Hat Licht eine "senkrechte Trägheit"?

Wenn Sie über Photonen sprechen, dann ist ihr Impuls ($p=\hbar k$) oder deren Wellenvektor:

transformiert sich wie ein 4-Vektor und das war's.

Wenn Sie von einer Quelle sprechen, die kohärentes Licht emittiert, dann hat ein Laser (oder eine kohärente Antenne) eine Ebene, von der aus das Licht emittiert wird. Diese Ebene hat eine konstante Phase darüber. Wenn Sie in einen Rahmen eintreten, der sich parallel zu dieser Ebene bewegt (die senkrecht zum Laserlicht oder Funksignal steht), induziert die Relativität der Gleichzeitigkeit eine Phasenrampe über diese Ebene, die die Strahlrichtung berücksichtigt.

Beachten Sie, dass die Phase offensichtlich ein Lorentz-Skalar ist, alle sind sich einig:

sie sind sich einfach nicht einig$t$Und$\vec x$(noch$\omega$Und$\vec k$).

Diese Antwort bedeutet, dass Ihre Prämisse falsch ist: Wenn Sie die Gleichung für einen sich bewegenden Laser lösen, werden Sie feststellen, dass Licht nicht senkrecht zur Öffnung emittiert wird. Niemand löst einen sich bewegenden Laser, aber er ist nicht handhabbar. Daher erwähne ich die Antenne. Es ist einfacher zu modellieren, zB ein sich nähernder Dipol$c$: Die Lösung wird eine Hauptkeule haben, die nicht senkrecht zum Dipolelement steht. Oder, wenn Sie mit einer Phase-Array-Antenne vertraut sind, wird sie gesteuert, indem eine Phrasenrampe über die Oberfläche gelegt wird. Die "Neigung" in der Zeitachse für verschiedene Beobachter ist genau eine Phasenrampe über der Oberfläche.

Die Phase ist eine Lorentz-Invariante: Alle sind sich einig, was sie ist. In einem Rahmen, in dem die Quelle stationär ist, ist die Phase also zu jedem Zeitpunkt über das Ganze gleich. Für einen verstärkten Beobachter ist ihre Definition von "zu jedem gegebenen Zeitpunkt" für verschiedene Positionen entlang der Oberfläche unterschiedlich, daher sehen sie eine Phasenrampe, daher wird der Strahl von der Normalen abgelenkt.

Es besteht keine Notwendigkeit, „Photonenträgheit“ zu beschwören oder zu fragen, woher das Licht weiß, dass sich die Quelle bewegt: Die Quelle muss eine physikalische Ausdehnung haben, um einen Strahl zu erzeugen, und das bedeutet, dass verschiedene Rahmen an verschiedenen Positionen im Inneren unterschiedliche Definitionen von „jetzt“ haben Quelle, und das erklärt die Richtung der Emission.

Ich denke, die Antwort auf Ihre Frage finden Sie in den Kommentaren dieses Beitrags: Photon: Geschwindigkeit und Masse .

Zusammenfassend lautet die Antwort Ja und Nein, vor allem, weil das Konzept der Trägheit weitgehend davon abhängt, wie es definiert wird, was je nach Situation unterschiedlich ist.

Ein Photon an sich hat keine Trägheit, da die Masse nach den meisten Standarddefinitionen ein Maß für die Trägheit ist. Da ein Photon keine Masse hat, hat es nach dieser Definition keine Trägheit. Sie können dies genauer beschreiben, indem Sie sagen, dass ein Photon kein Eigenzustand des Massenoperators ist,$E^2 - |\vec{p}|^2$, hat also keine wohldefinierte Masse.

Abgesehen davon kann man sich Situationen ausdenken, in denen wir eine „Masse“ eines Systems definieren können, das ein einzelnes Photon enthält, obwohl Sie die Trägheit des Systems quantifizieren, nicht die Trägheit des Photons. Nehmen Sie zum Beispiel die Situation, die in den Kommentaren über den obigen Link beschrieben wird:

Angenommen, Sie haben ein Photon in einer masselosen Box. Um diese Kiste auf eine Geschwindigkeit zu beschleunigen$v$, müsste man gleich einen Impuls aufbringen$Ev/c^2$, daher hat das System Ruhemasse (und Trägheit) gleich$E/c^2$.

In Bezug auf Ihre Verwirrung über den Unterschied zwischen dem Photon außerhalb des Raumschiffs und dem darin ist das leichter zu verstehen, wenn Sie an das Photon außerhalb des Raumschiffs denken (siehe http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/ hbase/Relativ/relmom.html ). Grundsätzlich haben Photonen einen Impuls$|\vec{p}|=h\nu/c$, sodass sie die Lorentz-Transformationen entsprechend befolgen können. Das führt zu Dingen wie Rotverschiebung. Die Energie und der Impuls des von Ihnen gemessenen Photons hängen wie bei allen anderen Dingen von Ihrem Bezugssystem ab.

Das Problem ist wirklich ähnlich wie in dem erwähnten Beitrag beschrieben. Wenn dort gesagt wird: Lichtstrahl in vertikaler Richtung, wird dafür irgendein Trägheitsrahmen angenommen. Es könnte ein Bahnsteig, ein Zug oder ein anderes Schiff sein. Wir führen dann die Berechnung für ein anderes Inertialsystem durch, das sich in bewegt$x$Achsenrichtung des ersten Rahmens.

Es sei darauf hingewiesen, dass der Bahnsteig zum Erdrahmen gehört, der sich mit mehr als 100000 km/h zu einem solarbasierten Rahmen bewegt.

Die eigentliche Grundlage der speziellen Relativitätstheorie ist, dass nicht nur die Gesetze der Mechanik, sondern auch des Elektromagnetismus für alle Inertialsysteme gelten. Und dazu gehören EM-Wellen, die aus Maxwell-Gleichungen stammen.

Stellen Sie sich vor, ein elektrischer Wasserkocher wird in einem fahrenden Zug eingeschaltet. Das Wasser beginnt an Masse zuzunehmen. Wenn es an Masse zunimmt, gewinnt es an Schwung. Stellen Sie sich vor, die Energie kommt von einer Batterie, die an Masse verliert, sodass ihr Impuls abnimmt. Der Gesamtimpuls des gesamten Zuges ändert sich nicht, da keine Kraft den Zug antreibt.

Stellen Sie sich nun anstelle des Kessels ein Spielzeugauto vor, das senkrecht zur Bewegung des Zuges beschleunigt. Der Gesamtimpuls von allem darf sich nicht ändern, und die Batterie verliert immer noch an Impuls. Das Spielzeugauto muss also einen Längsimpuls gewinnen, wenn es senkrecht beschleunigt.

Woher weiß das Spielzeugauto, dass es Längsimpuls bekommen muss? Nun, die Energie, die das Auto gewinnt, enthält den Längsimpuls, den das Auto gewinnt. Sehr einfach.

Was ist, wenn der fahrende Zug Energie von elektrischen Oberleitungen aufnimmt und die Energie in der Batterie speichert? Jetzt enthält die Energie keinen Impuls, also gewinnt der Zug nicht an Schwung, obwohl er an Masse gewinnt. Es verlangsamt sich also.

Oh ja, die Frage betraf Licht. Nun, wir könnten einen senkrechten Lichtimpuls von beiden Seiten schieben, wodurch seine Energie, sein senkrechter Impuls und sein Längsimpuls erhöht werden. Ich meine, das Licht zwischen Spiegeln zu quetschen.

Anstelle von elektrischen Oberleitungen könnte ein Laser auf dem Bahnsteig senkrecht zu den Gleisen schießen, und der Zug sammelt dann diese Energie. Vielleicht ist es so einfacher zu akzeptieren, dass der Zug langsamer wird.