如果一顆恆星相距一光年,那麼它到達地球時的光子有多大(從光子的角度來看)?如果光速下時間膨脹接近於零,我們是否可以假設今天從遙遠的恆星看到的光與發射時的年齡相同?
如果一顆恆星相距一光年,那麼它到達地球時的光子有多大(從光子的角度來看)?如果光速下時間膨脹接近於零,我們是否可以假設今天從遙遠的恆星看到的光與發射時的年齡相同?
光子無法透視。
如果我們有一個質點很大的粒子,我們可以想像得到一個參考幀,其中該粒子處於靜止狀態。然後我們可以從粒子的角度看到事物。但是沒有光子靜止的參照系。在每個參照系中,光子始終以光速運動。
如果我嘗試設置以光速移動的參照系,則存在奇異之處。宇宙沒有時間,整個空間被壓縮成兩個維度。因此,以非常真實的方式,光子沒有透視圖。我們只能在包含時間的參照系中考慮時間。說光子在我們的參照系中已經存在一歲,這是完全有道理的。那就是我們能說的最好的。
相對性為 $ s ^ 2 $ span>的量被定義為 $ t ^ 2-x ^ 2 $ span>,其中 $ t $ span>是兩個事件之間的時間差,而 $ x $ span>是位置差異(以 $ c = 1 $ span>為單位進行衡量)。如果 $ s ^ 2 $ span>為正,則其平方根為適當時間。如果為負,則 $-s ^ 2 $ span>的平方根是正確的距離。 (順便說一句,正確的時間/距離在Lorentz變換下是不變的,也就是說,在每個慣性參考系中它們都是相同的。)
正確的時間是對像在兩次事件之間經歷的時間。 。我們可以寫 $ x = vt $ span>,其中 $ v $ span>是物體的速度,然後我們有 $ s = \ sqrt {t ^ 2-(vt)^ 2} $ span>,我們可以排除 $ t $ span>來獲取 $ s = t \ sqrt {1-v ^ 2} $ span>。這是時間膨脹: $ v $ span>越大,固定的 $ t $ 。如果 $ v = c $ span>,則我們有 $ s = t \ sqrt {1-1} $ span> (請記住,我們的單位為 $ c = 1 $ span>),因此正確的時間為零。因此,在光子的發射和吸收之間沒有適當的時間(除了一些複雜性,例如光子通過透明介質傳播)。
因此,如果您接受適當的時間作為“年齡”,則光子沒有年齡。如果您有不同的定義,則可能有年齡。從這個意義上講,光子不會“體驗”時間,也不存在“從光子的角度來看”。這種影響的一個例子是中微子振盪。中微子有三種不同的味道,它們會在它們之間振盪。中微子是否具有質量曾經是未知的,但是中微子振蕩的事實使得它們必須具有質量。如果他們沒有質量,他們將以 $ c $ span>行駛,並且零時空。但是隨著時間的流逝會發生振盪,因此在 $ c $ span>處傳播的粒子將無法振盪。
即使您用“行進距離”代替正確的時間定義,也不能保證正確的距離。假設光子被星際氫氫吸收,然後以不同的波長重新發射,無論是新光子還是舊光子?
與光子相關的系統的時間沒有變化。因此,從技術上講,沒有任何碰撞的光子與恆星本身的年齡相同。
但是,當科學家引入“光子年齡”的概念時,他們大多會考慮它其波長的函數。因此,在黑洞紅色區域附近發射的光子將失去能量 $ E = h \ omega $ span>,從而增加了波長 $ \ lambda = c \ cdot 2 \ pi / \ omega $ span>到無限wavelenght(當您從 $ g_ {00} = 0開始時$ span>)。換句話說,這樣的光子將具有“無限年齡”。
因為光子是由遙遠的恆星發出的,所以它將根據哈勃定律體驗紅移 $ v = H \ cdot L $ span>。該紅移可以替代地與“光子老化”相關聯。根據廣義相對論,整個宇宙具有隨著曲率而擴展的趨勢,這將具有完全相同的含義。因此,從這個意義上講,“光子老化”將與GR中已經考慮的時空曲率相同,這將是重複的。
這取決於誰真正在進行測量。
有一個非常真實的感覺,儘管這裡的答案可能是淡化或不夠直接,您可以合理地說發出的光子是“凍結的”和“無生命的” ,也就是說,光子或任何其他無質量的粒子都不會經歷任何類型的內部變化或演化。 >
其他答案是正確的,表明不存在來自光子的“透視”之類的東西-但實際上,它的原因是賦予 重“無休止的光子”的想法:因為光子不能進行任何內部變化,所以不能擁有光子的“視點”,而這樣做的原因是它不會老化(在非常廣泛的生理意義)。為了讓您“體驗”,您的物質有機體需要經歷某種內部的動力-例如形成大腦內信息處理模式的神經元放電,這至少可以使您標記時間並標記接收到的信息。來自外部來源的信息。但是,光子也不能做到這一點。
從數學上講,光子“不老化”的概念可以根據其世界線的適當時間度量來給出:“長度”,或公制,在通常的Minkowski坐標下,在時空的任意兩個點 之間的曲線 $ \ gamma $ span> math-container“> $(t,x,y,z)$ span>,是
$$ \ tau = \ int_ \ gamma ds = \ int_ \ gamma \ sqrt {dt ^ 2-\ frac {1} {c ^ 2} \ left(dx ^ 2 + dy ^ 2 + dz ^ 2 \ right)} $$ span>
。實際上,這與我想問的問題最接近:雖然這不是“視角”,但卻是“絕對的”量度是“事物在空間兩點之間的過渡過程中已經老化了多少”。 -時間。對於光子, $ \ tau = 0 $ span>總是-它們是不老的。
但是,當然,從地球上某人的角度來看,這取決於我們的同時性標準。在Minkowski時空中,有一個自然的(但不是排他的)要使用的,即我剛才提到的“ Minkowski坐標”,設置值為 $ t $ span> ,這就是您通常聽到的光子,按照這個標準,光子是 1歲。不過,從廣義相對論的角度來看,實際上,光子更“相對論力學的“完整”理論,並且如果我們考慮平坦的時空情況,它不僅會失敗,而且對Minkowski坐標實際上沒有任何實質性要求。這是我上面提到的時空度量標準,因此,根本沒有一種完全坦率的非任意意義,“同步性”甚至根本沒有意義-最好談論“因果關係”和“因果關係”。 “:兩個時空點是否可以從一個時空點向另一個時空發送消息。
如果選擇此路線,則要採取有條理的 general 相對論自覺地認識到在這種情況下,我們可以做出的陳述是:“光子的發射幾乎沒有”因果關係到它們在地球上的接收,相交的間隔為零,因此“從他們自己的[非]觀點出發,”光子永不老化。發送光子然後返回的往返時間是兩年,除非您為我定義“現在”,否則說“現在”毫無意義。 $ \ beth_1 $ span>對於我來說,是您想使用的一種可能性。
因此,對您的問題“ 光子老化了嗎?”是
稍稍調整一下定義,以達到我敢打賭的目的,否。但是,如果我們選擇更具探索性,是 ,年齡一年。最後,這沒有道理。
不,我認為愛因斯坦說光速是固定的,它只會在與其他物體相互作用時才會降解,而且我們知道光子如果不受阻礙地保持在真空中會永遠持續下去,如果這樣的話就不會老化