Kunnen fotonen onderling in rust zijn?

[Professor Puntje]

@ TommyWhite

Dat ligt er maar net aan welke wetten er binnen dat speciale met het foton mee bewegende stelsel gelden. En dat hangt er weer vanaf hoe je dat stelsel precies definieert. Zonder een zorgvuldige wiskundige uitwerking valt daar weinig over te zeggen. Dan blijf je steken in losse meningen voor of tegen zonder dat zelfs maar duidelijk is waar we het over hebben.

[HansH]

Maar via wat voor theorie je het ook wilt verklaren: hoe het in de praktijk eruit ziet weten we toch? de laserpulsen blijven op een constante afstand van elkaar. maar uiteindelijk moet eea wel in overeenstemming zijn met de relativiteitstheorie. Ik dacht in een van mijn vorige opmerkingen een sluitende redenatie te hebben.

[Benm]

Maar is het puur een kwestie van mening?

Lasers kunnen ladingen fotonen produceren die geheel coherent met elkaar zijn. In de atmosfeer geeft dat interessante effecten, bij voldoende intensiteit ontstaat een soort bliksem vonk midden in de lucht als de energiedichtheid van een laserbundel hoog genoeg is. Dat vergt verder niet zoveel om te demonstreren, een gepulste laser en lens omdat te laten zien is ongeveer zo groot als een pak melk.

De vraag is echter hoe dat in een hard vacuum werkt: dat is nog lopend onderzoek. De energiedichtheid moet extreem veel hoger zijn dan die voor lucht, maar de gedachte is vooralsnog wel dat een vacuum ook wel een breakdown energy density heeft, al is het lastig een laser te produceren die de vermoedde vermogensdichtheid kan bereiken.

[Professor Puntje]

@ Benm

Maar wat zegt dat dan over de zin of onzin van een met het foton verbonden referentiestelsel?

[Benm]

Als fotonen in een vacuum een reactie met elkaar aan kunnen gaan, dan zijn ze op dezelfde plaats. Als die fotonen dan ook nog uit 1 coherente gepulste bron komen (neem een laser) dan kun je m.i. weinig anders concluderen dat ze geen onderlinge snelheid konden hebben: als dat wel zo was waren ze niet op dezelfde plaats tijdens de interactie.

[Professor Puntje]

@ Benm

Dat is juist beredeneerd vanuit een inertiaalsysteem. Maar hoe is dat bezien vanuit een foton zelf? En is dat laatste perspectief überhaupt zinvol? Niet uitgaande van de Lorentz-transformatie volgens mij, want die transformatie geeft zinloze uitkomsten voor v=c. Dus moet je het ofwel simpelweg opgeven (en ontkennen dat er een zinvol referentiestelsel bestaat dat met het foton mee beweegt), ofwel een andersoortig (niet-inertiaal) referentiestelsel introduceren dat wel met het foton kan mee bewegen.

[Benm]

Op zich is er de wetmatigheid dat fotonen altijd met de lichtsnelheid bewegen, ook uit hun onderlinge perspectief - als er eentje naar links gaat en de andere naar rechts dan "zien" ze nog steeds onderling de lichtsnelheid. So far so good.

Als een foton een foton kon uitzenden (even in gedachten nemen dat dat zou kunnen) en dat gaat in dezelfde richting, verwijderd het zich met de lichtsnelheid, beschouwd vanuit het uitzendede foton.

Dat lijkt allemaal wel te kloppen, behalve 1 praktisch probleem: foton-foton interactie. Vooralsnog heel lastig te onderzoeken gezien de extreme energiedichtheid/veldsterkte die nodig is om te bereiken in een laboratorium, maar het lijkt wel degelijk mogelijk.

Qua redenaties staan bovenstaande zaken haaks op elkaar - fotonen hebben normaliter geen onderlinge interacties, maar bij uitzonderlijke situaties wel... en dan moeten ze elkaar toch 'raken'.

[Xilvo]

Op zich is er de wetmatigheid dat fotonen altijd met de lichtsnelheid bewegen, ook uit hun onderlinge perspectief - als er eentje naar links gaat en de andere naar rechts dan "zien" ze nog steeds onderling de lichtsnelheid. So far so good.

Om een snelheid waar te nemen heb je afstand en tijd nodig.
De dimensie in de bewegingsrichting van een foton krimpt tot nul, de twee andere ruimtelijke dimensies blijven bestaan.
Maar er bestaat ook geen tijd voor een foton.
Het is m.i. dus zinloos om te spreken over een snelheid die een foton 'ziet'.

[Professor Puntje]

Deze discussie heeft zo geen zin. Dat is zo slechts de ene mening tegenover de andere. Wat we nodig hebben zijn bewijzen en berekeningen op basis van duidelijk geformuleerde uitgangspunten. Jammer genoeg heb ik daar zelf nu geen tijd voor, maar ik heb in vorige berichtjes (voortbordurend op een suggestie van jkien) al een aanzet tot een alternatief referentiestelsel voor het foton gegeven. Het moet voor anderen ook niet moeilijk zijn om vanuit de Lorentz-transformatie te bewijzen dat een referentiestelsel in de zin van de SRT er voor het foton niet inzit. Dan weten we dat ook. Dus dan moet je met iets alternatiefs komen, of simpelweg accepteren dat een foton geen zinnig referentiestelsel heeft. Een ander alternatief zie ik zo gauw ook niet.

[HansH]

Het is m.i. dus zinloos om te spreken over een snelheid die een foton 'ziet'.

Vandaar ook mijn opmerking dat het niet uitmaakt wat voor snelheid een foton 'ziet' als in dat verband geen tijd verloopt. dus als dat begrip zinloos is maakt het ook niet uit. Zijn we het er dan wel over eens dat er een vaste afstand zit tussen de pulsen van de laser?

[Xilvo]

Zijn we het er dan wel over eens dat er een vaste afstand zit tussen de pulsen van de laser?

Indien ze in dezelfde richting bewegen (wat in het algemeen bij een laser het geval is), dan zijn we het daar over eens.
Een afstand die, vanuit de fotonen zelf gezien, nul is.

[flappelap]

Deze discussie heeft zo geen zin. Dat is zo slechts de ene mening tegenover de andere. Wat we nodig hebben zijn bewijzen en berekeningen op basis van duidelijk geformuleerde uitgangspunten. Jammer genoeg heb ik daar zelf nu geen tijd voor, maar ik heb in vorige berichtjes (voortbordurend op een suggestie van jkien) al een aanzet tot een alternatief referentiestelsel voor het foton gegeven. Het moet voor anderen ook niet moeilijk zijn om vanuit de Lorentz-transformatie te bewijzen dat een referentiestelsel in de zin van de SRT er voor het foton niet inzit. Dan weten we dat ook. Dus dan moet je met iets alternatiefs komen, of simpelweg accepteren dat een foton geen zinnig referentiestelsel heeft. Een ander alternatief zie ik zo gauw ook niet.

Ik zou zeggen: we hebben operationele definities nodig. Wat betekent het dat er "voor een foton geen tijd verstrijkt" of "de afstand in de bewegingsrichting nul is"?

Dat je wiskundig limieten kunt nemen ala, maar dat is wat anders. Ik zie geen operationele definities voor bovenstaande. Want ze zijn er simpelweg niet.

[Professor Puntje]

Vanuit operationele definities wordt het heel lastig zo niet onmogelijk om een referentiestelsel van het foton te construeren aangezien je nu eenmaal geen meetlatten of klokken met het foton mee kunt laten reizen.

Hoewel: ik kan mij voorstellen dat je rond een foton een hele colonne andere fotonen mee laat bewegen, wat dan een primitief soort van coördinatenstelsel oplevert. Dan moet je enkel nog iets voor de tijdsmeting verzinnen.

Maar bovenstaande is niet wat ik oorspronkelijk in gedachten had, en evenmin dacht ik aan limieten.

[Benm]

Die tijdsmeting is wat lastig: Idealiter zou je een ander massaloos deeltje mee sturen met de bundel fotonen. Als dat deeltje instabiel is dan zou je ergens kunnen bepalen hoeveel tijd er is verlopen aan de hand van het verval ervan. Helaas zijn er weinig deeltjes zonder rustmassa - afgezien van een gluon kan ik me niet direct iets verzinnen, en dat lijkt me geen handig deeltje om metingen mee te doen.

[Professor Puntje]

Daarbij vraag ik mij gezien de tijdsdilatatie dan af of een massaloos deeltje wel instabiel kan zijn...