Меняет ли свет свой спектр проходя вблизи массивных планет?

[Змей Петров]

Фотон ни при каких условиях не распадается на электрон+позитрон. Закон сохранения импульса запрещает.

Ну как же? В сильном ЭМ поле гамма квант достаточной энергии может распадаться на электрон/позитронную пару без всякого нарушения ЗСИ.

[zam2]

В сильном ЭМ поле гамма квант достаточной энергии может распадаться на электрон/позитронную пару без всякого нарушения ЗСИ.

Вот именно, что в сильном. Это, по сути дела, не распад, а взаимодействие гамма-кванта с фотоном поля. Реакция, обратная к аннигиляции пары "электрон+позитрон".

[Змей Петров]

zam2, это больше вопрос терминологии. Механизм этой реакции в данном случае не рассматриваем.
Важен результат - был фотон с энергией ~1.022 МэВ, он исчез и появилось два лептона с массой по 0.511МэВ/C^2.

Эйнштейн этого не говорил. Есть похожая фраза Резерфорда: "Если учёный не может объяснить уборщице, которая убирается у него в лаборатории, смысл своей работы, то он сам не понимает, что он делает". Но мало кто с этим согласен.

Ну какая разница. Суть та же. Хотя я встречал именно то высказывание приписывамое Эйнштейну. Да и опрос о согласии вроде не проводился.

Масса появится естественным образом при переходе к малым скоростям/энергиям, и все сведется к ньютоновской формуле. Но фотон всегда летит быстро, и с ним надо работать по формулам Эйнштейна.

Т.е. при движении электрона вблизи массивного движущегося тела эффект "гравитационного маневра" будет --> 0 при V--> С ? И в пределе для фотона станет равным 0 ?

[zam2]

zam2, это больше вопрос терминологии. Механизм этой реакции в данном случае не рассматриваем. Важен результат - был фотон с энергией ~1.022 МэВ, он исчез и появилось два лептона с массой по 0.511МэВ/C^2.

Так ведь и еще один фотон "исчезнет"! Без этого никак. И все законы сохранения выполняются.

Т.е. при движении электрона в близи массивного движущегося тела эффект "гравитационного маневра" будет --> 0 при V--> С ? И в пределе для фотона станет равным 0 ?

Нет. В классике отклонение направления при пролете мимо массивного тела не стремится к нулю при \(v\rightarrow c\). Оно стремится к нулю при \(v\rightarrow \infty\). Другое дело, что при больших скоростях согласно ОТО это отклонение больше ньтоновского, и при \(v\rightarrow c\) стремится к удвоенному ньютоновскому.

[Змей Петров]

Так ведь и еще один фотон "исчезнет"! Без этого никак. И все законы сохранения выполняются.

Непонятно. Откуда ещё один фотон? Был всего один с энергией 1.022МэВ. Он исчез, куда делась его энергия?

Нет. В классике отклонение направления при пролете мимо массивного тела не стремится к нулю при \(v\rightarrow c\). Оно стремится к нулю при \(v\rightarrow \infty\). Другое дело, что при больших скоростях согласно ОТО это отклонение больше ньтоновского, и при \(v\rightarrow c\) стремится к удвоенному ньютоновскому.

Да это понятно. Речь не об этом, а о гравитационном(пертурбационном) маневре вблизи движущегося массивного тела. Т.е. не об изменении направления, а об изменении модуля импульса / энергии в выбранной СО.

[zam2]

Непонятно. Откуда ещё один фотон?

А "сильное электромагнитное поле" - это что такое? Оно на языке квантовой электродинамики что из себя представляет?

Речь не об этом, а о гравитационном(пертурбационном) маневре вблизи движущегося массивного тела.

Так любое тело движущееся. Причем со всеми возможными скоростями в один и тот же момент времени (в зависимости от системы отсчета наблюдателя). В том числе есть и система отсчета, в которой скорость тела равна нулю. Она обладает тем преимуществом, что в ней расчеты легче. Но и выполнив расчеты в любой другой системе отсчета, мы придем к тем же самым результатам (в смысле произошедших событий, показаний приборов и т. д.).

[Змей Петров]

А "сильное электромагнитное поле" - это что такое? Оно на языке квантовой электродинамики что из себя представляет?

Так это фотон виртуальный. Вот его нет, вот он есть, а вот его снова нет.
Разве может наш реальный фотон передать ему / получить от него энергию?
Можно зайти с другой стороны. Наш реальный фотон через виртуальный обменивается импульсом с тяжелым ядром, вблизи которого поле. Но что с энергией, так и непонятно.

Так любое тело движущееся. Причем со всеми возможными скоростями в один и тот же момент времени (в зависимости от системы отсчета наблюдателя). В том числе есть и система отсчета, в которой скорость тела равна нулю. Она обладает тем преимуществом, что в ней расчеты легче. Но и выполнив расчеты в любой другой системе отсчета, мы придем к тем же самым результатам (в смысле произошедших событий, показаний приборов и т. д.).

Т.е. фотон подвержен "пертурбационному маневру", как КА, электрон и т.п.?
Насчет СО связанной с пробным телом есть сомнения. Она будет неинерциальной и вряд ли это облегчит задачу. Кроме того с фотоном вообще нельзя связать СО.

[Gleb1964]

Разве абсолютно прозрачное вещество не взаимодействует со светом? Вроде бы скорость света внутри вещества меняется - значит, взаимодействует.

Абсолютно прозрачных веществ неизвестно. То, что мы называем прозрачным, более-менее хорошо пропускает видимый свет (окно прозрачности). Другие частоты застревают. Ну и, конечно, взаимодействует, и мера этого взаимодействия - коэффициент преломления. Но для оценки взаимодействия важно не столько изменение скорости по величине, сколько по направлению (изменение направления луча на границе сред). Хотя, конечно, одно с другим связано.

к тому же, даже если среда тела прозрачная (на частотах излучения), но есть коэффициент преломления среды, то всегда будет отражение на границе при входе и выходе излучения с вытекающими последствиями - передача импульса света

[Gleb1964]

вопрос к zam2: а вот в случае реликтовых фотонов - какова ваша интерпретация - покраснение фотона уменьшает импульс, в данном случае всю сумму импульсов всех фотонов, куда девался первоначальный импульс? с энергией вроде понятно - увеличился объем, упала плотность энергии. А на фотонном уровне - был фотон с высоким импульсом, а стал с низким, и вроде бы ни с чем не взаимодействовал

Начнем с того, что суммарный импульс всех фотоноВ микроволнового фона наблюдаемой части Вселенной равен нулю. Как ни уменьшай, все равно сохраняется нулевым.
Но это не решает проблему индивидуального фотона. Пусть его импульс равен \(\vec{p}\). А через мильярд лет стал \(\alpha \vec{p}\). Избыток нужно кому-то сбросить. Вообще говоря, только другому, встречно движущемуся, фотону, у которого импульс был \(-\vec{p}\), а стал \(-\alpha \vec{p}\). Все законы сохранения выполняются. То есть, механизм уменьшения импульса - фотон-фотонное взаимодействие.
Не воспринимайте написанное слишком всерьез. Это наивные рассуждения. Я в этой области плаваю.
А вопрос замечательный.
P.S. А как делать, чтобы формулы не занимали каждая отдельную строчку? Уже знаю и поправил.

я вот подумал - может здесь мы просто рассматриваем реликтовые фотоны из разных систем отсчета, а потому проблем с сохранением импульса и не существует. Реликтовый фотон был излучен в одной системе отсчета, а регистрируем мы его в своей системе, стало быть нельзя требовать сохранения импульса

[zam2]

Так это фотон виртуальный. Вот его нет, вот он есть, а вот его снова нет.Разве может наш реальный фотон передать ему / получить от него энергию?Можно зайти с другой стороны. Наш реальный фотон через виртуальный обменивается импульсом с тяжелым ядром, вблизи которого поле. Но что с энергией, так и непонятно.

Ну а виртуальный фотон это что? Он так же реален, как и реальный. Электрически заряженное тело постоянно швыряется во всех направлениях виртуальными фотонами. И через неощутимо короткое время они возвращаются к нему обратно, что обеспечивает выполнение законов сохранения. Если же мы какой-то из этих фотонов "выловим", он не вернется обратно, и излучатель потеряет кусочек энергии и импульса (и чего-то еще). В этом случае мы говорим о взаимодействии фотона с ядром.
А еще у Фейнмана в "Странной теории света и вещества" есть загадочная фраза (цитирую по памяти): "Всякий фотон в некотором смысле виртуален, так как рано или поздно будет поглощен".

Т.е. фотон подвержен "пертурбационному маневру", как КА, электрон и т.п.?Насчет СО связанной с пробным телом есть сомнения. Она будет неинерциальной и вряд ли это облегчит задачу.

Конечно подвержен. Наблюдения отклонения луча света при прохождении мимо края солнечного диска.
С пробным телом СО обычно не связывают. Пробноное тело должно быть таким малым, чтобы не оказывать заметного воздействия на изучаемые поля. Я имел в виду СО, в которой гравитирующее тело покоится.

[konstkir]

..я вот подумал - может здесь мы просто рассматриваем реликтовые фотоны из разных систем отсчета, а потому проблем с сохранением импульса и не существует. Реликтовый фотон был излучен в одной системе отсчета, а регистрируем мы его в своей системе, стало быть нельзя требовать сохранения импульса

Именно. Вы в хорошей компании с академиком Рубаковым. Тоже самое  он считает относительно энергии.
Энергия в расширяющейся Вселенной не обязана сохраняться.
Такова сопутствующая СО. В ней импульс любого объекта "вымораживается" со временем., обратно пропорционально масштабному фактору.
 А в другой СО общепринятая ТБВ пока не разработана.

[Змей Петров]

к тому же, даже если среда тела прозрачная (на частотах излучения), но есть коэффициент преломления среды, то всегда будет отражение на границе при входе и выходе излучения с вытекающими последствиями - передача импульса света

Тут тоже интересный вопрос.
С потоком ЭМ излучения вроде так. А с отдельно взятым фотоном? Он ведь не меняет свой "цвет" пройдя через абсолютно прозрачное тело.
(если конечно допустить реальное существование абсолютно прозрачного тела с ДЭП отличной от 1)

[Gleb1964]

в моем понимании в пространстве распространяются не фотоны, как их можно представлять - в виде этаких шариков-частиц, а электромагнитные волны, имеющие протяженность как поперек направления излучения, так и во времени - продолжительность цуга волн. Этакая волновая функция, имеющая размеры и описывающая амплитуду вероятности, где бы мог обнаружиться фотон. Ведь квантовая природа фотона как частицы проявляется только при взаимодействии, поглощении или излучении.
Соответственно, неопределенность направления фотона определяется размерами поперечной апертуры фронта, а неопределенность частоты (или энергии) длиною цуга, или, тоже самое, временем цуга. Поэтому просто говорить о летающих фотонах-шариках нельзя, надо помнить, что, например, волновая функция фотона огибает планету со всех сторон - при этом вблизи гравитируещего тела для волнового фронта фотона возникает задержка по времени (геодезические линии искривлены) и получается эффект гравитационной линзы
во всяком случае в моем представлении

[Змей Петров]

Ну а виртуальный фотон это что? Он так же реален, как и реальный.

За одним существенным исключением - он реально существует строго определенное время(с заданной вероятностью).
И если за это время он успел получить-передать энергию/импульс, то он реально существовал, если не успел - то его и не было.

Электрически заряженное тело постоянно швыряется во всех направлениях виртуальными фотонами. И через неощутимо короткое время они возвращаются к нему обратно, что обеспечивает выполнение законов сохранения. Если же мы какой-то из этих фотонов "выловим", он не вернется обратно, и излучатель потеряет кусочек энергии и импульса (и чего-то еще). В этом случае мы говорим  взаимодействии фотона с ядром.

Вопрос в том, мог ли виртуальный фотон передать тяжелому ядру всю энергию реального фотона? Импульс да - может передать. Насчет энергии - большие сомнения.
Если мы один из виртуальных фотонов выловили, то произошло взаимодействие и тут вопросов нет.

А еще у Фейнмана в "Странной теории света и вещества" есть загадочная фраза (цитирую по памяти): "Всякий фотон в некотором смысле виртуален, так как рано или поздно будет поглощен".

Это старина Ричард просто прикалывался. В некотором смысле всё сущее виртуально.
Но исчезновение и поглощение - разные вещи.

Конечно подвержен. Наблюдения отклонения луча света при прохождении мимо края солнечного диска.
С пробным телом СО обычно не связывают. Пробноное тело должно быть таким малым, чтобы не оказывать заметного воздействия на изучаемые поля. Я имел в виду СО, в которой гравитирующее тело покоится.

А, тепепрь понятно.
Но речь опять же не об отклонении вектора, а об изменении его модуля при указанных начальных условиях.

[Змей Петров]

Gleb1964, здесь мы возвращаемся к основному вопросу про природу фотона.
Это точечная частица, подчиняющаяся волновой функции вероятности(с отличием от других известных частиц только абсолютной скоростью C)?
Или цуг реальной физической ЭМВ?

[Gleb1964]

Gleb1964, здесь мы возвращаемся к основному вопросу про природу фотона.
Это точечная частица, подчиняющаяся волновой функции вероятности(с отличием от других известных частиц только абсолютной скоростью C)?
Или цуг реальной физической ЭМВ?

если фотон имеет направление, он должен иметь определенного размера поперечник волнового фронта, попробуйте задиафрагмировать "фотон" - он немедленно покажет вам дифракцию на препятствии. Т.е. бесконечно точно направленный фотон должен иметь бесконечно широкий поперечный размер волнового фронта
а определенность по энергии - это размер "фотона" по направлению распространения. идеально монохроматический фотон имеет бесконечную длительность, т.е. неопределен по положению в пространтве в направлении распространения.
соотношение неопределенности Гейзенберга

[Змей Петров]

Gleb1964, так и к электрону всё то же самое относится. А он считается точечной частицей с положением в пространстве-времени определяемым волновой вероятностной функцией.
Если мы задиафрагмируем электрон, то получим в принципе ту же дифракционную картину.
Интересно, что при этом мы можем пулять фотонами/электронами в щель хоть раз в секунду, и картина всё равно будет та же.
(правда не совсем понятно, что реально может послужить "диафрагмой" для электрона или энергичного фотона)

[Stepanov]

Давайте для понятности рассмотрим фотон с длинной волны 30см, его можно промерить, он практичен и понятен. Где в нём тот самый "шарик"?
Потом с газом не всё понятно, вот коллега Деймос, спасибо ему, посчитал что на расстоянии порядка 30 световых лет, свет проходит толщу газов равную нашей атмосфере, но газы в пространстве распределены совсем не равномерно, вероятно их плотность увеличивается при приближении к "чадящим звездам", тут должно возникать преломление, потом газ не статичен и имеет массивные потоки.

[zam2]

как их можно представлять - в виде этаких шариков-частиц

Вот именно так их и нельзя представлять. Фотон не частица, а квантовая частица. У нее совсем другие свойства, без аналогов в макромире. Вот вам вопрос. Имеем атом в возбужденном состоянии. В некоторый момент времени он переходит в основное состояние излучая фотон. Куда полетел фотон? Как выглядит область наиболее вероятного обнаружения фотона через секунду после излучения?

[zam2]

Но исчезновение и поглощение - разные вещи.

Естественно. Исчезновения - вообще не бывает. Поглощение - частный случай взаимодействия (вот главное слово!), которое может вылиться в поглощение одним другого или в превращение взаимодействующих субъектов во что-то новенькое.

Но речь опять же не об отклонении вектора, а об изменении его модуля при указанных начальных условиях.

Изменение модуля какого вектора? Если модуля вектора скорости фотона, то изменения не будет (в инерциальной системе отсчета скорость света постоянна). Если модуля волнового вектора фотона, то да, его модуль изменится (на невообразимо малую величину).