Werden Photonen langsamer?

Wir können die Hin- und Rückgeschwindigkeit mit der Geschwindigkeit entlang einer polygonalen Bahn vergleichen.

Verwenden Sie eines dieser Modelle

• Das Licht verliert bei jedem Aufprall den gleichen Bruchteil an Geschwindigkeit

• Das Licht verliert bei jedem Aufprall gleich viel Geschwindigkeit

• Das Licht wird nur beim ersten Aufprall langsamer (keine Ahnung warum, aber lass uns damit laufen)

die gemessene Polygonbahngeschwindigkeit wäre langsamer als die Hin- und Rückgeschwindigkeit.

Und es gibt mehrere Klassen von Interferometern, die polygonale Lichtwege verwenden, daher wird das Experiment regelmäßig als Nebeneffekt durchgeführt.

Die Gleichungen, die die Lichtreflexion von einer Oberfläche bestimmen, sind klassische Elektrodynamik oder, wenn Sie es wirklich ernst meinen, Quantenelektrodynamik. Beide sind zeitsymmetrisch, dh wenn wir uns austauschen$t$für$-t$die Gleichungen beschreiben die zeitliche Entwicklung immer noch richtig. Diese Symmetrie wird T-Symmetrie genannt .

Aber wenn das Licht nach dem ersten Aufprall langsamer würde, würde dies eine Zeitasymmetrie einführen, denn wenn wir die Zeitrichtung umkehren, würden wir einen Lichtstrahl erhalten, der seine Geschwindigkeit nach dem ersten Aufprall erhöht. Wenn eine solche grobe Zeitasymmetrie existierte, würde dies bedeuten, dass sowohl die klassische als auch die Quantenelektrodynamik spektakulär versagen würden, und solche Fehler wären in Experimenten sofort nachweisbar. Unser Versäumnis, eine Verletzung der T-Symmetrie zu erkennen, deutet darauf hin, dass Licht bei Reflexion seine Geschwindigkeit nicht ändern kann.

Zufällig gibt es sehr, sehr kleine Verletzungen der T-Symmetrie, und wir haben es kürzlich geschafft, experimentelle Beweise dafür zu finden. Diese Verletzungen sind jedoch mit der schwachen Kraft verbunden, nicht mit der elektromagnetischen Kraft, und sie haben keinen Einfluss auf die Lichtgeschwindigkeit.

Kurz gesagt, wir können es nicht. Jede Messung der Lichtgeschwindigkeit, bei der sich Licht nur in eine Richtung ausbreitet, erfordert die Synchronisierung von Uhren an Quelle und Ziel. Jedes Synchronisationsschema geht notwendigerweise davon aus, dass die Lichtgeschwindigkeit in beiden Richtungen gleich ist (aufgrund von Zeitdilatationseffekten durch das Auseinanderbewegen der Uhren), sodass keine Messung tatsächlich durchgeführt werden kann, ohne die Schlussfolgerung anzunehmen. Wir wissen nur, dass die Durchschnittsgeschwindigkeit eines Lichtstrahls auf einer Hin- und Rückfahrt gleich der Lichtgeschwindigkeit ist. Hier ist ein Wikipedia-Artikel zu diesem Thema .

Ein Universum, in dem sich Licht in eine Richtung schneller bewegt als in eine andere, erscheint jedoch äußerst seltsam. Das Universum sieht in einer Richtung nicht anders aus als in der anderen, aber Licht würde sich auf völlig unbeobachtbare Weise schneller in eine Richtung ausbreiten. Diese Art von Mysterium würde an eine kosmische Verschwörung grenzen, um die bevorzugte Reiserichtung des Universums zu verbergen.

Da die Annahme, dass sich Licht in alle Richtungen mit der gleichen Geschwindigkeit ausbreitet, es uns ermöglicht, sehr genaue Vorhersagen über das Verhalten des Universums und vieler Dinge darin zu treffen, fühlen sich Wissenschaftler mit dieser Annahme wohl. Wenn sich Licht mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten in verschiedene Richtungen bewegt hat, scheint die Relativitätstheorie diese Tatsache perfekt vor uns zu verbergen, sodass es sowieso nicht wirklich wichtig zu sein scheint.

Werden Photonen langsamer?

Ja, ein Photon, das sich nach unten bewegt, wird langsamer. Wenn es von einem Spiegel auf dem Boden reflektiert wird und sich dann nach oben bewegt, wird es schneller. Das wissen nicht viele Menschen, aber es ist wahr. Sehen Sie , ist die Lichtgeschwindigkeit überall gleich? geschrieben von Don Koks, dem PhysicFAQ-Redakteur. Siehe auch die Einstein Digital Papers . Einstein sagte: "Eine Krümmung von Lichtstrahlen kann nur auftreten, wenn die Lichtgeschwindigkeit räumlich variabel ist" . Die Lichtgeschwindigkeit variiert in dem Raum, in dem Sie sich befinden. Wenn dies nicht der Fall wäre, würde sich das Licht nicht krümmen und Ihr Bleistift würde nicht herunterfallen. Licht krümmt sich nicht, weil die Raumzeit gekrümmt ist. Die Raumzeitkrümmung hängt mit der Gezeitenkraft zusammen, nicht mit der Schwerkraft.

Wenn c die Lichtgeschwindigkeit in zwei Richtungen ist und wir die Geschwindigkeit in eine Richtung nicht messen können, woher wissen wir dann mit absoluter Sicherheit, dass Photonen nach dem ersten Abprallen von einer reflektierenden Oberfläche nicht an Geschwindigkeit verlieren?

Du nicht. Das liegt an der Wellennatur der Materie. Es ist, als ob Sie versuchen würden, die Länge Ihres Schattens mit dem Schatten Ihres Lineals zu messen. Sie messen es immer gleich.

Wenn wir es nicht genau wissen, können wir dann mit Sicherheit sagen, dass sich die emittierten Photonen mit der gleichen Geschwindigkeit bewegten wie die, die von der Oberfläche abprallten?

Nein. Da refraktive Materialien jedoch nicht dazu neigen, unterschiedliche Wellengeschwindigkeiten in verschiedenen Richtungen aufzuweisen, sollten Sie dies nicht von Vakuum erwarten. IMHO ist es wichtiger, darüber nachzudenken, wie Sie die Lichtgeschwindigkeit unverändert messen, wenn Sie sich auf die Quelle zubewegen. Die Leute sagen, dass dies auf die spezielle Relativitätstheorie zurückzuführen ist, und Sie müssen es einfach akzeptieren. Aber du nicht. Robert Close erklärt es hier . Wenn Sie zusammen mit Ihren Stäben und Uhren aus Schall wären, würden Sie die Schallgeschwindigkeit immer gleich messen.

Beachten Sie, dass Einstein sein SR-Postulat aufgab, dass die Lichtgeschwindigkeit konstant ist. Siehe dieses Beispiel von 1915 in den digitalen Papieren von Einstein : "Der Verfasser dieser Zeilen ist der Meinung, dass die Relativitätstheorie noch verallgemeinert werden muss, in dem Sinne, dass das Prinzip der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit aufgegeben werden soll ".