מסה של אור

[guprnds]

לפוטונים אין מסה

• לפחות לא אם האלקטרומגנטיות ניתנת לתיאור כתורת כיול. אם היתה להם מסה הרי שהלגרנג'יאן של התורה האלקטרומגנטית (ממנו נגזרות משוואות מקסוול) לא היה נשמר תחת טרנספורמציות כיול. קשה מאוד להעלות על הדעת מצב שבו האלקטרומגנטיות ניתנת לתיאור שלא כתורת כיול.
• זאת ועוד: לאור יש רק מהירות אחת, היא מהירות האור וזה נכון לכל תדירות אפשרית. היות והאנרגיה תלוייה בתדירות הרי שתוספת אנרגיה אינה תורמת לשינוי המהירות אלא רק לשינוי באורך הגל. לכן אין כאן כל אנלוגיה לחלקיקים חומריים.
• ונקודה אחרונה, לאור אין מערכת מנוחה כלל היות ואם היתה מערכת כזו הרי שהאור היה במנוחה במערכת זו, אבל מאחר והמציאות הקינמטית מכבדת את סימטריית לורנץ, הרי שמהירות האור חייבת להיות קבועה בכל מערכות ההתמד. זהו המסד של תורת היחסות הפרטית והוא מאוד מוצק אמפירית. ככלל, חלקיקים חסרי מסה אינם נהנים מהפריבילגיה של מערכת מנוחה.

 

[harelginat]

מהירות האור קטנה שהוא עובר בחומר. Vp=c/n

 

[Schrodingers Dog]

לא באמת

כאשר האור נכנס לחומר הוא מתפזר מהמולקולות. המהירות האפקטיבית של התקדמות הגל כעת קטנה ממהירות האור ומתוארת בצורה הפשוטה ביותר על ידי מקדם שבירה. זה לא אומר שהאור עצמו משנה את מהירותו.

 

[guprnds]

מהירות האור בחומר

היא המהירות האפקטיבית הלוקחת בחשבון את סך כל האינטראקציות של האור עם האטומים בחומר. זמני האינטראקציה ארוכים יחסית ומכאן יוצא שהמהירות האפקטיבית נמוכה יותר. אבל כאמור מהירות האור "בין האינטראקציות" איננה ניתנת לשינוי, זהו קבוע של הטבע.

 

[harelginat]

מה קורה בפלזמה? Vp>C

 

[guprnds]

???

מהירות האור בריק היא חסם עליון בכל מצב. מהירות האור בתווך חומרי אינה חסם עליון לתנועה בו, ועשויה אף להיות נמוכה ממהירות החומר עצמו. ובפרט, כאשר חומר הנע במהירות גבוהה מאוד פולט אור הנע בתוך התווך במהירות נמוכה ממנו, נוצרים "בומים על-אוריים" המכונים קרינת צ'רנקוב.

 

[Schrodingers Dog]

קראתי על חומרים חדשים

בהם מהירות החבורה (לא הפאזה) גדולה ממהירות האור או שמהירות החבורה שלילית:
http://www.nature.com/articles/srep01628
&nbsp
בכל המקרים מהירות האור עצמה לא משתנה אבל תכנון חכם של התווך יוצר צורות פיזור שונות התלויות בתדר ומובילות למהירות גל אפקטיבית נתונה לבחירתנו.

 

[harelginat]

ידוע לי אחרת

מהירות חבורה לא יכולה לעבור את מהירות האור מהסיבה הפשוטה שגל החבורה מייצג העברת מידע. ע''פ איינשטיין לא ניתן להעביר מידע מעל למהירות האור.
מהירות הפאזה לעומת זאת, אין בעיה שתהיה גבוהה ממהירות האור.
&nbsp
בחומרים דיאלקטרים n>0 ולכן מהירות האור האפקטיבית נמוכה יותר (הגיוני).
הדבר אנלוגי לעקרון הפעולה של נגד (ע''פ מודל דרודה) - אלק' מתנגשים באטומי החומר ולכן מהירות האלק' בכיוון רצוי (=זרם האלק') יורד ככול שיש צפיפות אטומים גדולה יותר.
&nbsp
אבל יש גם חומרים אחרים - ופה אני לא מבין
בפלזמה (גז של יונים ואלק') מהירות הפאזה גבוהה ממהירות האור. - איך זה יתכן?
&nbsp
*הקישור לך לא עובד לי. תראה אם אצלך זה עובד.

 

[AnarchistPhilosopher]

מה הבעיה?

בהתחלה רשמת:"מהירות הפאזה לעומת זאת, אין בעיה שתהיה גבוהה ממהירות האור."
&nbsp
ואח"כ רשמת:"אבל יש גם חומרים אחרים - ופה אני לא מבין
בפלזמה (גז של יונים ואלק') מהירות הפאזה גבוהה ממהירות האור. - איך זה יתכן?"
&nbsp
כנראה במשפט האחרון התכוונת למהירות החבורה.
&nbsp
לא יודע איך לענות לך, ככה זה בפיזיקה, מישהו עוסק בזה לא בהכרח בן אדם עקבי....

&nbsp

 

[harelginat]

הדברים פשוטים

אם תעקוב אחרי שירשור הדברים, דיברנו על זה שמהירות האור קבועה ולא משנה מה - C. זה שהמהירות האור קטנה כשהוא נע בחומר - זה לא בגלל שהמהירות יורדת אלא בגלל שהמהירות האפקטיבית יורדת. כלומר, בחומר דיאלקטרי מהירות האור האפקטיבית יכולה רק לרדת. (Vp=C/n).
&nbsp
כאשר אנו מדברים על המהירות, אנו מדברים על המהירות פאזה ומהירות חבורה. בריק שניהם זהים. בחומר זה משהו אחר - זה עניין של הדיפרסיה של החומר.
&nbsp
עכשיו יש חומר אחר, שאינו דיאלקטרי. פלזמה.
פלזמה זה חומר שאני לא מבין אותו - וזה מה שנכתב מקודם. כי המהירות האור בו לא יורדת אלא דווקא עולה. מקדם השבירה של פלזמה, n, קטנה מ-1, ובמילים אחרות, מהירות הפאזה שלו גדולה ממהירות האור.
אז מה שלא הבנתי זה איך יתכן שמהירות הגל תגדל בתוך חומר כאשר אנו רגילים לחשוב שהמהירות האפקטיבית יכולה רק לקטון.
&nbsp
השערה שלי (אני חושב בקול רם)... הרי מקדם השבירה n שווה לשורש של קבוע דיאלקטרי (אפסילון) כפול מקדם החלחלות (מיו, שבדר''כ שווה ל-1). אז נשארנו עם האפסילון שאנחנו זוכרים אותו מהנוסחה של הקבל. אם יש חומר נגד פריצה של הקבל (דיפולים)- אז יש שם תוספת אפסילון אר. כנראה שבפלזמה יש משהו הפוך לדיפולים - משהו שהוא בעד מעבר השדה דרכו ולא נגדו. יפה שאני עונה לעצמי. אבל זה עדיין מעניין.

 

[AnarchistPhilosopher]

אני עדיין לא מבין מה הבעיה.

מהירות הפאזה יכולה להיות גדולה ממהירות האור בריק.
&nbsp
לומדים את זה בקורס בגלים אור ואופטיקה בשנה ב' בפיזיקה, הפרטים הטכניים אני לא זוכר, אבל אני יכול למצוא את זה במחברת הקורס.
&nbsp
כמובן שיכול להיות שבעתיד ימצאו שיש חלקיקים שנעים בריק מהר יותר ממהירות האור, תורת היחסות זה לא תורה מסיני, וגם תורה מסיני רוב היהודים לא מקיימים אותה כך שמחשבה אנרכיסטית על חוקי הטבע כנראה יותר מציאותית ממה שאנשים חושבים.

&nbsp

 

[harelginat]

מהירות הפאזה בריק שווה למהירות האור גדולה ממנה.

בחומר דיאלקטרי זה המהירות האפקטיבית קטנה.
אני לא יודע להסביר את עקרון הפעולה של חומר (כגון פלזמה) היכול להגדיל את מהירות הפאזה.

 

[guprnds]

על ההבחנה

בין מהירות החבורה למהירות הפאזה ועל היעדר סיגנלים סופרלומינלים אפשר לקרוא כאן.

 

[AnarchistPhilosopher]

תגובה מאוחרת.

ההסבר הפופולארי הוא שהמסות מעקמות את המרחב.
&nbsp
ד"א כדי להוסיף עוד בלבול לאו דווקא קשור יש גם את הנושא של פוטון וירטואלי, ולפוטון וירטואלי יש מאסה כמובן.

&nbsp
&nbsp

 

[harelginat]

פעם ראשונה שאני שומע על פוטון וירטואלי

 

[Schrodingers Dog]

כמה מילים על חלקיקים וירטואלים

חלקיקים וירטואליים הם חיות מתמטיות שמופיעות בתורת שדות קוונטית - זאת מסגרת תאורטית שאיתה אנחנו מתארים את 3 הכוחות היסודיים: החזק, החלש והאלקטרו-מגנטי. החיות האלה הן לא אמיתיות הן פשוט כלי מתמטי שעוזר לנו בחישובים. הדרך שבה נעשים החישובים היא בעזרת תורת הפרעות. אנחנו מתחילים בתאוריה בסיסית ולא נכונה של הטבע וכל פעם מוסיפים תיקונים קטנים והולכים עד שאנחנו מרוצים מהתוצאה שקיבלנו. הוספת התיקונים הקטנים היא בעצם הוספת החלקיקים הוירטואלים: כל תיקון הוא חלקיק ואז אנחנו מבצעים אינטרגרציה על כל האנרגיות (מסות) שהוא יכול לקבל ולכן החלקיקים האלה אינם פיזיקליים. זה הרעיון בגדול.

 

[AnarchistPhilosopher]

Also zero dimensional particles are mathematical

beasts, also fields are mathematical beasts.
&nbsp
I mean no one actually has seen an electron in the naked eyes.
You choose to what to believe if it "really" does exist or not is just a matter of convention.
&nbsp

 

[harelginat]

"חורים" במוליך למחצה ואקסיטון הם דוגמאות לחלקיקים וירטואלים?

 

[Schrodingers Dog]

לא

אלא דוגמאות לחלקיקים לא יסודיים ״אמיתיים״ וזה לא קשור לחלקיקים וירטואלים.

 

[harelginat]

נשמע שחלקיקים וירטואלים הם

אנלוגיה למספרים המדומים של אוילר - רק בשביל המתמטיקה.