Wie groß ist die Masse eines Photons in nicht leeren Räumen?

Es ist ein bekanntes Ergebnis der speziellen Relativitätstheorie, dass das Photon keine Ruhemasse hat, denn damit ein Teilchen Lichtgeschwindigkeit erreichen kann, muss es die Ruhemasse Null haben. Ich werde darauf nicht weiter eingehen, aber der interessierte Leser kann diese Fragen für weitere Informationen sehen:

Wie kann ein Photon keine Masse haben und sich trotzdem mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen?

Warum können Photonen keine Masse haben?

Auch dieser Wikipedia-Link:

http://en.wikipedia.org/wiki/Photon#Experimental_checks_on_photon_mass

Jetzt ist meine Frage, was ist mit einem Photon im nicht leeren Raum? Es ist bekannt, dass sich Licht in nicht leeren Räumen etwas langsamer ausbreitet als im leeren Raum. Das bedeutet aber, dass das Photon keine Null-Ruhemasse haben kann, da jedes masselose Teilchen immer Lichtgeschwindigkeit erreichen sollte (siehe die Links oben)! Wie lässt sich das erklären?

Nehmen wir für den Moment an, dass die Antwort auf diese Frage darin besteht, dass das Photon in nicht-leeren Räumen tatsächlich eine extrem kleine Masse hat. Aber richten wir einen Lichtstrahl auf einen völlig leeren Glaskasten. Bevor es nun den leeren Raum in der Box erreicht, hat es die Geschwindigkeit c - ϵ , Wo ϵ eine kleine positive reelle Zahl ist. Sobald es den leeren Raum betritt, sollte es auf die exakte Lichtgeschwindigkeit ansteigen. Es ist jedoch ein Ergebnis der speziellen Relativitätstheorie, dass jedes Teilchen mit einer Masse ungleich Null, wie klein es auch sein mag, keine Lichtgeschwindigkeit erreichen kann.

Könnte das nicht bedeuten, dass das Photon tatsächlich eine Masse hat, aber eine sehr, sehr kleine, und dass es sich tatsächlich mit einer Geschwindigkeit bewegt, die geringer ist als die universelle Höchstgeschwindigkeit?!

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Antworten (1)

Eigentlich nein, es geht etwas anderes vor sich. In Materialien bewegt sich das Licht langsamer als C liegt daran, dass die Photonen gelegentlich auf Atome treffen und absorbiert und dann wieder emittiert werden. Die durchschnittliche Geschwindigkeit, mit der sie sich ausbreiten, ist also kleiner als die Lichtgeschwindigkeit. Zwischen den Wechselwirkungen mit den Atomen bewegt sich das Photon jedoch mit hoher Geschwindigkeit C . (Anmerkung: Dies ist eine Vereinfachung des realen quantenmechanischen Bildes, obwohl es die gleichen Ergebnisse liefert) Es gibt keinen Beweis dafür, dass das Photon eine Masse hat.

Die Ausnahme wären Supraleiter, wo das Photon eine Art effektive Masse annimmt, aber ich bin mit den Details dieses Prozesses nicht vollständig vertraut.

:Denken Sie an die Photonenausbreitung in einem transparenten Medium: Ist es wirklich so, dass ein erheblicher Teil der Ausbreitung auf echte Absorptions- und Reemissionsprozesse zurückzuführen ist? Wenn ja, müsste die Reemission nicht auf einer Übergangsfrequenz liegen? Ich kann sehen, dass die Berechnung des In-Medium-Propagators unter Verwendung virtueller Absorptions- und Reemissionsprozesse zu einer Verschiebung des Pols des Propagators führen würde, wodurch sich das Photon so verhalten würde, als hätte es eine effektive Masse, während es sich im Medium befindet, nicht wahr ?
@ twistor59: Ich würde denken, dass die Übergänge in den meisten großflächigen transparenten Festkörpern nahe am Kontinuum liegen würden, wenn Sie die Modi berücksichtigen, in denen die interatomaren Bindungen oszillieren dürfen. Ich bin kein Solid-State-Typ, also kann ich es nicht wirklich sagen.
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