Explicar cómo (o si) un cuadro completo de los fotones pesaría más debido a la masa de los fotones

Question

Entiendo que la masa-energía de equivalencia es a menudo mal interpretado como diciendo que la masa puede transformarse en energía y viceversa. La realidad es que la energía siempre se manifiesta como masa en alguna forma, pero tengo problemas con algunos casos:

Entiende La Desintegración Nuclear Ejemplo

En el caso de una simple reacción nuclear, por ejemplo, el sistema total de la masa sigue siendo la misma ya que el déficit de masas (en el resto de masas) se contabilizan en el mayor relativista masas de los productos por $E=\Delta m c^2$. Cuando un neutrón se desintegra y se queda con un rápido protón y un relativista del electrón. Si usted puede llegar a pesar los dos sin disminuir la velocidad, usted podría encontrar que pesaba tanto como la original de neutrones.

La luz en una Caja

Esto se vuelve más difícil para mí cuando se mueve para partículas sin masa, como los fotones. Los fotones pueden transmitir la energía de una partícula pesada a otro. Cuando un fotón es absorbido la masa relativista (no el resto de la masa) de la (previamente estacionario) de las partículas que absorbe aumenta. Pero si mi interpretación es correcta, la energía debe todavía ser que se manifiesta como la masa de alguna manera , mientras que el fotón está en vuelo, a pesar del hecho de que el fotón no tiene masa.

Así que vamos a considerar un cuadro con el interior totalmente forrado con perfecta espejos. Tengo el peso de la tara de la caja sin fotones. Cuando los fotones se presente el cuadro tiene un adicional cuantificables cantidad de energía (cuantificado a continuación) debido a los vuelos de los fotones. Decir que hay un $N$ fotones... obviamente asumen $N$ es grande.

$$\Delta m = \frac{ E }{ c^2 } = \frac{ N h }{ \lambda c}$$

Las interacciones se limitan a las reflexiones con la pared, que se manifiesta como una constante presión sobre las paredes. Si yo tengo este cuadro en un campo gravitatorio (como la superficie de la Tierra), a continuación, habrá un gradiente de presión que empuja hacia abajo ligeramente. Es esto correcto? No hay todavía técnicamente en masa, como los fotones están en vuelo, lo que provocaría su propio campo gravitacional así como toda la materia? ¿Cómo es esto del todo consistente con la afirmación de que los fotones son sin masa? Es realmente correcto decir que los fotones no tienen masa? Parece ser un gran tramo.

Por favor, ofrecer una visión más completa y físicamente cuenta exacta de este espejo.

Answer 1

La declaración de que los fotones son sin masa significa que los fotones no tienen masa de reposo. En particular, esto significa que, en las unidades en donde $c=1$, la magnitud de los fotones 3-impulso debe ser igual al total de la energía de los fotones, en lugar de la estándar de relación donde la $m^{2} = E^{2}-p^{2}$.

Pero, usted puede crear multi-fotón sistemas donde la red impulso es cero, ya que el impulso agrega como un vector. Al hacer esto, sin embargo, ya que la energía de un no-estado unida siempre es no negativo, las energías que acaba de agregar. Así, este sistema se ve igual que el resto de la estructura de un enorme de partículas, que tiene una energía asociada con su masa, y nada más.

La declaración acerca de la gravedad es un poco más sutil, pero todos los fotones de los estados interactuar con el campo gravitatorio, gracias a los resultados positivos de la luz de flexión de las observaciones que se han hecho en el pasado siglo. Así que usted no necesita una construcción de este tipo para obtener los fotones de "caer" en un campo gravitacional.

Answer 2

No hay confusiones en su comprensión, todo lo que has dicho es correcto, y es el trivial contenido de Einstein E=mc^2 papel. Estos sistemas son la razón de que la "masa relativista", introducido por el Tolmo es útil pedagógicamente. El concepto que llamamos "masa" en nuestro día a día de la vida es la energía de un sistema (en unidades de masa), y cuando usamos la palabra de la misa a la media de descanso "masa", el intuitivo concepto se cambia un poco.

Para la fisión atómica, el rápido movimiento de los fragmentos de la energía que es igual a la de la bomba inicial de energía. Si usted pesa más de ellos sin disminuir la velocidad (por ejemplo, si se les acusa y la captura de ellos, haciéndoles hacer círculos en un campo magnético), el peso que tendría en una escala una vez que son capturados aumentaría la masa relativista (la energía más de c^2).

Los fotones en un espejo esférico cuadro de sopesar el cuadro de abajo exactamente como el relativista de la masa de los fotones en el interior. El tirón de la Tierra en estos fotones es la masa relativista. Si ha sustituido el fotones con una partícula de gas a la misma presión, y se retira un poco de la masa de las paredes para hacer la masa total es positivo, el gravitatonal campo en las afueras será el mismo, esto no es cierto para la sustitución de los fotones con un sin presión de bloques con un peso igual a su masa relativista, sólo porque la presión que contribuye a que el campo gravitatorio.

Answer 3

Creo que hay algo de confusión en su entendimiento de la física relativista en la declaración aquí:

En el caso de una simple reacción nuclear, por ejemplo, el sistema total de la masa sigue siendo la misma ya que el déficit de masas (en el resto de masas) se contabilizan en el mayor relativista masas de los productos por E=Δmc2. Cuando un neutrón se desintegra y se queda con un rápido protón y un relativista del electrón. Si usted puede llegar a pesar los dos sin disminuir la velocidad, usted podría encontrar que pesaba tanto como la original de neutrones.

La afirmación correcta es que la suma de cuatro vectores de todos los productos de desintegración tendría la masa efectiva de un neutrón.

Las masas no se han conservado en la física relativista, en un análogo de manera que las longitudes de que no se conserva cuando la adición de vectores en tres dimensiones. Lo que se conserva es el de la energía y el impulso, de cuatro vectores cuya medida es m*c, donde m es la masa efectiva del sistema, similar a la longitud de un vector después de la adición de tres vectores .

Cuando un pi0 va en dos fotones, es cierto que la energía disponible para cada gamma en el centro de masa del sistema de la pio es la mitad de la masa de la pio, y la medida de la masa invariante de los dos gammas será la masa de la pio. Cuando más partículas están involucrados , digamos dos pío, a continuación, la masa invariante de los cuatro gammas de cuatro ímpetus no es aditivo a dos pío masas. Es mejor olvidarse de enrevesados argumentos con las masas y pensar de cuatro ímpetus cuando en el régimen relativista.

Ahora un cuadro de fotones tendrá un cuatro impulso suma en igual medida a E*2/c*2 - |p|*2=m*2*c**2. (por favor, consulte el enlace de la wiki de una terminología clara)

Si los tres vectores impulso resume a cero, la masa efectiva de los fotones en la caja de E/c**2. Pequeño pero de ahí a ser pesado.