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Wenn dt = 0 für ein Photon, was ist die Bedeutung seiner Frequenz, und wie wird es erkannt?

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Wenn dt = 0 für ein Photon, was ist die Bedeutung seiner Frequenz, und wie wird es erkannt?

Wie bereits erwähnt, können Sie einem Photon nicht wirklich einen Referenzrahmen zuordnen. Es hätte keine Zeit oder keinen Platz in seiner Fahrtrichtung. Ignorieren, dass, obwohl Sie wirklich die klassische Fehler zu verwirren, die Frame Sie denken.

Frequenz wird in unserem Rahmen gemessen. Jemand, der sich in die gleiche Richtung bewegt wie das Photon (relativ zu uns), sieht einen Lichtstrahl niedrigerer Frequenz. Jemand, der in die entgegengesetzte Richtung fährt, sieht eine höhere Frequenz. Es ist nicht eine grundlegende invariante Eigenschaft wie Ladung. Es hängt vom Beobachter ab.

Wie wird gemessen? Nun sehen wir es als Farbe. Rote Photonen haben eine Wellenlänge von 600-700 Nanometern, blaues Licht eine Wellenlänge von 475 nm.

Dies kann gemessen und quantitativ bestimmt werden. Eine reaktive einfache Art, dies zu tun, ist ein Beugungsgitter und ein Blick auf die Lage der ersten (nicht-zentralen) Maxima des Beugungsmusters. Ich denke, das könnte zu Hause geschehen. Sie müssten eine reine Lichtquelle verwenden, so etwas wie ein roter Laser-Pointer. Diese können gefährlich sein, vor allem die Augen, obwohl, so dass ich definitiv nicht sage Ihnen , dies zu tun, und wenn Sie getan haben , sollten Sie vorsichtig sein.

Eine bessere Methode, die Wellenlänge zu messen (aber komplizierter und fast sicher nicht zu Hause), ist die Verwendung eines Fabry-Pérot-Interferometers ein bemerkenswert genaues Gerät.


Die Frequenz eines Photons ist nicht intrinsisch für das Photon. Es hängt vom Beobachter ab.

Das infinitesimale Zeitintervall [math] dt [/ math] wird im Beobachtungsreferenzrahmen und nicht in den Photonen gemessen. Und zwei Beobachter, die sich relativ zueinander bewegen, werden verschiedene Frequenzen für das gleiche Photon messen. Auch kann sich kein Beobachter tatsächlich mit der Lichtgeschwindigkeit bewegen, so dass kein Beobachter jemals [math] dt = 0 [/ math] misst.


Ein Photon hat keine Frequenz.

Zumindest nicht mehr als jedes andere Objekt hat zum Beispiel eine kinetische Energie. Ich messe die kinetische Energie der Erde genau Null, während ich hier an meinem Computer sitze. Energetische kosmische Strahlen werden einen anderen Wert der kinetischen Energie der Erde messen.

Die Frequenz eines Photons ist durch die Beziehung zwischen dem Emitter und dem Absorber (oder einem Referenzrahmen) des Photons gekennzeichnet. Ich habe keinen einfachen Weg gefunden, um die relativistische Beschreibung dessen zu vermitteln, was passiert, aber es geht so: Ein Oszillator oder eine Quelle von Photonen definiert eine Reihe von konstanten Phasenhypersurfaces. Beobachter und ihre Instrumente auf verschiedenen Weltlinien kreuzen diese Hypersurfen unterschiedlich und "messen" verschiedene Werte für die Frequenz.

Ich habe "Maß" in Anführungszeichen, weil wir nicht die Frequenz eines einzelnen Photons messen, was bedeutet, es gibt nichts zu zählen, z. B. 483 Billionen Zyklen des EM-Feldes. Die Lichtfrequenz kann durch die Verwendung von Beugungsmethoden abgeleitet werden, aber die Messung eines einzelnen Photons wird eine Unsicherheit mit sich bringen, daher ist es bei Photonen häufiger, ein Ensemble von ähnlich vorbereiteten Messungen zu haben.

Technische Anmerkung: Es ist eigentlich [math] ds = 0 [/ math], der Abstand zwischen den Ereignissen in der Raumzeit. In der Minkowski-Geometrie haben wir [math] ds = 0 [/ math] ds ^ 2 = -c ^ 2 dt ^ 2 + dx ^ 2 [/ math] und für masselose Teilchen haben wir [math] \ Dfrac {dx} {dt} = \ pm c [/ math], dh wir messen das lokale Geschwindigkeitslicht als konstant.


Sie machen einen gemeinsamen Fehler zwischen Anfängern und Relativität: Sie sind die Zuordnung eines Photons ein Bezugsrahmen. Photonen haben keine Referenzrahmen, weil sie nicht können.

Betrachten wir für eine Minute die Konsequenzen der Zuordnung eines Photons zu einem Bezugssystem. Nehmen wir das triviale Beispiel einer Lorentz-Transformation in der Zeit, für die wir die berühmte [math] \ gamma = \ frac {1} {\ sqrt {1- \ frac {v ^ 2} {c ^ 2}} verwenden müssen [/Mathe]. Wenn [math] v = c [/ math] v = c [/ math] ist, muss [math] c [/ math] invariant sein, also spielt es keine Rolle, Frac {1} {\ sqrt {1 \ frac {c ^ 2} {c ^ 2}} = \ frac {1} {0} [/ math], der nicht definiert ist.

Sie müssen auch den Bezugsrahmen berücksichtigen, in dem die Frequenz des Photons gemessen wird. Wir messen das Photon in unserem eigenen Rahmen. In einem Rahmen, der sich von uns entfernt, beobachtet der bewegte Beobachter das Photon, um eine niedrigere Frequenz (Rotverschiebung) als triviale Konsequenz der Zeitdilatation zwischen den Bildern zu haben, und das Gegenteil für einen Beobachter, der sich zu uns bewegt. Dieser Beweis ist als eine Übung für den Leser links, aber ich kann Hinweise in den Kommentaren, wenn Sie sie wollen. Allerdings sollten Sie versuchen, dies auf eigene Faust tun, wenn Sie können; Es hilft Ihrem Verständnis der Theorie.

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