Tenga en cuenta que la introducción de una masa para los fotones tendría implicaciones fundamentales en la fuerza electromagnética y, por lo tanto, grandes consecuencias en muchas partes de la física tal como la conocemos.

Pero eso ha sido tratado por otras respuestas o en los comentarios a continuación.

Pero si, por curiosidad, descartamos eso a mano, podemos ver que habría muchas implicaciones de esto de las que hay que ocuparse; de ​​lo contrario, como sugirió @bowlturner, el resultado es una destrucción masiva. Por ejemplo:

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Según alguien en los cálculos de Reddit como una estimación aproximada,$10^{17}$los fotones golpean un centímetro cuadrado a plena luz del sol cada segundo. Eso se convierte en$10^{21}$fotones por metro cuadrado.

Ahora considere sus fotones pesados. Usando el cálculo no relativista para la energía cinética (tenga en cuenta que el cálculo relativista sería aún mayor), obtenemos$K=0.5mv^2=0.5mc^2\approx 7.5\times 10^{-13}~\rm J$por fotón.

Eso significa que cada metro cuadrado recibirá aproximadamente$7.5\times 10^8~\rm J$por segundo. Compara eso con el$6.3\times 10^{13}~\rm J$de la bomba nuclear que se lanzó sobre Hiroshima . Estamos recibiendo tanta energía por$10^5$metros cuadrados de área, o el área de un círculo con un radio de 178 metros. La bola de fuego inicial producida por la bomba nuclear tenía 370 metros de diámetro. Entonces, la energía entregada es comparable a la de estar cerca de la zona cero de una explosión nuclear.

Tenga en cuenta que esa es la energía entregada por segundo por sus fotones pesados.

En otras palabras, la Tierra va a ser borrada. Absoluta y completamente.

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Otro problema con el primer escenario es que viola la conservación de la masa y la energía: gran parte de ella surge repentinamente de la nada. Intentemos reducir su velocidad lo suficiente como para que su energía cinética sea igual a la energía que tenían antes.

Usando un fotón en algún lugar del espectro visible,$0.5mv^2=K=E\approx 2~\rm{eV}=3.2\times 10^{-19}J$. Resolviendo para la velocidad con la masa más pesada, obtenemos$v=138~\mathrm{km/s}\;.$Eso no suena tan mal.

... hasta que note que eso es menos que la velocidad de escape de la superficie del sol (617 km/s) . Además, desde la Tierra solo necesitas ir a 42 km/s para escapar bien de la gravedad del Sol, por lo que ir a 138 km/s no será suficiente para llevar un fotón del Sol a la Tierra.

Entonces los fotones no pueden llegar a la Tierra, la Tierra se oscurece y se congela, y todos mueren. ¡Vaya!

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Bien, entonces, ¿qué sucede si en lugar de reducir su velocidad reducimos cuántos hay? Usando mis números de estimación anteriores,$3.2\times 10^{-19}~\rm J$por fotón en comparación con$7.5\times 10^{-13}~\rm J$por fotón pesado significa una reducción de aproximadamente una millonésima parte de los niveles actuales.

Por supuesto, eso es mucho más alto que la energía de disociación de enlace de cualquier tipo de enlace conocido. Entonces, en lugar de ser absorbidos y proporcionar calor, estos fotones van a separar los enlaces químicos. Así que los fotones siguen siendo mortales.

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En cada uno de los escenarios anteriores, he ignorado intencionalmente la mecánica cuántica. ¿Qué pasa si tenemos en cuenta la mecánica cuántica?

Bueno, los fotones son ondas electromagnéticas, lo que significa que la fuerza electromagnética se ve afectada. Eso afecta la forma en que los electrones se unen a un átomo y cómo los átomos se unirían para formar compuestos.

Entonces, si no vas a dejar de lado la mecánica cuántica, todas las moléculas simplemente se desmoronarán.

Tenga en cuenta que en cada uno de estos escenarios solo me estoy enfocando en un solo aspecto de por qué las cosas saldrían terriblemente mal. Habrá cosas adicionales que causen estragos que no he mencionado, como en el primer escenario, las ramificaciones de la conservación de la masa y la energía ya no son ciertas.

Muy mal.

En la teoría cuántica de campos, las interacciones están mediadas por portadores de fuerza. El alcance de estos portadores de fuerza depende de su masa. Los fotones son los portadores de fuerza del electromagnetismo. Al no tener masa, EM tiene un rango infinito.

La misa cambiaría eso.

Todo el electromagnetismo tendría un alcance limitado y distancias bastante microscópicas. El campo magnético de la tierra se desvanecería y los imanes dejarían de funcionar, porque ya no pueden afectar las cosas a distancia.

Las únicas cosas que podrían producir luz harían luz con longitudes de onda en el espectro de energías gamma. La luz normal no sucedería.

Los fotones no viajarían en c; de hecho, no resuelve el problema del límite de velocidad.

¿Cuál es la diferencia entre el electromagnetismo y la fuerza "débil"? ¡Masa! Los bosones masivos significarían que la fuerza eléctrica tendría un alcance corto. Esto estropearía la existencia de los átomos.

No es bueno.

El Sol emite aproximadamente$4.2 \cdot 10^{44}$fotones / s, y con su masa declarada, eso sería$7 \cdot 10^{15}$kg/s. Eso significa que habría irradiado toda su masa en solo$3.3$mil millones de años, un poco decepcionante para los que vivimos$4.5$mil millones de años después de su formación.

Entonces, para algo un poco más destructivo, una masa que se mueve a la velocidad de la luz (por definición) ejerce una fuerza infinita sobre las cosas que golpea. En resumen, todos mueren y absolutamente cada parte del universo se desgarra. Sin embargo, las células solares pueden ser un poco más eficientes.

Entonces la fuerza de culombio sería

Esto significa que la fuerza entre dos cargas eléctricas disminuiría exponencialmente con la distancia en lugar de simplemente con el cuadrado de la distancia. Esto también significa que sería posible calcular que los fotones tendrían una masa de 1/100 de la masa de un átomo de hidrógeno en función de cómo la fuerza entre dos cargas eléctricas disminuiría con la distancia.

Si la luz tuviera una masa de 1/100 de la masa de un hidrógeno, sería posible viajar más rápido que los fotones, ya que los fotones viajarían a menos de$c$, pero no sería posible viajar más rápido que$c$ya que mientras$c$se conoce como la velocidad de la luz, realmente no depende de que haya luz, sino que depende del factor de Lorentz. Entonces, si desea un universo en el que sea posible viajar más rápido que los fotones, tener fotones masivos lo permitiría, pero si desea un universo en el que no haya un límite de velocidad cósmica, necesitará hacer más cambios que simplemente tener fotones masivos.

Nada cambiaría desde nuestra perspectiva porque toda la información sobre lo que habría sucedido si el cambio no hubiera ocurrido todavía estaría presente en el universo debido a la evolución del tiempo unitario. Entonces, aunque parece que el universo se ha vuelto completamente diferente con interacciones electromagnéticas de corto alcance, átomos que se descomponen repentinamente como resultado, etc., puede transformarse a una base diferente en el espacio de Hilbert aplicando el operador de evolución de tiempo inverso al tiempo antes de que ocurriera el cambio y luego el operador de evolución temporal usando el hamiltoniano incorrecto que no incluye el cambio de la masa del fotón.

Si escribes el estado cuántico del universo en términos de esta nueva base, entonces el universo se ve igual a lo que habría sido si el fotón hubiera permanecido sin masa. En particular seguiríamos existiendo, observando el mismo universo que desde nuestra perspectiva no ha cambiado en absoluto.