¿Por qué un fotón viaja tan rápido como lo hace? ¿Qué lo impulsa a moverse?

En primer lugar, todo movimiento es relativo. Entonces, lo que ves como estacionario podría no serlo.

Luego, una partícula en movimiento permanece en movimiento hasta que algo la detiene.

Una partícula requiere energía para moverse. Esto generalmente requiere un intercambio de impulso.

El momento es energía. La energía es impulso.

Las partículas requieren una cierta cantidad de energía para crearse. Una vez creado, el resto de la energía se divide entre todos los participantes restantes en el intercambio, y les da todo el impulso, es decir, el movimiento relativo a su masa. Dado que casi todas las partículas se crean en pares partícula-antipartícula, y si simplemente se sentaran allí, se aniquilarían entre sí, casi todas terminarían siendo creadas con algún tipo de impulso. Los que no solo desaparecen rápidamente de la existencia y expulsan un par de fotones que van en direcciones opuestas.

Algunas partículas tienen que moverse, como la luz. La luz no existe en un estado que no se mueve. Siempre se mueve a la velocidad de la luz, y es lo único que lo hace. También significa que nunca hay un marco de referencia en el que pueda ver la luz estacionaria: siempre se moverá, porque tiene masa y no puede alcanzar la velocidad a la que debería estar para ver que se detenga.

Empujar o jalar al que te refieres es conservar el impulso. La versión más fuerte de esto es la conservación de la energía: la energía total en el sistema tiene que sumar. La física cuántica juega su parte; las partículas requieren una cantidad base de energía para producirlas (esta es la “energía de reposo” o “masa de reposo”, de donde proviene la famosa ecuación e = mc ^ 2), pero obtén el impulso de lo que sobra.

Pero sí, aparte de escenarios muy cuidadosamente construidos especialmente, todas las partículas se crean en movimiento, ya sea por el hecho de que si no lo fueran, desaparecerían o porque tienen que existir.

Esto solo significa algo para la luz, porque todos los marcos de referencia son iguales, por lo que tiene forma de saber si un electrón se está moviendo o si usted está en movimiento.

Editar:
En cuanto a por qué un fotón viaja tan rápido como lo hace … es una parte fundamental de cómo está formado el universo. Puedes verlo como la permitividad y permutividad del vacío del espacio (o, si lo prefieres, cómo el espacio vibra cuando hay un fotón en él). Puede verlo, ya que así de rápido viaja la información de un lugar a otro en el universo. Incluso puedes ver cómo el fotón deforma el espacio-tiempo a su alrededor, limitado por la estructura del espacio-tiempo mismo.

Para obtener puntos de bonificación, incluso puedes jugar con la idea de que la luz va a la velocidad que lo hace, porque así de rápido termina yendo cuando sumas todas las direcciones posibles y las sumas. Pero, en última instancia, es parte intrínseca del hecho de que un fotón es una onda y una partícula. (Formulación integral del camino de Feynman)

Pero mi explicación favorita, la que más me resuena, es que la velocidad de la luz en el vacío es el factor de conversión entre tiempo y duración. Durante un período de tiempo determinado, la distancia que se mueve el fotón y el tiempo transcurrido forman dos lados de un triángulo. La longitud de la hipotenusa de ese triángulo es siempre 1 * c.

Espacio Minkowski

La naturaleza natural de las cosas localizadas para moverse es una expresión del principio de incertidumbre. Todo se mueve, excepto las cosas que están igualmente en todas partes en el espacio-tiempo. No puedes quedarte quieto.

En relatividad, aprendemos que los objetos (4) -velocidad siempre tiene magnitud 1 (bueno, -1, pero el signo es una pista falsa). Eso solo significa que todo se mueve un segundo de distancia de espacio-tiempo por segundo que experimentas (incluido, obviamente, tú mismo). La única pregunta es la dirección. Las cosas que percibes en reposo para ti se mueven completamente en la dirección de tu dimensión de tiempo; las cosas que se mueven espacialmente con respecto a usted (por definición) se mueven algo en sus dimensiones espaciales, y lo compensan moviéndose más lentamente en su dimensión de tiempo. Los fotones son el caso especial donde se mueven completamente en la dimensión espacial de todos , lo que significa que para todos, por un segundo de tiempo que transcurre en su marco, la luz se mueve un segundo en la dirección espacial, la unidad de distancia que a menudo llamamos segundo luz , que es [matemática] 3 \ veces 10 ^ 8 [/ matemática] metros.

El número [matemático] 3 \ multiplicado por 10 ^ 8 [/ matemático] metros no tiene nada de especial, simplemente es el factor de conversión entre nuestras unidades estándar de tiempo (segundos) y distancia (metros). Lo especial de los fotones es que viajan a la velocidad espacial más rápida (y, por lo tanto, tienen la velocidad temporal más baja, cero). En otras palabras, los fotones no tienen relojes: las cosas que se mueven a la velocidad de la luz no pueden experimentar el paso del tiempo (en el marco de nadie ), por lo que para obtener un segundo de movimiento por segundo que experimentas, tienen que moverse un segundo de espacio (que medimos como [matemáticas] 3 \ por 10 ^ 8 [/ matemáticas] metros).

No te obsesiones demasiado con el tema “Los fotones son partículas”. Ese es solo un lado de la dualidad onda-partícula. La luz es una onda electromagnética y todas las ondas EM se propagan a la velocidad de la luz. Pero como todo lo demás, la luz se cuantifica y los “bultos” que forman la luz se llaman fotones.

Es un poco incómodo pensar en ellas como partículas en el sentido cotidiano porque, si bien tienen energía proporcional a la frecuencia de la onda EM, no tienen MASA. En la mecánica cuántica, los fotones son realmente los portadores de fuerza para el electromagnetismo.

Entonces, para responder a las agallas de su pregunta, ¿cómo se crean y cómo se mueven? Los fotones son emitidos por muchos procesos naturales desde una simple linterna hasta una supernova, pero finalmente provienen de cambios (cuánticos) en los niveles de energía dentro de los átomos. NO se aceleran a la velocidad de la luz, se emiten a la velocidad de la luz.

Los fotones son partículas sin masa. Y lo que los hace sin masa es su velocidad, es decir, la velocidad de la luz.
Esto se debe a que si viajaran a cualquier velocidad inferior a la velocidad de la luz, tendrían que interactuar con el campo de Higgs universalmente extendido y esta interacción les daría masa convirtiéndolos en partículas de materia. Por lo tanto, las partículas sin masa se pueden definir como partículas que no interactúan con el campo de Higgs, lo que solo es posible si viajan a la velocidad de la luz.
Por lo tanto, podemos decir que la definición misma de partículas sin masa como los fotones, les prohíbe viajar a cualquier otra velocidad que la velocidad de la luz (¡porque si lo hacen ya no tendrán masa!)

Una visión alternativa: una entidad real, medio universal, hecha de materia, llena todo el espacio. Los fotones son partículas de materia 3D básicas, creadas por medio universal utilizando perturbaciones en él. Para mantener la estabilidad de ambos, el medio universal mueve los fotones a la velocidad lineal más alta posible a través de sí mismo. Esta es la única velocidad lineal a la que el medio universal puede moverlos y, por lo tanto, esta velocidad lineal es constante en cualquier región del espacio. ver: Velocidad lineal de la luz

Creo que hiciste una muy buena pregunta.

Probablemente no tengamos idea de por qué los fotones viajan a través del espacio como lo hacen. En el mejor de los casos, probablemente solo podamos decir, de muchas maneras diferentes, que los fotones viajan a través del espacio de la manera en que lo hacen porque viajan a través del espacio de la manera en que lo hacen.