecto a la estación base
la nave observará la velocidad de la otra nave como,
[matemáticas] s = \ frac {-v + -u} {1 + vu \ c ^ {2}} [/ matemáticas]
[matemáticas] s = – \ frac {v + u} {1 + vu \ c ^ {2}} [/ matemáticas]
Si ambas naves fueran en realidad rayos de luz,
[matemáticas] s = – \ frac {c + c} {2} [/ matemáticas]
[matemáticas] s = -c [/ matemáticas]
Si ambas naves hipotéticas viajaban en la misma dirección y si viajan exactamente en c, entonces la expresión se vuelve indeterminada. Pero entonces, si dos haces de luz se mueven en paralelo entre sí en la misma dirección, ¿no pueden ser tratados como parte de un mismo marco de observación?

Desde el marco de referencia de un fotón, no hay velocidades. la velocidad es la tasa de cambio de posición con el cambio en el tiempo, y dado que los fotones no experimentan cambios en el tiempo, no hay velocidades observables.

¡Buena pregunta! Si los fotones viajan a la velocidad ‘c’ con respecto a cada objeto, entonces desde la perspectiva de los fotones, obviamente todos los objetos deben moverse a ‘c’. ¡Pero ahora los físicos modernos nos exigirán que nos pongamos de cabeza y leamos sus libros de frente para poder entender la teoría ‘maravillosa’ y sus predicciones en ese escenario! Podrías intentar eso. ¡No lo he intentado porque todavía estoy luchando con el modelo vertical!

Lamentablemente, la lógica no tiene lugar en la física moderna. O crees en la lógica y desechas la relatividad o crees en la relatividad y no te preocupas por la lógica. Relatividad Mania

La velocidad de la luz es invariante. No hay un marco de referencia plausible que pueda moverse a la velocidad de la luz (porque vemos una paradoja).

Concilie su pregunta con esta afirmación: “no hay marco en el que un fotón esté en reposo”. Estás haciendo una pregunta como “¿qué pasa si voy 10 millas al norte del Polo Norte?”