Reflexión infinita de la luz y la conservación de la energía/momento

En primer lugar, confieso que no soy físico, pero he estado haciendo esta pregunta a personas con un conocimiento más amplio, sin una respuesta definitiva hasta el momento.
Básicamente, estoy jugando con la idea de que los fotones tienen masa, como muestra esta parte de la página wiki , no es un concepto completamente nuevo... Especialmente la última oración (mutilada) me interesa.

He estado leyendo sobre la luz, su dualidad, los fotones y que es el único bosón de calibre conocido (thingamajig sin masa) y lo que tienes. Como resultado, estoy aún más confundido, así que pensé en hacer mi pregunta aquí.

Configuración:

Supongamos que tomamos dos espejos perfectos, que se extienden hasta el infinito, perfectamente paralelos, uno frente al otro. Si tuviera que disparar un fotón en cualquiera de estos espejos a 45 grados. ángulo, lo que sucedería.

Hipótesis:

Por lo que puedo saber (o adivinar, o imaginar) puede suceder una de estas tres cosas:

  • El fotón simplemente rebota de un lado a otro hacia el infinito a ese ritmo pausado de C .
  • Llamando a la partícula parte de la dualidad de la luz: Toda acción provoca una reacción igual y opuesta. Al chocar con la superficie de los espejos, se necesita energía para que el fotón cambie de dirección. A medida que todo avanza hacia la entropía, ¿supongo que se está liberando algo de calor (la energía del fotón en el espejo)?
    Si ese es el caso, en algún momento la "carga" electromagnética del fotón, es decir, las reservas de energía deberían agotarse. ¿Con qué termino? ¿Espejos ligeramente más cálidos y una capa vacía y sin masa de un fotón al final? ¿Qué es un fotón que ya no tiene energía? ¿Es esa la famosa materia oscura... o me estoy volviendo demasiado loca por la ciencia ficción ahora? Porque en alguna parte leí que la luz, al no tener masa, obviamente tampoco tiene resto-materia, ni tiene carga eléctrica propia. Eso me hace pensar en un fotón como una especie de portador, una cartera vacía y, dado que no es exactamente enorme , puede contener una cantidad finita de energía (creo).
  • Lo último que se me ocurre: debido al rebote de mi fotón y a mi terrible pérdida al tratar de comprender las fórmulas y las teorías sobre las propiedades físicas de la luz, tengo la idea (quizás tonta) de que el cambio constante de la dirección de propagación podría afectar la longitud de onda, esencialmente generando algo más como rayos gamma. Una vez más, no sé qué implica esto para mi configuración de espejo, pero cuando surge la noticia de un desastre nuclear inminente, no creo que un espejo desvíe completamente los rayos gamma. En otras palabras, ni siquiera creo que sea improbable que alguien me dijera que el fotón simplemente se iría a la mierda.

Espero que alguien pueda entender los extraños meandros de la mente de un no físico, pero me gustaría saber la respuesta a una pregunta que se me ocurrió hace unos 10 años.

Hasta ahora he obtenido las respuestas:

  • Oh, tendría que comprobar eso.
  • Por supuesto, hablan de la dualidad de la luz, pero la luz es esencialmente energía pura. han desarrollado este carácter dual como un modelo de trabajo. Al igual que todo, "no es más que una teoría" ( por alguna razón, particularmente no me gustó esta respuesta )
  • ¿Sabes cómo detectan un agujero negro? (Yo respondí: No) Porque hay luz, pero ninguna a su alrededor. Toda la luz es atraída hacia el agujero negro. ( Esto fue seguido por un silencio incómodo y un asentimiento de suficiencia que se encontró con una mirada confusa y mono de mi parte )

Cualquier idea más confusa siempre es bienvenida.

Editar/recapitular:
Gracias a todos por la información. En respuesta a los comentarios, el núcleo de la pregunta es este: si pudiera seguir el protón mencionado anteriormente en esta configuración, ¿qué cambios, si los hay, veré a lo largo de la línea? ¿Se genera calor? El fotón "desintegrándose" o disipándose, nada (¿simplemente rebotando sin cesar de un lado a otro...?

Al leer la wiki sobre Total Internal Reflection, noté que esto también ocurre con las ondas de sonido. Inmediatamente pensé en ese horrible ruido de retroalimentación chirriante que puedes obtener si acercas un micrófono a un altavoz. Supongo que traduje ese fenómeno en longitudes de onda cambiantes de fotones.
Divertido, pero cierto: recuerdo que cuando era niño le pregunté a mi padre si podías crear una especie de transmisión infinita usando dos transmisores y dos receptores reproduciendo un sonido de ida y vuelta. De una forma u otra, siempre me he preguntado acerca de cosas como esta, ya que resulta...

Masa del espejo:
supongo que los espejos tendrían que tener una masa infinita para que se extiendan hasta el infinito. Aunque después de algunas comprobaciones más, eso complica las cosas teniendo en cuenta mi = pag C . Lo he agregado a mis muchos marcadores relacionados con la luz, y me pondré en contacto con usted al respecto.

+1 porque creo que la pregunta de reflexión infinita es un concepto claro. Sin embargo, su pregunta está por todas partes y creo que debería editarla para reducir solo el núcleo de lo que quiere saber.
Su configuración de espejos paralelos infinitos es muy similar a la fibra óptica y la reflexión interna total probablemente tenga mucho que decir sobre la respuesta: en.wikipedia.org/wiki/Total_internal_reflection
¿Los espejos tienen masa infinita?
@dmckee: Gracias por el enlace, ahora sé que tengo alrededor de mil páginas wiki más para leer/descifrar;)
@BrandonEnright: edité, agregué un enlace a un segmento de wiki que tiene (creo) una estrecha relación con mi pregunta y respondí a un par de comentarios en la parte inferior

Respuestas (2)

Primero, por supuesto que no hay un espejo perfecto. Pero supongamos que había uno.

A continuación, la pregunta es: ¿El rebote de los espejos es elástico o inelástico ? Si el fotón es absorbido y reemitido con la misma frecuencia, entonces el rebote es elástico y el fotón no pierde energía. Entonces continuaría por los siglos de los siglos.

Pero, ¿y si pierde energía con cada rebote? Bueno, sus dos espejos forman una cavidad y si apelamos al aspecto de onda de la luz, solo se permiten ondas con longitudes de onda que "encajan" en la cavidad, por lo que habría una longitud de onda mínima permitida, λ 0 con λ 0 = L / 2 dónde L es la distancia entre sus espejos y dado que la energía y la longitud de onda de un fotón están íntimamente relacionadas, esto significa que el fotón en su cavidad tiene una energía mínima por debajo de la cual no puede caer.

Si agrega el concepto de calor/temperatura/entropía a la mezcla, lo que obtendrá es que las paredes (espejos) están en equilibrio térmico con los fotones en su cavidad: parte de la energía se almacena en las paredes y parte en los fotones De hecho, considerar la situación de tomar una cavidad a cierta temperatura y observar la naturaleza de la luz que sale de ella (si le haces un pequeño agujero) es uno de los fenómenos que llevaron al descubrimiento de la física cuántica.

Algunos conceptos erróneos: un fotón no tiene "carga electromagnética", es una partícula sin masa ni carga. Ahora, ¿qué pasa si su energía "se acaba"? Entonces simplemente deja de existir. No hay fotón sin energía.

calificar "deja de existir" por tal vez: es tan bajo en el espectro de infrarrojos que se absorbe en una transición vibratoria qm de una molécula. a partir de la conservación del momento, perderá energía en cada rebote, lo que reducirá la longitud de onda, pero Josh pregunta si los espejos tienen una masa infinita.
Esto puede sonar estúpido, pero sé que un fotón no tiene masa ni carga, pero al mismo tiempo se dice que es "una partícula elemental, el cuanto de luz y todas las demás formas de radiación electromagnética, y el portador de fuerza de la radiación electromagnética". fuerza" . Así que no tiene carga, pero lleva energía... es energía incluso... ¿qué? ¿OMS? ¿cómo? *_-
Además: si un fotón deja de existir si la energía "se agota", ¿no debería quedarse con una partícula de bosón de calibre vacía?
No, un fotón no puede "quedarse sin" energía independientemente de sus otras propiedades. Técnicamente, si un fotón "pierde" energía, lo que realmente sucede es que un fotón de cierta energía inicial mi 1 es absorbido/destruido y un nuevo fotón de alguna nueva energía mi 2 se emite. "Quedarse sin energía" significa que nunca se emite un nuevo fotón. Eso puede suceder si un cristal absorbe un fotón y la energía se vuelve a emitir como vibraciones de red en lugar de un nuevo fotón.
@Lagerbaer: Lamento ser tan grueso, me obsesioné con que el bosón de calibre es materia, y la materia debe conservarse en todo momento ... Descubrí, ahora, que la materia no está perfectamente conservada, aunque yo También aprendí que, aunque no tengan masa, los fotones aún agregan masa . De todos modos, tengo suficiente material para estudiar este asunto (sin juego de palabras) durante un par de días/semanas... mientras tanto: ¡Gracias por la información!
Bueno, la materia y la energía son equivalentes, por lo que la materia se puede convertir en energía. Sólo se conserva la energía.

Plantee la misma pregunta con parámetros ligeramente diferentes. En lugar de espejos paralelos que viajan hasta el infinito, construya una esfera donde el interior sea reflectante (léase: espejo). Luego haga un vacío en la esfera para que no haya nada que frene el fotón. Luego, inyecte el fotón en cualquier ángulo y se reflejará para siempre a la velocidad de la luz y, al hacerlo, permitirá que la esfera se vuelva incandescente (sin el calor, por supuesto).

¿Por qué no pensé en una esfera? Habría hecho las cosas mucho más fáciles. Entonces, una esfera perfecta, con una superficie reflectante perfecta en el interior, haría que el fotón rebotara para siempre. No hay pérdida de energía causada por el fotón, efectivamente, chocando con la esfera. Si tuviéramos un dispositivo que fuera capaz de medir la luz dentro de la esfera, sin romper el sistema necesariamente cerrado, veríamos un flujo radiante constante, ¿correcto?
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