Fotonens egentid?

Jag försöker reda ut det här med egentid hos fotonen...
Tidsdilationen kan ju räknas ut med formeln t=t0/(1-v^2/c^2)^0,5, där t är egentiden hos observatören och t0 "referenstiden", men hos fotonen är v=c vilket ger en oändlig egentid i jämförelse med referenstiden. Hur kan man tolka det? Vilken egentid man än uppmäter hos fotonen kommer detta alltså motsvaras av en oändlig tid på ex. jorden, så en foton kan färdas mellan universums båda ändar och ändå återvända till exakt samma tidpunkt.

Befinner sig fotonerna då rent tidsmässigt fortfarande precis efter Big Bang?

Man kan nog inte ens prata om fotonens "tid". Går inte att definiera.

Man kan inte gå över till fotonens referenssystem eftersom att det skulle medföra att allt annat i universum färdades i ljusets hastighet, vilket inte går. Så man kan inte använda Lorentztransformationen.

Man skulle dock kunna säga att fotonen inte upplever någon tid alls.

I så fall kan den ju inte ha varken utsträckning i rummet inklusivt-eller massa och då finns den helt enkelt inte. Man skulle då kunna säga att fotonen är en helt felaktig modell för att beskriva det fenomen som en foton påstås beskriva idag. Fast det är ju klart, den kanske bara "nästan" inte finns när tiden, massan och det utrymme den upptar går mot något oändligt litet för att vår bristfälliga matematik ännu en gång inte skall kunna beskriva verkligheten fullt ut ens i ett statiskt skede..

I dagens modell så har fotonen varken massa eller utsträckning, så ja du har rätt

Den finns däremot, den är det vi kallar energikvanta.

Jo, om jag förstått det rätt så "reser" fotonerna endast i rummet och ej i tiden, men om den inte upplever någon tid så måste väl det betyda att den inte åldrats sedan den föddes? Och således att de första fotonerna reser i ett universum som stått stilla sedan tiderna s ursprung?

Fotoner har inga klockor (dvs ingen inre struktur), så de mäter heller inte någon tid. Det är inte helt uppenbart vad man ska mena med fotonens utsträckning. Om man tillverkar ett elektromagnetiskt fält som innehåller exakt en foton (ett s.k. Fock-tillstånd) så måste det ha en utsträckning i rummet som i alla fall är lika stor som våglängden hos fotonen. Jag kan tänka mig att olika observatörer inte är överens om antalet fotoner i ett fält heller, men jag är lite osäker på detta.

De mäter inte tid för att inget hos dem kan ändras, eller hur menar du?

Ja, lyckas man fånga en foton kan man inte se hur gammal den är, och de är går inte sönder med tiden. Atomkärnor har ju en halveringstid, så man kan i alla fall gissa hur länge de existerat. Ett annat exempel är muoner, som skapas när kosmisk strålning träffar vår atmosfär. Eftersom de rör sig så fort så mäter man upp en ganska lång livstid jämfört med om man hade dem liggande i en hög i labbet.
Klipp från wikipedia: "Although their lifetime without relativistic effects would allow a half-survival distance of only about 0.66 km (660 meters) at most, the time dilation effect of special relativity allows cosmic ray secondary muons to survive the flight to the Earth's surface"

I min fysikbok (Fy B) står det följande: "En observatör följer med en myon ner mot jordytan, och finner då att jorden rusar mot honom med en fart av 0,995 c. Under tiden 1,5 * 10^-6 s (myonernas halveringstid) och med farten 0,995 c hinner jorden endast tillryggalägga en sträcka på 450 m. Men på jorden uppmäts den sträcka som myonen har färdats till 4,5 km.".

Skulle samme observatör istället följa med en foton ner skulle jorden komma rusandes emot honom med en hastighet c, men längdkontraktionen och tidsdilationen gör att jorden, sedd från observatören, inte kommer röra sig.

Jag börjar förstå det där med att det är inte är meningsfullt att använda fotonens referenssystem, men frågan blir då vad är en foton egentligen?

Fast det kan man ju inte göra eftersom "fotonen" rör sig med ljusets hastiget. Det går inte att byta till ett sånt referenssystem i relativistetsteorin.


Ljus är en elektromagnetisk våg. Detta fält måste man ibland beskriva med kvantmekanik, och då kallas kvantat för "foton". Om man vill skapa ett fält som liknar det de flesta tänker sig med ordet "foton", så måste man skapa en kvantmekanisk superposition av fotoner (eller mer korrekt tillstånd med olika antal fotoner). Detta kallas ett koherent (eller klassiskt) tillstånd, men det består inte av en enda väldefinierad foton, så redan här har vi problem. Notera att detta inte är samma sak som att ett lokaliserat vågpaket måste innehålla vågor med olika frekvenser, vilket också är sant.

Det blir ännu hårigare när man beskriver absorption av ljus. Man tänker sig kanske att en atom "suger åt sig" en foton, så att om har ett väldigt svagt ljus (en foton) så blir det helt uppsuget (noll fotoner). Så är det nästan aldrig. Det går att googla på Quantum Optics om man är intresserad av fotoner, men det blir rätt fort ganska svårläst.

Offtopic, men är det någon som kan tipsa om några video-föreläsningar där man kan lära sig om kvantfysik, etc, etc. Ämnet intresserar mig, men jag är i princip helt grön i ämnet. Vore kul å kunna.