Relatividad general: ¿Por qué el fotón (un bosón de calibre) es el factor limitante en la velocidad de la materia en el espacio-tiempo, y los bosones de calibre de las otras fuerzas fundamentales no limitan también el comportamiento de la materia de manera similar al electromagnetismo?

Como dice Gwydion, está cambiado. El nombre “velocidad de la luz” es potencialmente engañoso. El valor [math] c [/ math] es la velocidad de la luz, pero también es la velocidad de cualquier partícula sin masa. Lo asociamos con la luz porque allí es donde lo observamos por primera vez, pero los físicos hablan de [matemáticas] c [/ matemáticas] en contextos donde no hay fotones involucrados.

El valor [math] c [/ math] es más fundamental que la luz. Se deriva de una propiedad verdaderamente fundamental del universo llamada invariancia de Lorentz: todas las características de la naturaleza son las mismas, independientemente de su velocidad. Para hacer esa retención, debes calcular un intervalo de espacio-tiempo, que realmente es independiente de tu velocidad:

[matemáticas] \ Delta s = \ sqrt {c ^ 2 \ Delta t ^ 2 – (\ Delta x ^ 2 + \ Delta y ^ 2 + \ Delta z ^ 2)}
[/matemáticas]

En ausencia de masa, todos [math] \ delta s [/ math] son ​​exactamente iguales. La última parte de la fórmula debería parecer familiar como la distancia del teorema de Pitágoras. Al resolver la ecuación, encontrarás que la distancia dividida por el tiempo es siempre exactamente [matemática] c [/ matemática].

Cuando aplicamos esto a la definición de energía, terminamos con [matemáticas] E ^ 2 = m ^ 2c ^ 4 + p ^ 2c ^ 2 [/ matemáticas], donde [matemáticas] p [/ matemáticas] es el impulso. Para un impulso bajo, puede ver que esto se convierte en viejo y simple [matemática] E = mc ^ 2 [/ matemática]. Para el caso especial de una partícula sin masa (gluón o fotón), se convierte en [matemáticas] E = p [/ matemáticas]. Aplicando eso a la definición mecánica cuántica de la energía, recuperamos que todas las partículas son ondas que se mueven exactamente en [matemáticas] c [/ matemáticas]. Como no vemos gluones fuera de los aceleradores de partículas, vemos que [matemáticas] c [/ matemáticas] es la velocidad de la luz.

La masa es lo que hace que las cosas se muevan más lentamente que la luz. La masa en realidad aparece de varias maneras en la teoría cuántica de campos, no solo el Higgs, sino que el Higgs es prominente porque no se resolvió sino que fue necesario. Todos ellos funcionan como sugiere Gwydion: la partícula interactúa con el campo de tal manera que se propaga a una velocidad más lenta que [math] c [/ math].

Si fuera más rápido, terminarías con [math] \ Delta s [/ math] como un número imaginario. Los números imaginarios son realmente comunes en la física cuántica, pero nunca hemos observado nada que se mueva con un imaginario [matemático] \ Delta s [/ matemático]. Puede resolver ecuaciones para hacer una partícula tan hipotética, pero efectivamente agregaría una dimensión completamente nueva al universo que nunca se ha observado y, dado lo que sabemos, nunca puede ser. Si no se puede observar, no es realmente ciencia.

Tienes cosas cambiadas. No es que los fotones establezcan el límite de velocidad, es que la naturaleza del universo establece el límite de velocidad, y cualquier cosa sin masa se ve obligada a viajar a esa velocidad. La constante llamada velocidad de la luz es uno de los parámetros que define este universo, y las partículas deben respetar esa constante. Las partículas masivas ganan masa, como se ve desde otros marcos de referencia a medida que se vuelven más rápidas. Los sin masa viajan a esa velocidad.

Creo que es al revés, hay un límite de velocidad que todo obedece. El campo de Higgs redujo la velocidad de la mayoría de las partículas y les dio masa: los fotones carecen de masa y, por lo tanto, permanecen y la condición primordial de falta de masa a la velocidad máxima.

Creo que para aclarar el punto, la velocidad máxima de la materia es c, y la luz tiene esa velocidad, al igual que todas las partículas sin masa. Entonces, no es que la luz esté estableciendo el límite de velocidad, lo está siguiendo. El nombre “velocidad de la luz” puede confundir el problema.

Toda la materia observable, excepto los neutrinos y W / Zs, incluye una onda estacionaria hecha de dos fotones. En consecuencia, las ondas estacionarias de nucleones y electrones nunca pueden viajar más rápido que el fotón de onda viajera.

El bosón de calibración para neutrinos viajará más rápido que C porque es una onda de compresión y los fotones / electrones / gluones / quarks son ondas de corte y porque las ondas de compresión siempre viajan más rápido que las ondas de corte. Los neutrinos masivos se acercarán a la velocidad del bosón del medidor de neutrinos con un factor gamma determinado por la velocidad del bosón del medidor de neutrinos.

La Z es el bosón de calibre de las W, pero la Z es una onda de superficie, que viaja más lentamente que las ondas de corte.

Todavía no hay suficientes datos sobre el Higgs para decir lo que realmente es.