¿Es el fotón realmente un fotón solo en el vacío? [duplicar]

Para responder a su título, "¿El fotón es realmente un fotón solo en el vacío?", Sí, de hecho, esto es cierto. En un medio, la luz es una superposición cuántica de fotones puros y estados de materia excitados.

Tienes toda la razón en que solo las partículas con masa en reposo distinta de cero se observan a velocidades relativas menores que$c$. Se puede hacer una afirmación más fuerte: la masa en reposo de una partícula es cero si y solo si se observa que viaja a una velocidad relativa de$c$y es masivo si y solo si la velocidad relativa observada es menor que$c$.

La luz en un medio tiene un marco de reposo, es decir, uno que viaja a gran velocidad.$c/n$en relación con el medio, donde$n$es el índice de refracción del medio. Por lo tanto, se puede calcular la masa en reposo de la luz calculando su energía en este marco. Muestro cómo hacer esto en mi respuesta aquí y una cuasipartícula de luz óptica en un medio típico$n=1/5$tiene una masa en reposo de aproximadamente$m_0=3\times 10^{-36}{\rm kg}$o alrededor de 4 millonésimas de masa de un electrón.

No se debe confundir la luz con los fotones, del mismo modo que no se confunden las ondas de un estanque con las moléculas de agua. Las ondas y las moléculas tienen diferentes comportamientos físicos y obedecen a diferentes condiciones de contorno, sin embargo, una piedra arrojada al estanque generará ondas, y las moléculas se moverán de un lado a otro para transmitir la ondulación, similar a la ola en un estadio. donde la gente no es la ola.

La luz emerge de una forma matemáticamente complicada montada sobre trillones de fotones. Los fotones obedecen a una ecuación mecánica cuántica de Maxwell y así se explica la aparición de efectos colectivos como la luz. En esta imagen pictóricamente para un caso especial se puede obtener una intuición de cómo emerge la luz de los fotones.

Polarización circular izquierda y derecha y sus momentos angulares asociados

Los fotones, en el medio, solo tienen espín + o - en su dirección de movimiento. Construyen la polarización de la onda.

Con esto como fondo de física:

Para mí, parece que el fotón se vuelve "más pesado" en diferentes medios, a medida que su velocidad disminuye. Y, por lo que sé, sólo las partículas con masa viajan más despacio que la velocidad de la luz.

No es el fotón el que se vuelve más pesado, es la luz como se explica en la otra respuesta. Los fotones en un medio transparente recorren caminos más largos debido a las dispersiones elásticas de la mecánica cuántica con la red del medio y aún así mantienen la coherencia para transferir imágenes. Los caminos más largos explican cómo su velocidad sigue siendo c mientras que la luz emergente se ralentiza.

Debido a los ángulos introducidos por la dispersión elástica de los fotones constituyentes en medios transparentes, se genera una masa invariable para la luz, que es un conglomerado de fotones, tal como lo describe Rod Vance en la otra respuesta. Similar al pi0 que tiene masa pero se descompone en dos fotones con un ángulo entre ellos para equilibrar la energía y el momento, que es la masa en la relatividad especial.

¿Es el fotón realmente un fotón solo en el vacío?

Un fotón siempre está en un "vacío" a menos que esté interactuando. Si la interacción es elástica retiene su energía y cantidad de movimiento.