Überträgt Licht (Photonen) Impuls wirklich direkt zwischen Emission und Absorption?

Ein Raum-Zeit-Diagramm könnte hier helfen. Licht bewegt sich ununterbrochen entlang einer Null-Geodäte, sodass das Raumzeitintervall für a null ist$45^{\circ}$Linie auf dem Diagramm. Reflexionen sind jedoch eine andere Sache, da es eine damit verbundene Änderung des Inertialrahmens gibt. Vergleichen Sie mit dem Zwillingsparadoxon, wo ein Zwilling mit gleichförmiger Geschwindigkeit zu einem anderen Planeten reist,$turns$, und kehrt zurück. Es gibt ein Zurücksetzen von Uhren und Trägheitsrahmen, die mit dem Drehen verbunden sind.

Im Diagramm sind die vertikalen Linien M und N stationäre Spiegel, die Linien at$45^{\circ}$ist die Weltlinie des Photons. Beachten Sie, dass sich die graue Linie auf einer höheren Höhe befindet, was bedeutet, dass sie sich nicht mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegt. Diese Linie misst das Raumzeitintervall zwischen den Ereignissen A und D, die hier Emission bzw. Detektion darstellen. Das Intervall ist zeitähnlich, nicht null, wie Sie sehen können.

Der Impuls von Photonen ändert sich bei Reflexion als Ergebnis der Richtungsänderung des Photons. Die Aussage, dass das Raumzeitintervall null ist, gilt hier also nicht.

Der Kern Ihrer Frage liegt in diesen beiden Absätzen:

In diesem Aufbau sollen Emission und Absorption durch einen Raumzeitabstand von 0 getrennt sein, also soll laut Beschreibung der Impuls zwischen emittierendem und absorbierendem Atom (Objekt) direkt übertragen werden.

Zur Verdeutlichung, mit direkt meine ich, dass das Licht (Photonen) die Kausalität zwischen dem Emitter und dem Absorber überträgt, und sie tun dies ohne Änderung ihres Impulses (des Lichts / der Photonen) dazwischen.

„Direkt“ ist kein Fachbegriff. „Transferkausalität“ auch nicht. Und die Verwendung des Possessivpronomens „ihr“ ist in Ihrem speziellen Szenario schlecht definiert.

Wenn "die beiden Ereignisse einen Raumzeitabstand von 0 haben" Ihre Definition von "direkt" hier ist, dann ist dies natürlich trivialerweise richtig.

Aber die umgangssprachliche Bedeutung von „direkt“ wäre auf solche Situationen schwer anwendbar, zB das Ereignis der Emission eines Photons von der Oberfläche eines Sterns in Andromeda und seine Absorption in einem menschlichen Auge auf der Erde haben ebenfalls eine Raumzeit Entfernung von Null, aber die meisten Leute würden nicht sagen, dass das Photon den Impuls vom Stern auf das Auge "direkt" übertragen hat - es hat dazwischen Millionen von Lichtjahren zurückgelegt!

Unabhängig von den Ablenkungsmanövern der Raumzeitintervalle gibt es ein noch größeres Problem bei der Formulierung der Frage – die Vorstellung, dass „das Photon“ existiert und auf „seiner“ Reise zwischen den Spiegeln verfolgt werden kann. Wie Sie wissen , kann man sich vorstellen, dass Spiegel funktionieren , indem sie das einfallende Photon absorbieren und ein Photon mit der neuen Richtung emittieren. In jedem Fall sehen wir, auch ohne zu wissen, was im Inneren des Spiegels vor sich geht, von außen „ein Photon geht rein, ein Photon kommt heraus“.

Da Photonen mit der gleichen Wellenlänge nicht unterscheidbar sind, gibt es keine sinnvolle Möglichkeit zu fragen, ob das auf Ihr Atom einfallende Photon dasselbe Photon ist, das Sie emittiert haben, also gibt es auch keine sinnvolle Möglichkeit zu fragen, ob „es“ etwas mit dem Zielatom gemacht hat. direkt", was auch immer das bedeutet, denn es gibt keine eindeutig identifizierbare Entität, auf die sich "es" hier beziehen kann.

Elementarteilchen sind sehr private Kreaturen, der Versuch, sie mit Identitäten zu versehen, ist selten sinnvoll oder nützlich.

(Kann eine Null-Geodäte eine Spiegelreflexion enthalten)?

Nein, eine Null-Geodäte kann keine Reflexion enthalten. Der Begriff „null geodätisch“ besteht aus zwei Teilen: „null“ und „geodätisch“.

„Null“ bedeutet, dass es ein Weg ist, den das Licht nehmen kann. In diesem Fall ist der Pfad ein Nullpfad. Also entlang des Zick-Zack-Pfads, den wir haben$\int g_{\mu \nu} dx^{\mu} dx^{\nu}=0$genau wie jeder andere Nullpfad.

„Geodätisch“ bedeutet, dass der Pfad gerade verläuft. Formal$\frac{d^2}{d\lambda^2}x^{\mu} +\Gamma^{\mu}_{\nu\eta} \frac{d}{d\lambda}x^{\nu} \frac{d}{d\lambda}x^{\eta}=0$Dies gilt nicht für den Zickzackpfad und ist insbesondere an den Spiegeln ungleich Null.

Obwohl der Pfad null ist, ist er keine Geodäte und daher keine Null-Geodäte

Die Spiegel dazwischen erhalten einen sogenannten Strahlungsdruck, dh das Licht (Photonen) übt Druck auf beide Spiegel aus

Wenn der Nullpfad von einem geodätischen Pfad abweicht, ändert sich der Tangentenvektor. Das bedeutet, dass es eine Impulsänderung gibt, die genau der erwähnte Strahlungsdruck ist.

Es steht außer Frage, dass Licht einen Körper beschleunigen kann. Beispiele sind die Sonne und ein Sonnensegel im freien Weltraum, das rotverschobene Licht eines Spiegels (mit der Impulsübertragung von den Photinen zum Spiegel) oder die Beschleunigung eines Elektrons im Weltraum mit dem Licht eines Lasers.

In allen Fällen wird das Photon absorbiert. Die reemittierten Photonen haben eine längere Wellenlänge / sind energieärmer. Im Allgemeinen ist dies die Antwort auf Ihre Frage. Jede Emission bewirkt eine negative Beschleunigung für das emittierende Teilchen und die Übertragung dieses Impulses auf das absorbierende Teilchen.

Der Fall mit den Spiegeln muss berücksichtigen, dass es keinen idealen Spiegel gibt. Unter keinen Umständen wechselwirkt ein einfallendes Photon - sei es so schwach wie nur möglich - mit den subatomaren Teilchen des Spiegels und das angeregte Elektron gibt die empfangene Energie an die anderen Teilchen des Spiegels ab. Die reemittierten Photonen sind also in jedem Fall langwelliger. An jedem Spiegel findet ein Energieverlust statt. Übrigens ist dies der Grund für das thermodynamische Gesetz der Nichtexistenz eines Perpetuum Mobile.

Reflexion ist eine Wechselwirkung von Licht mit Materie, die ein Prozess der Quantenmechanik ist. Also, selbst wenn man das gesamte Raumzeitintervall in Ihrem Aufbau als gleich Null betrachtet, ist dies keine direkte Übertragung von Photonen im Vakuum.

Auch aus praktischer Sicht soll ein Spiegel normalerweise aus Massenteilchen bestehen. Das bedeutet, dass es im Vakuum keine Ausbreitung von Photonen gibt.