Característica de los fotones para velocidad constante.

¿Qué característica de los fotones hace que viajen con velocidad constante en todos los marcos de referencia? Hasta los temas que he estudiado, siempre asumimos esto, pero nunca obtuvimos ninguna idea de qué puede estar en la naturaleza de los fotones (la cantidad de campo electromagnético) que causa esto. Quizás algo no me quede claro. Por favor explique.

@MichaelBrown y Ben Crowell: todas las respuestas se basan en la suposición que hace la relatividad. Mi pregunta es si conocemos una razón más profunda en la naturaleza o característica de las partículas sin masa de que su velocidad es independiente del marco. ¿Cuál podría ser la razón fundamental de que la masa se use como algo que hace que la velocidad sea dependiente del marco?
Aquí hay una actitud moderna: la relatividad especial es una de las únicas opciones que puede escribir para una teoría matemáticamente consistente. Una vez que tenga la lista discreta de opciones, simplemente puede compararlas con la naturaleza una por una y descartarlas todas excepto SR (y la relatividad de De Sitter, como sucede). O hay una velocidad universal o no la hay. El hecho de que exista una velocidad universal es un hecho experimental que ahora se establece con gran confianza.
Una vez establecido el grupo cinemático ( R 4 ⋊ O ( 3 , 1 ) para SR o O ( 4 , 1 ) para de Sitter) es un ejercicio sencillo calcular la suma de velocidades y verificar la constancia de la velocidad universal en cada cuadro. Luego, en SR, defines la masa como la invariante del grupo cinemático metro 2 ≡ mi 2 − pag 2 y de eso encuentras que las partículas sin masa se mueven a la velocidad universal. Para partículas masivas, por otro lado, siempre puede encontrar un impulso que lleve su velocidad a cualquier otra cosa. < C .

Respuestas (3)

La razón se puede encontrar en la falta de masa de los fotones. Lo que esto significa es que la masa restante del fotón se desvanece. Esto se puede ver analizando el marco de la relatividad especial, que se basa en la observación de que la luz se mueve a la misma velocidad en todos los marcos de referencia.

La relación energía-momento relativista de una partícula general está dada por

mi = ( pag C ) 2 + ( metro 0 C 2 ) 2 ,

dónde pag es el momento tridimensional, metro 0 es masa en reposo y C es la velocidad de la luz.

Entonces, ¿cómo podemos ver que para una partícula que se mueve a la velocidad de la luz, metro 0 tiene que ser cero?

Una partícula que se mueve a través del espacio de Minkowski se puede clasificar en términos de su vector de momento. Puede ser similar al tiempo (velocidad menor que c), similar a la luz (también llamado "nulo", velocidad igual a c) o similar al espacio (velocidad mayor que c). Como referencia, vea el diagrama a continuación (fuente: Wikipedia).

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La condición para que un vector sea ligero es que el cuadrado de su norma se anule. El vector momento-cuatro en la relatividad especial está dado por

PAG = ( mi C , pag X , pag y , pag z )
,

con

PAG 2 = − mi 2 C 2 + pag 2 ,

dónde pag es la norma de los componentes espaciales, donde he asumido que la firma de Minkowski es ( − , + , + , + ) . Si esta expresión es igual a cero, llegamos a la relación

− mi 2 / C 2 + pag 2 = 0 ,

o

mi = pag C .

Cuando comparamos esto con la relación energía-momento relativista que he escrito anteriormente, vemos que las dos expresiones son consistentes si la masa ress metro 0 desaparece Esto debería dar una idea de cómo se relacionan los dos conceptos de ausencia de masa y movimiento a la velocidad de la luz en todos los marcos de referencia.

sí, pero en relatividad especial asumimos que la luz se mueve a la misma velocidad en todos los marcos de referencia. Quería preguntar si conocemos alguna razón más profunda para esta naturaleza o es solo por observación. El límite de velocidad constante c puede ser válido para todas las partículas sin masa, pero ¿por qué sucede que cambiar el marco de referencia de las partículas sin masa no cambia su velocidad?
Es un postulado de la relatividad especial que la luz viaja a la misma velocidad en todos los marcos de referencia, lo cual es consistente con el experimento.

Viajan a la velocidad de la luz porque tienen masa cero.

Lea mi comentario en respuesta a la respuesta anterior de Frederic.
Ah, esa es una pregunta muy diferente sin embargo. Entonces @Michael Brown estuvo más cerca de esto. Puede leer los detalles en este documento arxiv.org/abs/math-ph/0602018 pero es bastante avanzado. Todo se reduce a esto: si aplicas los principios de simetría del espacio vacío, terminas con una velocidad límite que es la misma en cualquier marco de referencia. Si quieres que el electromagnetismo sea consistente, esa velocidad también debe ser la velocidad de la luz.

Estoy postulando que pueden ser impulsados ​​hacia adelante o repelidos por la estructura del espacio y no por la velocidad inicial que se les imparte cuando se crean. Todavía no puedo respaldarlo con ningún dato, pero puede explicar por qué no disminuyen la velocidad. a largas distancias y encontrando masas

Podría valer la pena leer: physics.stackexchange.com/q/19670
Característica de los fotones para velocidad constante.
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