Si un fotón no experimenta el tiempo, ¿cómo puede tener una frecuencia?

Question

Se dice que los fotones, al moverse a c, no experimentan el tiempo. Pero entonces, si un fotón no experimenta el tiempo, ¿cómo puede tener una frecuencia?

Answer 1

Nosotros experimentamos su frecuencia. Es proyección atribuir esta experiencia al fotón mismo.

Por ejemplo, un sacacorchos no tiene una frecuencia. Sin embargo, cuando miras en una dirección fija hacia él pasando cerca de ti, experimentas una frecuencia.

Answer 2

Se dice que los fotones, moviéndose a c, no experimentan tiempo.

Esta es una frase bastante engañosa. Traduce ciegamente el caso límite de la contracción del tiempo en el caso (hipotético) de un marco que se mueve a la velocidad de la luz. Sin embargo, dicho marco no existe y no puede existir. Mientras que las partículas que se mueven a la velocidad de la luz sí existen. En tal caso, se mueven a la velocidad $c$ en cada marco inercial. En todos estos marcos es posible hablar sobre su frecuencia.

De hecho, teniendo en cuenta la mecánica cuántica, la frecuencia de un fotón monocromático sería simplemente otro nombre para su energía (a través de la relación $E=\hbar \omega$). Para una frecuencia real, directamente medible a través de una medición de tiempo, uno debe recurrir a algún estado coherente de muchos fotones, es decir, a una onda electromagnética real.

Answer 3

Según el segundo postulado de la relatividad especial, los fotones son observados como moviéndose a c, lo que significa que el rayo de luz que se propaga a c es simplemente observación.

El intervalo de espacio-tiempo entre el lugar de emisión A y el lugar de absorción B de los fotones en el vacío es cero, lo que significa que A y B son adyacentes. A veces se interpreta como que los fotones no experimentan el tiempo, pero puede ser más correcto decir que no hay nada entre A y B, la transmisión del momento está ocurriendo directamente desde la partícula de masa A a la partícula de masa B, sin necesidad de ningún fotón, y en consecuencia, el momento y la frecuencia son transmitidos directamente desde la partícula de masa A a la partícula de masa B, sin necesidad de un fotón.

Sin embargo, los intervalos de espacio-tiempo no pueden ser observados por los observadores. Eso significa que si un intervalo de espacio-tiempo de un rayo de luz que se mueve desde el Sol hasta la Tierra es cero, los observadores observarán un intervalo espacial de 8 minutos luz y un intervalo de tiempo de 8 minutos, este intervalo está lleno por un rayo de luz como una especie de "marcador de posición", y todos los observadores estarán de acuerdo en la velocidad c del rayo de luz.

Answer 4

Necesitas tener cuidado con qué marcos de referencia se aplican tus dos afirmaciones "este fotón tiene una frecuencia $f$" y "un fotón no experimenta tiempo".

Cuando dices "este fotón tiene una frecuencia $f = 5 \cdot 10^{14} \text{Hz}$",
en realidad significa "en mi marco de referencia (donde mi ciudad está en reposo) este fotón tiene una frecuencia $f = 5 \cdot 10^{14} \text{Hz}$."

Ahora, por ejemplo, transforma a un marco de referencia moviéndote con una velocidad $v = 0.999999\cdot c$ en relación con tu ciudad. Entonces tienes $\gamma = \frac{1}{\sqrt{1-v^2/c^2}} = 700$. En este marco, el fotón tiene una frecuencia mucho más baja $f' = \frac{f}{\gamma} = 7 \cdot 10^{11} \text{Hz}$.

En el caso límite de un marco moviéndose con una velocidad $v = c$ en relación con tu ciudad tienes $\gamma = \infty$. (Como señaló la respuesta de @GiorgioP, este marco no puede existir. Pero permíteme ser descuidado ahora.) En este marco el fotón tiene la frecuencia $f' = \frac{f}{\gamma} = 0$. Entonces, solo en este marco puedes decir, "el fotón no experimenta tiempo".