¿Se aceleran los fotones de luz?

No en el sentido de “ir más rápido”, pero sus trayectorias se “doblan” en torno a grandes masas, por lo que podríamos entrar en una discusión semántica sobre si seguir una geodésica realmente constituye un cambio de dirección. Preferiría no.

Los fotones de luz tienen prohibido cualquier otra velocidad que no sea la de la luz. Lo que sugiere automáticamente que, hasta donde sabemos, los fotones no se aceleran (¡o no deberían!). Lo que la teoría cuántica introductoria nos dice, básicamente, es que los fotones no se aceleran o disminuyen, sino que simplemente nacen a la velocidad de la luz en el vacío, que los electrones y protones aparentemente escupen fotones a esa velocidad y también los absorben a esa velocidad. .
A la otra parte de tu pregunta, entonces. En primer lugar, es importante darse cuenta de que la luz es un flujo de fotones muy congestionado. En segundo lugar, el “retardo” de la luz que se observa en medios densos, es en realidad el resultado de que los átomos en el medio reaccionan y, por lo tanto, modifican la onda de luz original que pasa a través de ellos. Baste decir que los fotones se absorben y emiten continuamente dentro de los medios, y la observación resultante es que la luz tarda más en pasar y, por lo tanto, parece más lenta. Una explicación más detallada requeriría una mecánica estadística y más experiencia en ese campo de lo que puedo afirmar que posee. Para una exposición hermosa y relativamente más fácil de este fenómeno, si bien uno que trata la luz como una onda electromagnética, puede buscar el primer volumen de Lectures on Physics de Feynman.

Decidí responder porque nadie ha mencionado el desplazamiento gravitacional azul / rojo .

En primer lugar, como todos han dicho, los fotones siempre viajan, sin importar desde qué marco de referencia se esté midiendo, los fotones siempre viajan a la misma velocidad (la velocidad máxima posible —c—).

¡Eso significa que puedes moverte al 99% de la velocidad de la luz y medirías que los fotones que van hacia ti se mueven a la velocidad de la luz! En la vida real, si corrieras al 99% de la velocidad de un automóvil, verías que ese automóvil funciona a una velocidad muy baja.

Cuando los fotones se mueven en un medio, su velocidad depende del medio, están siendo constantemente absorbidos y reemitidos y ahí es donde pasa el tiempo extra, no hay aceleración.

Los fotones también se doblan debido a la gravedad. Se doblan debido a la geodésica del espacio-tiempo. Eso significa que en realidad están siguiendo el camino más ordenado como si fueran en línea recta. Adivina qué. ¡Tiempo espacial!

Su dirección cambia y desde nuestra perspectiva, ¡eso es una aceleración! La velocidad es un vector, si cambia su dirección está cambiando la velocidad. Y la aceleración es el cambio en la velocidad. También puede visualizarlo como una suma de vectores perpendiculares.

Sin embargo, es una aceleración solo desde nuestra perspectiva . Hay una dimensión de tiempo. Cuando la luz se dobla debido a la gravedad, en realidad sigue la geodésica del espacio. Eso significa que la luz en realidad no cambia su dirección de 4 dimensiones. El espacio real no es el tipo de espacio al que estamos acostumbrados (irónicamente).

Ahora, ¿qué pasa con el cambio gravitacional o Einstein?

Comencemos con el efecto doppler

Las ondas electromagnéticas (como la luz) tienen una frecuencia. Y la energía de un fotón es proporcional a la frecuencia (E = hf <- lo suficientemente simple). Decimos que cambia de rojo cuando la energía de un fotón disminuye porque nos alejamos de la fuente (o de nosotros). Esto se debe a que la luz roja tiene menos energía que la luz azul. Y decimos que cambia de color azul cuando aumenta la energía porque la fuente se está moviendo hacia nosotros (o nos movemos hacia la fuente).

Recuerde que el Universo se está expandiendo hacia todas las direcciones y su expansión se está acelerando.

Si el Universo se expandiera a una velocidad constante , la luz que veríamos en el cielo sería constante. Veríamos que la luz es menos energética que la que mediríamos si la fuente no se alejara de nosotros, pero la luz que veríamos desde las fuentes permanecería constante porque se mueven a la misma velocidad (idealmente).

Sin embargo, el Universo está acelerando su expansión. Eso significa que la luz se vuelve más roja con el tiempo, la luz que proviene del cielo no es constante en su energía, se vuelve menos enérgica con el tiempo. (y se vuelve más rojo más rápido cuanto más lejos y tal vez otras etceteras)

Ahora, esto sucede porque las ondas no se mueven con su fuente.

La idea central en la relatividad es que la luz tiene una velocidad constante en todas partes, pero el tiempo no es el mismo en todas partes. ‘Curvas’ del espacio-tiempo donde hay energía, clásicamente, energía en forma de masa. En aquellos puntos en el espacio en los que hay una curvatura más grande (mayor energía), el tiempo pasará más lento. Como si el tiempo se extendiera allí donde hay más energía y se comprima donde haya menos energía. Eso significa que tendrá más tiempo libre lejos de las curvaturas del espacio-tiempo y los cuerpos grandes.

¿Qué crees que sucede cuando los fotones van hacia la tierra? ¿O hacia el sol? ¿Hacia un agujero negro?

El tiempo se extiende allí donde está la gravedad. Debido a eso, la frecuencia de los fotones cambia, la frecuencia aumenta (y, por lo tanto, la energía del fotón también) a medida que entra en un campo gravitacional. Eso es simplemente porque la frecuencia nos dice el inverso del tiempo entre un ciclo de onda.

Por ejemplo, Menos gravedad -> Más tiempo -> inverso del tiempo entre ciclos de onda es menor

f = 1 / T (T es el período, el tiempo para que la onda haga un ciclo para que se vea igual)

f = 1 / T ^^ (el tiempo se comprime y, por lo tanto, T se hace más grande [compresión = más tiempo por unidad]) => f es menor => La energía de los fotones es menor.

Lo contrario sucedería si hubiera más gravedad, la energía de los fotones sería mayor.

Por lo tanto, cuando una partícula va hacia un campo gravitacional:

• Los cuerpos normales se acelerarían.
• Los fotones aumentarían su energía.

Ese es el cambio gravitacional.

Entonces, lo que estoy tratando de decir es que los fotones no se aceleran nunca , los fotones siempre viajan a la velocidad máxima sin importar el marco de referencia en el que se encuentre, no importa qué tan rápido vaya, pero debido a esto, cambian su energía a través de su frecuencia .

Es mucho más conveniente pensar en la luz como una onda hasta que produce un impacto y luego se puede pensar en ella como una partícula, pero solo en ese punto de impacto. Antes de eso, es una ola de probabilidad, como una ola en un estanque. He señalado esto en algunas otras preguntas relacionadas con la luz, pero haré mi experimento de pensamiento favorito nuevamente aquí. Lanza una piedra a un estanque. Las ondas se propagan a una velocidad constante y están sujetas a la ley del cuadrado inverso. Entonces, no es una cuestión de aceleración más que una cuestión de impulso.

Ahora, si consideramos la definición de aceleración, tiene en cuenta la dirección y la magnitud. Este es un valor vectorial. La luz de hecho puede expresarse como vectores. Cualquier cambio de dirección (o magnitud) constituirá como aceleración (incluso la desaceleración es aceleración, técnicamente hablando). El aumento y la reflectividad (LÁSER / MASER, lupa, espejo) podrían considerarse cambios en la dirección o la magnitud, aunque la velocidad de la luz sea constante. Tenga en cuenta que estas situaciones requieren una fuerza externa para actuar sobre la luz. Entonces se podría decir que se puede hacer que la luz “acelere” pero solo con respecto a la dirección o magnitud, no a la velocidad.

El cambio de velocidad es un fenómeno emergente que existe en nuestra interpretación pero que no existe físicamente. Lo que llamamos “objetos con masa” no son más que grupos de partículas sin masa. Si podemos decir que solo existen estas partículas, y todo lo más grande es solo un nombre arbitrario que los humanos han asignado, entonces podemos decir que todo se mueve a la velocidad de la luz. Nada se ralentiza ni acelera.

Para partículas sin masa como los fotones, la velocidad de la luz no es solo la velocidad más rápida, sino también la velocidad más lenta. Si fueras un fotón, considerarías esto muy lento, avanzando a una unidad de distancia por unidad de tiempo.

El cambio en la velocidad, como fenómeno emergente, es un fenómeno de objetos con masa, y es incoherente hablar sobre cambiar la velocidad de las partículas sin masa. Para las partículas sin masa, la velocidad es una ilusión y no existe. Lo que realmente existe es una relación entre el espacio y el tiempo.

Otro punto a tener en cuenta es que, en la escala cuántica, todo es más caótico de lo que parece en el mundo macroscópico. Un objeto que parece estacionario está hecho de innumerables partículas que se mueven en todas las direcciones a la velocidad de la luz (la única velocidad). Estos efectos de escala cuántica se cancelan, por lo que en la macroescala todo parece tranquilo y ordenado.

Los objetos con masa están hechos de partículas individualmente sin masa. La velocidad de una masa de partículas es la velocidad promedio resultante de las partículas individuales sin masa que intentan viajar en varias direcciones a la velocidad de la luz. No puede cambiar la velocidad de las partículas, pero puede alinear sus direcciones. Acelerar un objeto con masa es cambiar la proporción de partículas que viajan en la dirección resultante. Cuando la proporción alineada es baja, la probabilidad de que una fuerza aplicada encuentre una partícula no alineada es alta, pero cuando la proporción de partículas ya alineadas es alta, la probabilidad de encontrar una partícula no alineada es baja. Es por eso que se necesita cada vez más energía para acelerar un objeto a medida que se acerca a la velocidad de la luz. Una vez que todas las partículas estén alineadas, el objeto se moverá a la velocidad de la luz, y no es posible acelerar más.

Entonces, para responder a su pregunta, la aceleración es en realidad un cambio de dirección, no un cambio de velocidad, y todo siempre se mueve a la velocidad de la luz.

Estos son casos en los que el modelo de onda proporciona una mejor intuición que el modelo de partículas. Cuando piensas en partículas macroscópicas, piensas en una aceleración gradual no instantánea; Esto no se aplica a las partículas puntuales, que de alguna manera son análogas a los objetos macroscópicos. El modelo de onda le dice por qué los desplazamientos hacia el rojo claro o hacia el azul en lugar de cambiar la velocidad, y por qué los caminos se doblan cuando se encuentra con un cambio de velocidad de propagación de onda y medio.

La aceleración es una cantidad vectorial. La velocidad permanece igual si y solo si la aceleración es ortogonal al vector de velocidad.

Hablando clásicamente, dado que la luz es doblada por un campo gravitacional, se puede decir que acelera, aunque la velocidad sigue siendo c.

La luz se acelera cuando pasa a través de un campo gravitacional. ¿Aparte de eso? Comienza a existir moviéndose en [matemáticas] c [/ matemáticas], y no altera su curso hasta que se absorbe o deja de existir.

Velocidad de la luz

La velocidad “c” solo es cierta en el vacío. Si la refracción es causada por la absorción / reemisión de fotones, la luz siempre será dispersada por el medio.

La mejor y más fácil explicación para la disminución de la velocidad de la luz en un medio es un cambio en la longitud de onda. Esa es también la razón por la cual la luz se acelera nuevamente después de que sale del medio nuevamente al aire. Esto no es un nuevo concepto. Ha existido por años.

No, no lo hacen. Viajan a la velocidad ‘c’ desde el instante en que se emiten hasta el instante en que se absorben. Los fotones no se pueden acelerar ni desacelerar. Su velocidad es inmutable y la misma para todos.

El fotón viaja a una velocidad constante en el mismo medio. A menos que el cambio medio (como viajar en diamante contra el aire), la velocidad de la luz no cambie.

Debido a esto, supongo que los fotones se aceleran cuando viajan a otro medio.

La magnitud de la velocidad del fotón es constante (la velocidad de la luz). Sin embargo, un campo gravitacional puede cambiar la dirección del fotón, que también se conoce como aceleración.

Que yo sepa, la luz nunca se acelera.