Mechanismus für das von Photonen erzeugte Gravitationsfeld

Das ist cool, weil$E=mc^2$kann als eine Art Unsicherheitsrelation fungieren; wenn Sie eine Population von Photonen mit Energie haben$E$, sie werden mit einer Masse erzeugt$\frac{E}{c^2}$, egal was meine Intuition sagt. (Ist das richtig?)

Nein, es ist nicht ganz richtig. In der Relativitätstheorie stellt sich heraus, dass Energie und Impuls Teile eines einzigen vierdimensionalen Vektors sind, der phantasievoll "Vierimpuls" genannt wird, und Masse einfach die Länge dieses Vektors ist. Die allgemeine Beziehung ist$(mc^2)^2 = E^2 - (pc)^2$, was vereinfacht zu$E = mc^2$gerade im Fall von Nullimpuls.

Wenn Sie also Photonen in einer Richtung haben, dann hat jedes von ihnen Energie$E = pc$, und es gibt keine Masse. Aber wenn Sie Photonen in entgegengesetzten Richtungen, aber mit gleicher Energie haben, dann ist der Gesamtimpuls Null und Sie haben eine Gesamtmasse.

Stellen Sie sich intuitiv eine Kiste mit vernachlässigbarer Masse vor und füllen Sie sie mit vielen Photonen mit einem Gesamtimpuls von Null. Wenn Sie versuchen, die Box in eine Richtung zu beschleunigen, werden die Photonen, die auf eine Seite kommen, rotverschoben, wodurch auf dieser Seite weniger Impuls auftrifft, und auf der anderen Seite stattdessen blauverschoben. Daher erfordert die Beschleunigung eine Kraft, sodass wir die positive Masse der gefüllten Kiste messen können (mehr als eine leere).

Ihr Hauptfehler ist jedoch, dass Sie denken, dass Masse die Gravitationsladung ist. Es ist nicht, trotz Newtons Denkens – es ist tatsächlich Energie . Es ist einfach jede Masse hat Energie$mc^2$und dies dominiert normalerweise alle anderen Energieformen unter normalen Bedingungen. Da das Gravitationsfeld Spin-2 ist, ist jedoch nicht nur Energie wichtig – siehe Stress-Energie-Tensor.

Meine eigentliche Frage ist also, kann ein Photon in jedem Modell von Teilchenwechselwirkungen direkt ein Gravitationsfeld erzeugen? Zum Beispiel so etwas wie ein Feynman-Diagramm mit einem Photon und einem massiven Teilchen, die mit einem Graviton verbunden sind.

Die Einstein-Feldgleichung ist völlig klassisch, daher werden Gravitonen nicht einmal erwähnt. Aber ein Photon kann ein Gravitationsfeld erzeugen, weil es Energie hat, die die Gravitationsladung ist.

Dies ist ähnlich wie bei den Maxwell-Gleichungen egal, woher die elektrische Ladung kommt, ob sie kontinuierlich ist oder aus diskreten Teilchen besteht, oder welche Art von Austauschwechselwirkungen unter der Haube ablaufen - es sagt nur, dass, wenn Sie solche haben - und-solche Ladungsverteilung, dann wird das elektromagnetische Feld auf diese und jene Weise damit in Beziehung stehen.

Hier gibt es eine klassische Behandlung des Gravitationsfeldes eines Photons . Ich muss gestehen, die Details sind mir schleierhaft, aber im Grunde sieht das Gravitationsfeld eines Photons wie eine Gravitationswelle aus. Dies ist sinnvoll, da ein Photon sich fortbewegt$c$und daher auch sein Gravitationspotential. Es ist vernünftig, dass das Ergebnis wie eine sich ausbreitende Gravitationswelle aussehen würde$c$.

Wenn Sie nach einer Quantenbeschreibung fragen, gibt es meiner Meinung nach keine Antwort, da wir keine Theorie der Quantengravitation haben.

Was meinst du mit "Unschärferelation"? Ich scheine es nicht zu verstehen.

Wie auch immer, Photonen können direkt ein Gravitationsfeld erzeugen und sollten in Feynman-Diagrammen über ein Graviton mit massiven (oder jedem anderen Teilchen mit Energie) Teilchen verknüpft werden können. Alles mit Energie interagiert mit der Gravitation. Ein solches Feynman-Diagramm sollte möglich sein. Übrigens wissen Sie wahrscheinlich, dass es derzeit keine allgemein akzeptierte Quantentheorie der Gravitation gibt.

Außerdem werden Photonen NICHT mit Masse erzeugt. Sie interagieren durch Gravitation über ihre ENERGIE.