¿Los fotones realmente no tienen un marco de referencia, como dicen otras respuestas?
Recordemos qué es un marco de referencia. Es solo una colección de cuatro vectores linealmente independientes en cada evento (t, x, y, z) en el espacio-tiempo donde la partícula se encuentra en algún momento. Los vectores linealmente independientes existen independientemente de la métrica. La métrica entra cuando quieres que el marco sea ortonormal. Y aun así, en cada evento hay infinitos marcos de referencia. Entonces puede tener un marco de referencia, incluso uno ortonormal, moviéndose junto con el fotón.
Lo que no puede tener es un marco de referencia ortonormal en el que el fotón esté en reposo.
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Pero los físicos usan muchos tipos de marcos de referencia, no solo marcos de descanso y marcos ortonormales. En un marco ortonormal, tres vectores son espaciales y uno es temporal. Pero los relativistas a menudo usan marcos en los que dos vectores son similares a la luz (también conocidos como nulos), e incluso puede tener un marco en el que cuatro vectores son similares a la luz. Puede encontrar coordenadas claras en los diagramas de Penrose, Eddington-Finkelstein o Kruskal-Szekeres para horizontes de agujeros negros y marcos nulos en el formalismo de Newman-Penrose y otros.
¿Una partícula “ve el mundo” en su marco de descanso, que tiene que ser ortonormal? Los marcos ortonormales y los marcos de descanso son preferibles porque son convenientes, no porque sin ellos no se vería el mundo.
Por lo tanto, un fotón no puede tener un marco ortonormal en el que esté en reposo. Pero puede tener un marco ortonormal en el que no está en reposo, o un marco con al menos un vector similar a la luz, que puede elegirse tangente a su trayectoria, por lo que está en reposo.
Por supuesto, si un fotón lleva un reloj, el reloj se congelará. Todo para el fotón sucederá en un solo instante, toda su historia.
Ahora, sobre “ver el mundo”. Lo que vemos usando la luz es lo que proviene de nuestros lightcones pasados. Cuando te mueves a la velocidad de la luz, todavía tienes un lightcone pasado. La única diferencia es que es posible que desee eliminar una sola línea de luz de la fotocélula pasada del fotón, la línea dada por su propia trayectoria. Cualquier fotón emitido antes que él en la misma dirección se moverá a lo largo de la misma línea de luz, pero nunca lo alcanzará. Solo aquellos enviados cuando pasó por ese mismo evento lo encontrarán y permanecerán juntos hasta que uno de ellos sea reflejado o absorbido. Entonces, el fotón ve casi el mismo lightcone pasado que cualquier otra partícula que esté allí al mismo tiempo.
El tiempo apropiado del fotón está congelado. Esto significa que todo lo que sucede a la vez. Pero incluso esto no es del todo cierto. Un fotón puede tener muchas aventuras: puede reflejarse, polarizarse, doblarse por gravedad, etc. Y todos estos tienen un orden definido. Entonces, las aventuras de un fotón tienen un orden definido, simplemente no se pueden distinguir por el momento adecuado del fotón. Sin embargo, pueden distinguirse por otra coordenada de tiempo, o el tiempo apropiado de otras partículas, pero no desde el punto de vista del fotón. Sin embargo, su historia sigue siendo causal, todavía tiene un orden definido de eventos.
Además, el fotón puede medir su tiempo adecuado de una manera diferente, no por el lapso de tiempo adecuado, sino como cambios de fase adecuados. El fotón oscila, tiene una frecuencia. Esto se puede usar como un reloj, que no mide el tiempo adecuado, que nunca caduca.
Estas son las diferencias, pero no pueden interpretarse como el fotón que ve el mundo como bidimensional. Por eso, el mundo sigue siendo tridimensional, pero con las diferencias que menciono. Si una dimensión desaparece para el fotón, es la dimensión del tiempo, y no una dimensión del espacio, pero incluso el tiempo sigue ahí como una relación de orden y como continuidad.
