¿Cómo sabemos que los fotones son exactamente sin masa y viajan exactamente con velocidad ccc en el vacío?

No hay forma de estar 100% seguro, pero podemos poner límites superiores a la masa.

Las partículas sin masa no tienen marco de reposo, por lo que no tiene sentido hablar de dilatación del tiempo en el marco del fotón. Un fotón masivo tendría un marco de descanso, por lo que eventualmente podría alcanzarlo y moverse junto a él.

Lista de límites experimentales sobre la masa del fotón

lista más completa

Considere una supernova muy distante; por ejemplo, supongamos que los fotones de la explosión tienen que viajar mil millones de años luz para llegar hasta nosotros. Si estos fotones tuvieran velocidades diferentes, entonces estas diferencias causarían una diferencia acumulada en su tiempo de viaje.

Incluso si sus velocidades difirieran en tan solo una milmillonésima, entonces los fotones más rápidos y energéticos nos alcanzarían un año antes que los más lentos y menos energéticos. Claramente esto no sucede: cuando observamos una supernova, detectamos todos los fotones al mismo tiempo, independientemente de su energía.

En la relatividad especial, la energía está relacionada con la masa y el momento por$E^2 = (pc)^2 + (mc^2)^2$, dónde$p$es el impulso.$m$aquí está la masa en reposo de la partícula, por lo que para el caso de los fotones solo hay energía del impulso. El$E = mc^2$con el que probablemente esté familiarizado ignora el término de impulso y, por lo tanto, solo involucra la masa en reposo.

Los fotones son la energía cuantificada del campo electromagnético. Sabemos por las ecuaciones de Maxwell, que describen la teoría clásica de ondas electromagnéticas, que la velocidad de propagación de la onda es:

El valor numérico de esto es la velocidad de la luz con la que estamos familiarizados. Para que nuestra teoría cuántica de la luz sea consistente con la teoría clásica, la velocidad de los fotones debe ser igual a este valor.

Pero al final, la velocidad de la luz$c$se define como la velocidad de la luz en el vacío, por lo que preguntar si los fotones son más lentos que$c$es como preguntar qué pasa si el sonido viaja más lento que la velocidad del sonido en el aire. Va en contra de la definición de la velocidad.

Entonces, ¿cómo sabemos que los fotones se están moviendo a$c$[...] la pregunta no es exactamente "¿por qué la luz se mueve con la velocidad de la luz?".

Entonces la pregunta parece ser más precisa:

"¿Cómo sabemos que el frente de señal de cualquier señal que haya sido intercambiada entre (colecciones adecuadas de) cargas electromagnéticas se atribuye al intercambio de cuantos del campo electromagnético entre estas (colecciones de) cargas?"

Bueno, eso sigue siendo cierto por definición:
dado que evidentemente las señales pueden intercambiarse entre (colecciones adecuadas de) cargas electromagnéticas, llamamos a los frentes de señal correspondientes "fotones".

Habiendo resuelto esta cuestión particular a priori, por supuesto, quedan muchas otras cuestiones que podrían abordarse experimentalmente; como:

• ¿Qué valor (o distribución de valores) de "índice de refracción$n$" caracteriza la región que contiene las cargas? (Esto se relaciona con el campo electromagnético en la región en la medida en que constituye la "cola de la señal" o en la medida en que se considera una "onda estacionaria"), o

• ¿Se intercambió algo más entre los cargos bajo consideración, como parte de la "cola de señal"? (Como los neutrinos , o los bosones Z , o las hipotéticas partículas Proca , etc.)

La luz nunca tiene masa en reposo. La diminuta e insignificante cantidad de gravedad no reduciría la velocidad de la luz. En cambio, puede agregar o tomar energía del fotón/s. Sabemos que la luz se mueve a la velocidad de la luz porque esa es la velocidad de la causalidad. Si la luz de alguna manera fuera más rápido que la luz, sería posible viajar en el tiempo y sabemos que eso es imposible. La luz tiene impulso pero no masa. Algunas personas consideran la masa relativista y consideran que la luz la tiene, pero eso no es lo mismo que la masa en reposo.

Si el fotón no tiene masa, tienes la primera partícula que no tiene naturaleza dual. No sé quién enseñando este fotón no tiene masa. Si dice que no tiene masa en reposo cuando viaja a la velocidad de la luz, está bien. Recuerde, si redujo la velocidad de la luz, incluso en el vacío, si puede, obtendrá una masa pequeña y pequeña de cuánto redujo la velocidad. Cómo se puede, nadie tiene idea. Pero la velocidad de la luz se redujo en otro medio, por lo que el fotón obtuvo allí una masa en reposo distinta de cero. Pero, el fotón tiene masa en todas partes y la naturaleza ondulatoria también, pero no tiene masa en reposo como suposición de una sola ecuación, pensando que es tan pequeña, para que no restablezca cero a este número, si restablece cero a -1, Obtuvo masa nuevamente. Pero esa ecuación se vuelve complicada y difícil, la famosa emc2, que no es del todo correcta ya que lo es solo para partículas que tienen una velocidad menor que la luz. Para la luz, no puede medir la masa, por lo que es inútil.