Kann man auf ein Lichtteilchen Kraft ausüben?

Ich weiß, die universelle Geschwindigkeitsbegrenzung ist die Lichtgeschwindigkeit C . Ist es also möglich, auf ein Lichtteilchen mehr Kraft auszuüben? Was würde damit passieren, wenn wir könnten?

Ich habe versucht, eine ähnliche Frage zu finden, bin gescheitert und habe aufgegeben. Aber danke für das Verständnis, das Sie mir entgegengebracht haben.

Antworten (1)

Eine Kraft ist definiert als eine Impulsänderung über die Zeit. In der Newtonschen Grenze bedeutet dies Masse mal Beschleunigung. Aber wenn es um Dinge wie Photonen geht, wird die formale Definition angewendet.

Photonen haben keine Masse, nur Impuls. Wenn also eine Kraft auf sie ausgeübt wird, kann ihr Impuls geändert werden. Dies kann auf zwei wichtige Arten geschehen: Eine Kraft kann die Richtung oder die Größe des Impulses ändern. Eine Richtungsänderung bedeutet, dass das Licht reflektiert, gestreut, gebrochen oder gekrümmt wird. Das Ändern der Größe bedeutet, dass die Frequenz des Lichts geändert wird. Die Schwerkraft kann dies ebenso erreichen wie eine Reflexion von einem sich bewegenden Objekt (nichts kann ein Photon von hinten treffen, daher muss jede Impulsänderung durch das Auftreffen auf das Photon es reflektieren).

Gravitation kann Kraft auf Photonen ausüben und tut dies auch. Beim Eintritt in einen Gravitationsschacht fällt das Photon hinein. Es gewinnt an Schwung, wie die meisten nach innen fallenden Objekte, was die Frequenz blau verschiebt. Beim Verlassen eines Gravitationsbrunnens verliert das Photon an Impuls, was die Frequenz rot verschiebt.

Hallo. Ich fand das eine sehr gute und interessante Antwort. Können Sie sagen, ob Sie andere Phänomene in Ihrem Kopf haben, die eine Änderung der Frequenz des Lichts bewirken könnten? Danke schön.
@ConstantineBlack Das kommt darauf an. Muss das ursprüngliche Photon intakt bleiben? Damit meine ich, ändert sich einfach die Frequenz? Oder könnte in diesem Fall ein Prozess zählen, der ein Photon verbraucht und ein anderes mit einer anderen Frequenz erzeugt?
Ich denke, der zweite könnte genauso gut zählen wie der erste. Was ich im Sinn habe, ist, ob die Ausbreitung von Licht von einem Mittel zum anderen irgendwie seine Frequenz ändern könnte, und, wie bereits erwähnt, ob wir im Allgemeinen andere Phänomene finden können, die die Frequenz des Photons ändern könnten. Also, wenn Sie das näher erläutern könnten, würden Sie mir eine große Hilfe anbieten. Betrachten Sie also, wenn Sie können, beide von Ihnen erwähnten Fälle. Danke.
@ConstantineBlack Die Frequenz kann durch Raumausdehnung, spontane Paarbildung, Streuung, Rot/Blau-Verschiebung verändert werden. Dies könnte besser als eigenständige Frage geeignet sein. Sehen Sie nach, ob dies schon einmal gefragt wurde, und stellen Sie es andernfalls als neue Frage. Das würde mehr Raum für gründliche Antworten geben
"eine Kraft kann die Richtung ändern" - wie überträgt das Energie? Interessanterweise erwähnt Ihre Antwort die "gravitative Blauverschiebung", die in krassem Gegensatz zu Einsteins Photon von der Sonne steht, das in der Richtung geändert wird - nur nicht in der Wellenlänge. Also nicht in Energie? Bei vollständig "elastischer Streuung" gibt es irgendeine Kraft, die "wirkt". Bedeutet die Richtungsänderung eine Energieänderung des Photons oder des brechenden Teilchens? Mit Radialkraft und Masse tut es das. Denkanstoß - Die Richtung des masselosen Photons könnte eine Kraft sein, die ohne Reaktion wirkt (warum sollte ein Photon die Erde wie eine Nadel anziehen).
"Eine Kraft ist definiert als eine zeitliche Änderung des Impulses." - Wie Sie die Blauverschiebung erwähnen, könnte ein Photon, das "hineinfällt", von der Erde (oder dem Mond, Einsteins Anekdote, Sonnenfinsternis) abgelenkt worden sein, und mangels Masse sollte dies daher keine Impulsänderung sein keine Kraft angewendet, was wie ein Paradoxon klingt. Dann gibt es „Zeit“: Ist „keine Zeit“ beteiligt, wenn ein Photon in einem Spiegel ohne Frequenzänderung (Farbe) gebrochen wird, also keine Kraft und keine Impulsänderung bei vollständig „elastischer Streuung“?
@PeterBernhard Die Energie eines Photons entspricht seiner Impulsgröße mal der Lichtgeschwindigkeit in einem Vakuum. Eine Änderung der Energie eines Photons ändert somit seinen Impuls. Eine Richtungsänderung würde auch den Impuls ändern, aber nicht die Energie. Gravitationsablenkung ist ein Beispiel für Richtungsänderungen. Blauverschiebung ist ein Beispiel für wechselnde Energie. Beide verändern den Impulsvektor über die betrachtete Zeit.
Sehr klare und hilfreiche Beratung, vielen Dank. Nur eine Sache: Es versteht sich, dass es "immer" um Zeit geht, und es gibt immer ein Delta? Momentum soll ein Vektor sein, aber die Richtung habe ich nie in Formeln über die beobachtete Zeit erwähnt gesehen. Gravitationsablenkung kann man sich als gekrümmte Linie vorstellen; Die Reflexion in einem Spiegel scheint augenblicklich. Welche Zeit bräuchte das Delta für Richtungswechsel eines Photons im Spiegel...?
@PeterBernhard Ich kenne das Limit für die erforderliche Zeit nicht aus der Hand, aber ich weiß, dass es sehr klein ist. In der Größenordnung der Planck-Zeit. Das ist für eine allgemeine Richtungsänderung. Was es bei Spiegeln noch einfacher macht, ist, dass der Photonenimpuls nicht einfach umgekehrt wird. Photonen werden vom reflektierenden Medium absorbiert und als identische Photonen mit gespiegeltem Impuls wieder emittiert. Das hilft, Diskontinuitäten in der Ableitung zu beseitigen
Ich werde aufhören zu kommentieren, aus Angst, aus dem Chat entfernt zu werden. Vielleicht möchten Sie in Ihrer Antwort oder in Ihrem Kommentar sagen, wie die Formel "Beim Betreten eines Schwerkraftbrunnens" lautet, was für Anfänger hilfreich wäre: Bitte schreiben Sie die Formel für die Blauverschiebung. Warum schreiben Sie dann nicht die Formel für "Eine Richtungsänderung bedeutet, dass das Licht reflektiert, gestreut wird ...". Vielen Dank für all die Ratschläge, die Sie gegeben haben!
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