¿La luz (fotones) transfiere impulso realmente directamente entre la emisión y la absorción?

Un diagrama de espacio-tiempo podría ayudar aquí. La luz viaja a lo largo de una geodésica nula sin interrupciones, por lo que el intervalo de espacio-tiempo es cero para una$45^{\circ}$línea en el diagrama. Sin embargo, los reflejos son un asunto diferente, ya que hay un cambio asociado de marco de inercia. Compare con la paradoja de los gemelos, donde un gemelo viaja a una velocidad uniforme a un planeta diferente,$turns$, y vuelve atrás. Hay un reinicio de relojes y marcos de inercia asociados con el giro.

En el diagrama, las líneas verticales M y N son espejos estacionarios, las líneas en$45^{\circ}$es la línea de tiempo del fotón. Observe que la línea gris está a mayor altura, lo que significa que no viaja a la velocidad de la luz. Esta línea mide el intervalo de espacio-tiempo entre los eventos A y D, que aquí representan emisión y detección respectivamente. El intervalo es temporal, no nulo, como puedes ver.

El momento de los fotones cambia con la reflexión como resultado del cambio en la dirección del fotón. En consecuencia, la afirmación de que el intervalo de espacio-tiempo es nulo no se cumple aquí.

El quid de tu pregunta está en estos dos párrafos:

En esta configuración, la emisión y la absorción deben estar separadas por una distancia de espacio-tiempo de 0, por lo tanto, según la descripción, el momento entre el átomo emisor y el absorbente (objeto) debe transferirse directamente.

Para aclarar, directamente quiero decir que la luz (los fotones) transfieren la causalidad entre el emisor y el absorbente, y lo hacen sin ningún cambio en su impulso (de las luces/fotones) en el medio.

"Directamente" no es un término técnico. Tampoco lo es la "causalidad de transferencia". Y el uso del pronombre posesivo "su" está mal definido en su escenario particular.

Si "los dos eventos tienen una distancia de espacio-tiempo de 0" es su definición de "directamente" aquí, entonces esto es, por supuesto, trivialmente cierto.

Pero el significado del lenguaje común de "directamente" sería difícil de aplicar a tales situaciones, por ejemplo, el evento de la emisión de un fotón desde la superficie de una estrella en Andrómeda y su absorción en un ojo humano en la Tierra también tienen un espacio-tiempo. distancia de cero, sin embargo, la mayoría de la gente no diría que el fotón transfirió el impulso de la estrella al ojo "directamente", ¡viajó a través de millones de años luz en el medio!

Independientemente de la pista falsa de los intervalos de espacio-tiempo, hay un problema aún mayor en la formulación de la pregunta: la idea de que "el fotón" existe y se puede rastrear a lo largo de "su" viaje entre los espejos. Como bien sabes , se puede pensar que los espejos funcionan absorbiendo el fotón incidente y emitiendo un fotón con la nueva dirección. En cualquier caso, incluso sin ningún conocimiento sobre lo que sucede dentro del espejo, lo que vemos desde el exterior es "un fotón entra, un fotón sale".

Dado que los fotones con la misma longitud de onda son indistinguibles, no hay una forma significativa de preguntar si el fotón que incide en su átomo es el mismo fotón que emitió, por lo que tampoco hay una forma significativa de preguntar si "le" hizo algo al átomo objetivo " directamente", sea lo que sea que eso signifique, porque no hay una entidad identificable única a la que "eso" pueda referirse aquí.

Las partículas elementales son criaturas muy privadas, tratar de razonar sobre ellas etiquetándolas con identidades rara vez tiene sentido o es útil.

(¿Puede una geodésica nula incluir un reflejo de espejo)?

No, una geodésica nula no puede incluir un reflejo. El término “geodésica nula” tiene dos partes: “nula” y “geodésica”.

“Nulo” significa que es un camino que puede tomar la luz. En este caso, la ruta es una ruta nula. Así que a lo largo del camino en zig zag tenemos$\int g_{\mu \nu} dx^{\mu} dx^{\nu}=0$como cualquier otra ruta nula.

“Geodésico” significa que el camino va recto. Formalmente$\frac{d^2}{d\lambda^2}x^{\mu} +\Gamma^{\mu}_{\nu\eta} \frac{d}{d\lambda}x^{\nu} \frac{d}{d\lambda}x^{\eta}=0$Esto no se mantiene en el camino en zigzag y es específicamente distinto de cero en los espejos.

Entonces, aunque la ruta es nula, no es una geodésica y, por lo tanto, no es una geodésica nula.

los espejos intermedios reciben algo llamado presión de radiación, es decir, la luz (fotones) ejerce presión sobre ambos espejos

Cuando la ruta nula se desvía de una ruta geodésica, el vector tangente cambia. Esto significa que hay un cambio en el impulso que es precisamente la presión de radiación mencionada.

Es sin duda, que la luz puede acelerar un cuerpo. Algunos ejemplos son el sol y una vela solar en el espacio libre, la luz corrida hacia el rojo de un espejo (con la transferencia de momento de las fototinas al espejo) o la aceleración de un electrón en el espacio con la luz de un láser.

En todos los casos el fotón es absorbido. Los fotones reemitidos son de mayor longitud de onda / son de menor energía. En general, esta es la respuesta a su pregunta. Cualquier emisión tiene el efecto de una aceleración negativa para la partícula emisora ​​y la transferencia de este impulso a la partícula absorbente.

El caso de los espejos hay que tener en cuenta que no existe un espejo ideal. Bajo cualquier circunstancia, un fotón entrante, aunque sea lo más débil posible, interactúa con las partículas subatómicas del espejo y el electrón excitado disipa la energía recibida a las otras partículas del espejo. Entonces, los fotones reemitidos en cualquier caso son de una longitud de onda más larga. Una pérdida de energía ocurre en cada espejo. Por cierto, esta es la razón de la ley termodinámica de la no existencia de un móvil perpetuo.

La reflexión es una interacción de la luz con la materia que es un proceso de la mecánica cuántica. Entonces, incluso si uno considera el intervalo de espacio-tiempo total en su configuración como equivalente a cero, esto no es una transmisión directa de fotones en el vacío.

Además, desde un punto de vista práctico, normalmente se supone que un espejo consta de partículas de masa. Eso significa que no hay propagación de fotones en el vacío.