01.11.2024 17:57
SLY_G 68 24000 Источник

Во всей Вселенной лишь несколько частиц вечно стабильны. Фотон, квант света, имеет бесконечное время жизни. Или нет?

Одна из самых стойких идей во всей Вселенной заключается в том, что всё, что существует сейчас, когда-нибудь прекратит своё существование. Звёзды, галактики и даже чёрные дыры, занимающие пространство нашей Вселенной, когда-нибудь сгорят, потускнеют и распадутся, перейдя в состояние, которое мы называем «тепловой смертью»: когда из равномерного, равновесного состояния с максимальной энтропией невозможно будет извлечь энергию никаким способом. Но, возможно, из этого общего правила есть исключения, и некоторые вещи действительно будут жить вечно.

Одним из таких кандидатов в действительно стабильные сущности является фотон — квант света. Всё электромагнитное излучение, существующее во Вселенной, состоит из фотонов, а фотоны, насколько мы можем судить, имеют бесконечное время жизни. Значит ли это, что свет действительно будет жить вечно? Ответить на этот вопрос не так-то просто. Мы можем представить себе обстоятельства, при которых они действительно будут жить вечно, но мы также можем представить себе случаи, когда они распадаются, превращаются в другие частицы или даже превращаются в нечто новое или неожиданное. Это большой и интересный вопрос, который ставит нас на грань всего, что мы знаем о Вселенной. Вот лучший ответ, который есть у науки на сегодняшний день.

Как впервые заметил Весто Слайфер в 1910-х годах, некоторые наблюдаемые нами объекты имеют спектральные признаки поглощения или излучения определённых атомов, ионов или молекул, но с систематическим смещением в красную или синюю часть светового спектра. В сочетании с измерениями расстояния до этих объектов эти данные привели к первоначальной идее расширяющейся Вселенной: чем дальше галактика, тем больше её свет будет казаться красным нашим глазам и приборам.
Как впервые заметил Весто Слайфер в 1910-х годах, некоторые наблюдаемые нами объекты имеют спектральные признаки поглощения или излучения определённых атомов, ионов или молекул, но с систематическим смещением в красную или синюю часть светового спектра. В сочетании с измерениями расстояния до этих объектов эти данные привели к первоначальной идее расширяющейся Вселенной: чем дальше галактика, тем больше её свет будет казаться красным нашим глазам и приборам.

Впервые вопрос о том, что фотон имеет конечное время жизни, возник по очень веской причине: мы только что обнаружили ключевое доказательство расширяющейся Вселенной. Спиральные и эллиптические туманности в небе оказались галактиками, или, как их тогда называли, «островными вселенными», далеко выходящими за пределы Млечного Пути. Эти скопления миллионов, миллиардов или даже триллионов звёзд располагались на расстоянии не менее миллионов световых лет, что позволяло отнести их далеко за пределы Млечного Пути. Более того, быстро выяснилось, что эти далёкие объекты не просто далеки, а, похоже, удаляются от нас, поскольку чем больше они удалялись, тем больше свет от них оказывался систематически смещён в сторону более красных и более длинных волн.

Конечно, к тому времени, когда эти данные стали широко доступны в 1920-1930-х годах, мы уже узнали о квантовой природе света, которая показала нам, что длина волны света определяет его энергию. Мы также хорошо знали специальную и общую теории относительности, из которых следовало, что, как только свет покидает свой источник, он может изменить свою частоту, только:

  • из-за взаимодействия с какой-либо формой материи и/или энергии,

  • из-за движения наблюдателя либо к нему, либо от него,

  • из-за изменения свойств кривизны самого пространства, например, в результате гравитационного красного/голубого смещения или расширения/сжатия Вселенной.

Первое потенциальное объяснение, в частности, привело к формулировке увлекательной альтернативной космологии: космологии усталого света.

За достаточно долгое время свет, испущенный далёким объектом, дойдёт до наших глаз даже в расширяющейся Вселенной. Однако если скорость рецессии далёкой галактики достигает и остаётся выше скорости света, мы никогда не сможем достичь её, даже если сможем поймать свет из её далёкого прошлого.
За достаточно долгое время свет, испущенный далёким объектом, дойдёт до наших глаз даже в расширяющейся Вселенной. Однако если скорость рецессии далёкой галактики достигает и остаётся выше скорости света, мы никогда не сможем достичь её, даже если сможем поймать свет из её далёкого прошлого.

Впервые сформулированная в 1929 году Фрицем Цвикки — да, тем самым Фрицем Цвикки, который придумал термин «сверхновая», впервые сформулировал гипотезу тёмной материи и однажды пытался «успокоить» турбулентный атмосферный воздух, стреляя из винтовки в трубу телескопа, — гипотеза усталого света выдвинула идею о том, что распространяющийся свет теряет энергию в результате столкновений с другими частицами, присутствующими в пространстве между галактиками. Чем больше пространство, через которое свет распространяется, тем больше энергии теряется в результате этих взаимодействий, и именно это, а не особые скорости или космическое расширение, объясняет, почему свет кажется более сильно красным для более удалённых объектов.

Однако для того, чтобы этот сценарий выполнялся, должны быть верны два предсказания.

  1. Когда свет проходит через среду, даже разреженную, он замедляется от скорости света в вакууме до скорости света в этой среде. Это замедление влияет на свет разных частот в разной степени. Подобно тому как свет, проходящий через призму, расщепляется на разные цвета, свет разных длин волн, проходящий через межгалактическую среду, которая взаимодействовала с ним, должен замедляться по-разному. Когда этот свет снова попадёт в настоящий вакуум, он снова будет двигаться со скоростью света в вакууме.

В вакууме космоса весь свет, независимо от длины волны или энергии, движется с одинаковой скоростью: скоростью света в вакууме. Когда мы наблюдаем свет от далёкой звезды, мы наблюдаем свет, который уже прошёл путь от источника до наблюдателя.
В вакууме космоса весь свет, независимо от длины волны или энергии, движется с одинаковой скоростью: скоростью света в вакууме. Когда мы наблюдаем свет от далёкой звезды, мы наблюдаем свет, который уже прошёл путь от источника до наблюдателя.

И всё же, наблюдая за светом, исходящим от источников на разных расстояниях, мы не обнаружили зависимости длины волны от величины красного смещения, которое демонстрирует свет. Напротив, на всех расстояниях все длины волн излучаемого света смещаются точно на такой же коэффициент, как и все остальные; никакой зависимости от длины волны для красного смещения не существует. Из-за этого нулевого наблюдения первое предсказание космологии усталого света опровергнуто.

Но есть и второе предсказание, с которым тоже нужно считаться.

  1. Если более удалённый свет теряет больше энергии, проходя большее расстояние по «среде с потерями», чем менее удалённый свет, то более удалённые объекты должны казаться размытыми на всё большую и большую величину, чем менее удалённые. И снова, когда мы проверяем это предсказание, мы обнаруживаем, что оно совершенно не подтверждается наблюдениями. Более удалённые галактики при наблюдении рядом с менее удалёнными галактиками выглядят такими же чёткими и с высоким разрешением, как и менее удалённые. Это справедливо, например, для всех пяти галактик в квинтете Стефана, а также для фоновых галактик, видимых за всеми пятью членами квинтета. Это предсказание также оказалось опровергнутым.

Основные галактики квинтета Стефана, открытые «Уэббом» 12 июля 2022 года. Расстояние до галактики слева составляет всего ~15 % от расстояния до остальных галактик, а фоновые галактики находятся во много десятков раз дальше. Но изображение их всех одинаково чёткое, что демонстрирует, что Вселенная полна звёзд и галактик практически везде, куда бы мы ни посмотрели.
Основные галактики квинтета Стефана, открытые «Уэббом» 12 июля 2022 года. Расстояние до галактики слева составляет всего ~15 % от расстояния до остальных галактик, а фоновые галактики находятся во много десятков раз дальше. Но изображение их всех одинаково чёткое, что демонстрирует, что Вселенная полна звёзд и галактик практически везде, куда бы мы ни посмотрели.

Хотя эти наблюдения достаточно хороши, чтобы опровергнуть гипотезу усталого света — и, по сути, они были достаточно хороши, чтобы опровергнуть её сразу же, как только она была предложена, — это лишь один из возможных вариантов того, как свет может быть нестабильным. Свет может либо угаснуть, либо превратиться в какую-то другую частицу, и есть несколько интересных способов рассмотреть эти возможности.

Первый вытекает просто из того факта, что у нас есть космологическое красное смещение. Каждый порождённый фотон, независимо от того, как он был порождён — термически, в результате квантового перехода или любого другого взаимодействия, — будет распространяться по Вселенной, пока не столкнётся и не вступит во взаимодействие с другим квантом энергии. Но если речь идёт о фотоне, испущенном в результате квантового перехода, то, если он не сможет довольно быстро вступить в обратную квантовую реакцию, он начнёт путешествовать по межгалактическому пространству, причём его длина волны будет увеличиваться из-за расширения Вселенной по мере путешествия. Если ему не повезёт, и его не поглотит какой-нибудь атом в квантовом связанном состоянии с подходящей допустимой частотой перехода, он будет всё дальше и дальше уходить в красную часть спектра, пока не перейдёт рубеж максимальной длины волны, после которой его уже нельзя будет поглотить.

Этот синтез трёх различных наборов спектральных линий от лампы на ртутных парах показывает, какое влияние может оказывать магнитное поле. В (А) магнитное поле отсутствует. В (B) и (C) магнитное поле есть, но оно ориентировано по-разному, что объясняет разное расщепление спектральных линий. Многие атомы демонстрируют такую тонкую или даже гипертонкую структуру без приложения внешнего поля, и эти переходы очень важны, когда речь идёт о создании функциональных атомных часов. Многие переходы, такие как показанные здесь, являются дискретными, а не непрерывными процессами.
Этот синтез трёх различных наборов спектральных линий от лампы на ртутных парах показывает, какое влияние может оказывать магнитное поле. В (А) магнитное поле отсутствует. В (B) и (C) магнитное поле есть, но оно ориентировано по-разному, что объясняет разное расщепление спектральных линий. Многие атомы демонстрируют такую тонкую или даже гипертонкую структуру без приложения внешнего поля, и эти переходы очень важны, когда речь идёт о создании функциональных атомных часов. Многие переходы, такие как показанные здесь, являются дискретными, а не непрерывными процессами.

Однако есть и второй набор возможностей, который существует для всех фотонов: они могут провзаимодействовать со свободной квантовой частицей, вызвав один из множества эффектов.

Это может быть, например, рассеяние, когда заряженная частица — обычно электрон — поглощает, а затем вновь излучает фотон. При этом происходит обмен энергией и импульсом, и либо заряженная частица, либо фотон могут достичь более высокого уровня энергии за счёт того, что у другой частицы останется меньше этой энергии.

При достаточно высоких энергиях столкновение фотона с другой частицей — даже с другим фотоном, если энергия достаточно высока, — может спонтанно привести к образованию пары частица-античастица, если имеется достаточно энергии для того, чтобы они обе прошли через эйнштейновское E = mc². На самом деле, космические лучи с самой высокой энергией могут делать это даже с фотонами с удивительно низкой энергией, которые являются частью реликтового излучения (РИ) — остаточного свечения Большого взрыва. Для космических лучей с энергией выше ~1017 эВ один типичный фотон РИ имеет шанс произвести электрон-позитронные пары. При ещё более высоких энергиях, скорее ~1020 эВ, фотон РИ имеет значительно большие шансы превратиться в нейтральный пион, что довольно быстро лишает космические лучи энергии. Это основная причина, по которой наблюдается резкий спад в популяции самых высокоэнергетичных космических лучей: они находятся выше этого критического энергетического порога.

Энергетический спектр космических лучей самых высоких энергий в разбивке по коллаборациям, которые их обнаружили. Все результаты невероятно хорошо согласуются от эксперимента к эксперименту и показывают значительный спад на пороге ГЗК ~5 x 10^19 эВ. Тем не менее, многие подобные космические лучи превышают этот энергетический порог, что указывает на недостаток в самом упрощённом представлении об этих космических лучах.
Энергетический спектр космических лучей самых высоких энергий в разбивке по коллаборациям, которые их обнаружили. Все результаты невероятно хорошо согласуются от эксперимента к эксперименту и показывают значительный спад на пороге ГЗК ~5 x 10^19 эВ. Тем не менее, многие подобные космические лучи превышают этот энергетический порог, что указывает на недостаток в самом упрощённом представлении об этих космических лучах.

Другими словами, даже очень низкоэнергетические фотоны могут быть преобразованы в другие частицы при столкновении с другой частицей с достаточно высокой энергией.

Есть ещё третий способ изменения фотона, помимо космического расширения или превращения в частицы с ненулевой массой покоя: рассеяние от частицы, в результате которого образуются дополнительные фотоны. Практически в каждом электромагнитном взаимодействии, или взаимодействии между заряженной частицей и хотя бы одним фотоном, существуют так называемые «радиационные поправки», которые возникают в квантовых теориях поля. Для каждого стандартного взаимодействия, в котором в начале и в конце существует одинаковое количество фотонов, существует чуть менее 1% шансов — точнее, 1/137, — что в конце вы излучите дополнительный фотон сверх того количества, с которым вы начали.

И каждый раз, когда у вас есть энергичная частица, обладающая положительной массой покоя и положительной температурой, эти частицы также будут излучать фотоны, теряя энергию в виде фотонов.

Фотоны очень, очень легко создать, и хотя их можно поглотить, вызвав соответствующие квантовые переходы, большинство возбуждений через определённое время прекращают своё существование. Как и в старой поговорке «Что поднимается, то и опускается», квантовые системы, которые возбуждаются до более высоких энергий за счёт поглощения фотонов, в конце концов тоже распадаются, производя по крайней мере то же количество фотонов, как правило, с той же чистой энергией, что и поглощённые вначале.

Когда образуется атом водорода, спины электрона и протона с равной вероятностью могут быть выровнены и анти-выровнены. Если они анти-выровнены, то никаких дальнейших переходов не произойдёт, а если выровнены, то они могут квантово туннелировать в состояние с более низкой энергией, испуская фотон с очень специфической длиной волны (21 см) в очень специфическом и довольно длительном временном интервале. Этот переход был измерен с точностью более 1 части на триллион и не менялся на протяжении многих десятилетий, в течение которых он был известен. Это первый свет, появившийся во Вселенной после образования нейтральных атомов и ещё до образования первых звёзд. Появлялся он и после: при формировании новых звёзд ультрафиолетовое излучение ионизирует атомы водорода, создавая эту сигнатуру снова, когда эти атомы спонтанно переформируются.
Когда образуется атом водорода, спины электрона и протона с равной вероятностью могут быть выровнены и анти-выровнены. Если они анти-выровнены, то никаких дальнейших переходов не произойдёт, а если выровнены, то они могут квантово туннелировать в состояние с более низкой энергией, испуская фотон с очень специфической длиной волны (21 см) в очень специфическом и довольно длительном временном интервале. Этот переход был измерен с точностью более 1 части на триллион и не менялся на протяжении многих десятилетий, в течение которых он был известен. Это первый свет, появившийся во Вселенной после образования нейтральных атомов и ещё до образования первых звёзд. Появлялся он и после: при формировании новых звёзд ультрафиолетовое излучение ионизирует атомы водорода, создавая эту сигнатуру снова, когда эти атомы спонтанно переформируются.

Учитывая, что существует так много способов создания фотонов, вы, вероятно, слюной исходите от желания найти способ их уничтожить. В конце концов, простое ожидание, пока эффекты космического красного смещения приведут их к асимптотически низкому значению энергии и плотности, займёт произвольно много времени. Каждый раз, когда Вселенная увеличивается в 2 раза, общая плотность энергии в виде фотонов падает в 16 раз: в 24 раза. Множитель 8 появляется потому, что количество фотонов — несмотря на все способы их создания — остаётся относительно фиксированным, а удвоение расстояния между объектами увеличивает объём наблюдаемой Вселенной в 8 раз: в два раза в длину, в два раза в ширину и в два раза в глубину.

Четвёртый и последний фактор, равный двум, возникает в результате космологического расширения, которое растягивает длину волны в два раза по сравнению с первоначальной длиной волны, тем самым вдвое уменьшая энергию на один фотон. На достаточно больших временных масштабах это приведёт к тому, что плотность энергии Вселенной в виде фотонов будет асимптотически стремиться к нулю, но никогда не достигнет его.

В то время как материя и излучение становятся менее плотными по мере расширения Вселенной из-за увеличения её объёма, тёмная энергия — это форма энергии, присущая самому пространству. По мере того как в расширяющейся Вселенной образуется новое пространство, плотность тёмной энергии остаётся постоянной.
В то время как материя и излучение становятся менее плотными по мере расширения Вселенной из-за увеличения её объёма, тёмная энергия — это форма энергии, присущая самому пространству. По мере того как в расширяющейся Вселенной образуется новое пространство, плотность тёмной энергии остаётся постоянной.

Можно попытаться поумничать и представить себе какую-нибудь экзотическую частицу сверхмалой массы, которая соединяется с фотонами и в которую фотон может превратиться при соответствующих условиях. Какой-нибудь бозон или псевдоскалярная частица — например, аксион или аксино, конденсат нейтрино или какая-нибудь экзотическая куперовская пара — могли бы привести именно к таким явлениям, но, опять же, это работает только в том случае, если фотон имеет достаточно высокую энергию, чтобы превратиться в частицу с ненулевой массой покоя через E = mc². Как только энергия фотона смещается ниже критического порога, это уже не работает.

Аналогичным образом можно представить себе конечный способ поглощения фотонов: столкновение их с чёрной дырой. Как только что-либо переходит извне горизонта событий внутрь, оно не только никогда не сможет убежать, но и всегда будет увеличивать энергию массы покоя самой чёрной дыры. Да, со временем во Вселенной появится множество чёрных дыр, и они будут увеличиваться в массе и размерах с течением времени.

Но даже это произойдёт лишь до определённого момента. Как только плотность Вселенной упадёт ниже определённого порога, чёрные дыры начнут распадаться под действием излучения Хокинга быстрее, чем расти, а это означает производство ещё большего количества фотонов, чем попало в чёрную дыру изначально. В течение следующих ~10100 лет или около того все чёрные дыры во Вселенной в конце концов полностью распадутся, причём подавляющее большинство продуктов распада будут фотонами.

Моделируемый распад чёрной дыры приводит не только к испусканию излучения, но и к распаду центральной орбитальной массы, которая поддерживает стабильность большинства объектов. Чёрные дыры не являются статичными объектами, а скорее изменяются с течением времени. Однако чёрные дыры, сформированные из различных материалов, должны иметь различную информацию, закодированную на их горизонтах событий, и неясно, закодирована ли эта информация в исходящем излучении Хокинга.
Моделируемый распад чёрной дыры приводит не только к испусканию излучения, но и к распаду центральной орбитальной массы, которая поддерживает стабильность большинства объектов. Чёрные дыры не являются статичными объектами, а скорее изменяются с течением времени. Однако чёрные дыры, сформированные из различных материалов, должны иметь различную информацию, закодированную на их горизонтах событий, и неясно, закодирована ли эта информация в исходящем излучении Хокинга.

Так погибнут ли они когда-нибудь? Согласно современным законам физики — нет. На самом деле, ситуация даже более плачевна, чем вы, вероятно, думаете. Вы можете вспомнить каждый фотон, который был или будет создан:

  • создан во время Большого взрыва,

  • создан в результате квантовых переходов,

  • создан в результате радиационных поправок,

  • создан в результате излучения энергии,

  • или созданный в результате распада чёрной дыры,

и даже если вы подождёте, пока все эти фотоны достигнут произвольно низких энергий из-за расширения Вселенной, Вселенная всё равно не будет лишена фотонов.

Почему?

Потому что во Вселенной всё ещё есть тёмная энергия. Как объект с горизонтом событий, например чёрная дыра, будет непрерывно излучать фотоны из-за разницы в ускорении вблизи и вдали от горизонта событий, так и объект с космологическим (или, более точно, риндлеровским) горизонтом. Принцип эквивалентности Эйнштейна говорит нам, что наблюдатели не могут отличить гравитационное ускорение от ускорения, вызванного любой другой причиной, и любые два несвязанных места будут казаться ускоренными друг относительно друга из-за присутствия тёмной энергии. Физика, которая при этом возникает, идентична: испускается непрерывное количество теплового излучения. Исходя из значения космологической постоянной, которое мы предполагаем сегодня, это означает, что спектр излучения чёрного тела с температурой ~10-30 К всегда будет пронизывать всё пространство, независимо от того, как далеко в будущее мы зайдём.

Вся падающая снаружи в чёрную дыру материя излучает свет и всегда видна, в то время как из-за горизонта событий ничто не может выйти наружу. Но если бы вы сами упали в чёрную дыру, ваша энергия могла бы, по идее, вновь вырваться наружу в виде части горячего Большого взрыва в новорождённой Вселенной.
Вся падающая снаружи в чёрную дыру материя излучает свет и всегда видна, в то время как из-за горизонта событий ничто не может выйти наружу. Но если бы вы сами упали в чёрную дыру, ваша энергия могла бы, по идее, вновь вырваться наружу в виде части горячего Большого взрыва в новорождённой Вселенной.

Даже в самом конце своего существования, как бы далеко в будущее мы ни заходили, Вселенная всегда будет продолжать производить излучение, гарантируя, что она никогда не достигнет абсолютного нуля, что она всегда будет содержать фотоны, и что даже при самых низких энергиях, которых она когда-либо достигнет, фотону больше не во что будет распадаться или переходить. Хотя плотность энергии во Вселенной будет продолжать падать по мере её расширения, а энергия, присущая каждому отдельному фотону, будет продолжать падать по мере того, как время будет устремляться всё дальше и дальше в будущее, никогда не будет ничего «более фундаментального», во что бы они переходили.

Конечно, есть экзотические сценарии, которые мы можем придумать, чтобы изменить историю. Возможно, у фотонов действительно есть ненулевая масса покоя, из-за чего они замедляются до скорости меньше скорости света, когда проходит достаточно времени. Возможно, фотоны действительно нестабильны по своей природе, и есть что-то другое, действительно безмассовое, например, комбинация гравитонов, в которую они могут распадаться. И, возможно, существует некий фазовый переход, который произойдёт далеко в будущем, где фотон обнаружит свою истинную нестабильность и распадётся в ещё неизвестное квантовое состояние.

Но если всё, что у нас есть, — это фотон, как мы понимаем его в Стандартной модели, то фотон по-настоящему стабилен. Вселенная, наполненная тёмной энергией, гарантирует, что даже если существующие сегодня фотоны будут смещаться до произвольно низких энергий, всегда будут создаваться новые, что приведёт к тому, что во Вселенной число фотонов и плотность энергии фотонов всегда будут конечными и положительными. Мы можем быть уверены в правилах только в той степени, в которой мы их измерили, но если только не существует какого-то большого фрагмента головоломки, который мы просто ещё не раскрыли, мы можем рассчитывать на то, что фотоны могут затухать, но никогда не умрут по-настоящему.

Комментарии (68)


  1. avshkol
    01.11.2024 19:47
    #27500506

    Как только плотность Вселенной упадёт ниже определённого порога, чёрные дыры начнут распадаться под действием излучения Хокинга быстрее, чем расти, а это означает производство ещё большего количества фотонов, чем попало в чёрную дыру изначально.

    Когда ЧД растёт, её энтропия увеличивается. Когда ЧД испаряется, её энтропия... тоже увеличивается?

    ЧД имеет заряд. Если она превращается в фотоны, куда девается заряд?

    (Это к вопросу, действительно ли ЧД испарится на фотоны?)


    1. AbitLogic
      01.11.2024 19:47
      #27501158

      Ну а куда девается заряд атома при Бетта распаде или электронном захвате? Либо приходит обратный знак в систему, либо улетает вместе с излучением и там уже заряжает что-то или аннигилирует


      1. avshkol
        01.11.2024 19:47
        #27501602

        При бета-распаде заряд системы сохраняется. А при полном испарении заряженный ЧД, все превращается в беззарядные фотоны, и закон сохранения заряда нарушается.

        Предположу, что при испарении ЧД, если таковое существует, закон сохранения заряда действует так:

        • На горизонте ЧД образуется фотон с высокой энергией, летящий от ЧД и виртуальная частица с отрицательной массой, уменьшающая массу и радиус горизонта ЧД;

        • Заряд ЧД сохраняется

        • В итоге наступает момент, когда масса ЧД уменьшается настолько, что кривизна пространства ЧД позволяет вырваться свету и веществу, остаются одинаково заряженные частицы, которые, возможно, смогут преодолеть гравитацию и разлететься.


        1. pda0
          01.11.2024 19:47
          #27502172

          Почему "все"? В основном. На горизонте ЧД могут образовываться любые частицы, особенно в последние мгновения её существования, когда остаток массы сбрасывается в излучение.


        1. AbitLogic
          01.11.2024 19:47
          #27502268

          Я не являюсь теоретиком по излучению Хоккинга, но принципиально законы сохранения не запрещают испарять от туда хоть мюоны, те расчеты что я вообще видел речь шла про электронно-позитронные пары, фотоны там фоновый эффект

          Если взять систему ЧД-остальная вселенная, заряд безусловно сохраняется


          1. Tyusha
            01.11.2024 19:47
            #27503700

            Не запрещают, но требуется порог энергии 2mc, а это очень высокая температуры, соответствующая уже очень маленькой ЧД в последние моменты её испарения. Поэтому что-то кроме фотонов ЧД начинает излучать в самом-самом конце жизни.


    1. Wizard_of_light
      01.11.2024 19:47
      #27501546

      ЧД имеет заряд. Если она превращается в фотоны, куда девается заряд?

      Проблема с зарядом решается поглощением какой-нибудь заряженной частицы, гораздо интереснее, что произойдёт с барионным и лептонным числами.


      1. avshkol
        01.11.2024 19:47
        #27502482

        гораздо интереснее, что произойдёт с барионным и лептонным числами.

        Если кварки и электроны внутри ЧД не разрушаются, то после "излучения" всей "лишней" энергии в виде фотонов должны остаться в основном, "низкоэнергетические" протоны, нейтроны и электроны. Сохранив и заряд, и барионное и лептонное числа.


  1. 0x1A4
    01.11.2024 19:47
    #27500548

    Когда образуется атом водорода, спины электрона и протона с равной вероятностью могут быть выровнены и анти-выровнены. Если они анти-выровнены, то никаких дальнейших переходов не произойдёт, а если выровнены, то они могут квантово туннелировать в состояние с более низкой энергией, испуская фотон с очень специфической длиной волны (21 см)

    Правильно я понимаю, что длина волны тут указывает на время, в течении которого происходит изменение спина на противоположный? То есть электрон меняет спин за время, за которое свет проходит расстояние 21 см (или за кратное время, пол периода или четверть периода)?


    1. 0Bannon
      01.11.2024 19:47
      #27500598

      В течениЕ.


    1. Tyusha
      01.11.2024 19:47
      #27501220

      Нет. Эта длина волны соответствует разности энергии состояний с со направленными и противо направленными спинами.


      1. 0x1A4
        01.11.2024 19:47
        #27503708

        Это понятно. Энергия фотона зависит только от частоты, а поля квантуются по амплитуде - так еще со школы учат. А вот попытки понять почему оно именно так, почему появляется только один фотон, приводят меня к выводу (вероятно неверному), что частота рожденного фотона должна указывать на время процесса, вызвавшего его появление.

        Представляю это примерно так - при изменении спина электрон начинает взаимодействовать с ЭМ полем, повышает его напряженность и сам же в этом поле "вязнет". Попадает в петлю обратной связи, а потому теряет энергию не импульсом, а равномерно (упрощенно) до затухания обратной связи.


  1. propell-ant
    01.11.2024 19:47
    #27500596

    Если вдруг кого-то заинтересовала гифка с замедленной съемкой светового импульса, то вот ссылка на исходную статью:

    https://techcrunch.com/2018/10/12/at-10-trillion-frames-per-second-this-camera-captures-light-in-slow-motion/


  1. Arnowt
    01.11.2024 19:47
    #27500968

    Для фотона в вакууме время всегда равно нулю. Следовательно он не может стареть.


    1. Jgrat
      01.11.2024 19:47
      #27501232

      del


    1. 8street
      01.11.2024 19:47
      #27501408

      Вот да. Фотон испускается и тут же поглощается, если смотреть относительно фотона. Эффект "близнецов", в вырожденном случае. В статье есть какая-то чушь про старение фотона, типа он "покраснеет" из-за красного смещения. Длина волны зависит от скорости объекта испускающего свет и наблюдателя, а не от времени движения фотона.


      1. RiseOfDeath
        01.11.2024 19:47
        #27501844

        В статье есть какая-то чушь про старение фотона, типа он "покраснеет" из-за красного смещения.

        Это называется "Гипотеза старения света". Вроде как она была придумана как еще одно, возможное, объяснение красного смещения и, если не ошибаюсь, фотометрического парадокса (но последнее надо уточнить, я уже не помню точно). Но, как и большинство альтернативных гипотез, она дает какое-то объяснение одному-двум наблюдаемым явлениям, но никак не объясняет другие, а то и вовсе с ними не согласуется.


        1. M_AJ
          01.11.2024 19:47
          #27502060

          Недавно какая-то статья вышла, которая эту тему всколыхнула, и теперь появляются научпоп статьи по теме. Хотя, насколько я понял, серьезно к теме никто не возвращался, и вопросы к этой гипотезе, из-за которых она и была в свое время отвергнута, остались те ми же самыми.


          1. MishaRash
            01.11.2024 19:47
            #27504136

            Вероятно, вы имели в виду "Тёмной материи не существует, а возраст Вселенной составляет 27 миллиардов лет, утверждает исследование". Там старение света существует наряду с расширением Вселенной, и оба эффекта дают вклад в красное смещение. Ещё меняются константы связи, и всё это вместе вроде как позволяет обойтись без тёмной энергии и тёмной материи. Но нерешённых вопросов в той модели всё равно много.


      1. UltraMax
        01.11.2024 19:47
        #27511176

        У меня вообще большие вопросы к тому, как безмассовая частица (фотон) воспринимает время вокруг себя и вообще всю вселенную. Получается, что он может замечать время только когда проходит сквозь какую-то материю, а в вакуума он вообще не должен замечать?


    1. AlexSpirit
      01.11.2024 19:47
      #27501672

      Эх, было бы всё так просто. Тогда получается, что с точки зрения фотона он вообще не существует. Ибо с момента его испускания до момента его поглощения проходит ровно 0 Планковских времён.


    1. scorpius_13
      01.11.2024 19:47
      #27502450

      Время для фотона не равно нулю. Время для фотона просто не существует.


    1. yadowit
      01.11.2024 19:47
      #27508834

      В таком случае, фотон представляет собой не частицу, а линию. А в виде частицы его воспринимают те, для кого время является дискретным.


  1. Sap_ru
    01.11.2024 19:47
    #27501218

    Очень больно это читать. Просто издевательство над языком и логикой. Совершенно ужасный перевод, где предложения не связанны между собой.


    1. Mixael-L
      01.11.2024 19:47
      #27502076

      Тогда нужно и самому писать правильно, верно? Например, слово «несвязаны» пишется именно так, слитно и с одной «н».


      1. jugard
        01.11.2024 19:47
        #27503622

        Что ж вы так утруждались, написали бы: "Сам дурак!" и всего дел.


      1. evgenyk
        01.11.2024 19:47
        #27503838

        Серьезно? ИМХО правильно "не связаны" и "несвязанный"


        1. Tyusha
          01.11.2024 19:47
          #27503964

          Могу предложить ещё вариант: "несвязны". Только в этом случае можно писать слитно и с одной "н".


      1. Tyusha
        01.11.2024 19:47
        #27503948

        Прежде, чем строить из себя граммарнаци, потрудитесь изучить правило написания глаголов с частицей "не". Оно простое. Честно.


  1. Jgrat
    01.11.2024 19:47
    #27501228

    Падение скорости света в среде это череда переотражений.
    Если фотон отразился, то он уже уничтожен. Поглощен.
    И дальше летит его переизлученный потомок.
    Единственный способ повернуть фотон без уничтожения это гравитация.


    1. askv
      01.11.2024 19:47
      #27501316

      И то это сложно назвать поворотом, учитывая локальную геометрию. По большому счёту фотон в своей системе отсчёта существует вне времени и покоится.


    1. AbitLogic
      01.11.2024 19:47
      #27501446

      "это череда переотражений"

      Смелое заявление, проверять мы его, конечно, не будем?

      Это вас обманули, в целях упрощения, во первых не всякая частота может впринципе поглощаться средой, есть определенный набор частот, конечно, который можно немного расширить за счёт движения атомов/молекул эффектом Доплера и неопределенностью спина на сфере Блоха при сверхтонком расщеплении, но всё же всякая частота замедляется но не всякая вообще способна поглощаться, во вторых кто мешает свету переизлучаться в произвольном направлении, раз уж он поглотился атомом, в случае рассеяния мы видим именно такую картину, как так выходит, что пройдя огромную череду переотражений на случайном наборе, луч меняет угол на конкретный в веществе и выходит под тем же что входил

      Чтобы не быть заложником упрощений школьной программы рекомендую открыть 4 том курса теоретической физики Ландау и Лифшица


  1. nronnie
    01.11.2024 19:47
    #27501572

    Какая вечность? Фотон ведь может распадаться на частицу и античастицу.


    1. egor_why
      01.11.2024 19:47
      #27501636

      Вечность скорее в том, мой друг, что без фотонов мы не можем представить себе другую Вселенную - фотоны были в начале ее и фотоны будут в конце. Хотя быть может существуют другие варианты универсальных частиц - переносчиков информации и энергии, но если же все же существуют другие Вселенные за пределами нашей.


      1. avshkol
        01.11.2024 19:47
        #27502650

        Возможно, при некотором расширении Вселенной появятся и станут устойчивыми иные частицы, которые сейчас маловероятны или невозможны... При таком предположении Вселенная никогда не умрёт тепловой смертью.


    1. Tyusha
      01.11.2024 19:47
      #27503438

      Фотон НЕ может распасться на частицу и античастицу, т.к. никак не может быть выполнен закон сохранения энергии и импульса.


      1. askv
        01.11.2024 19:47
        #27503468

        Вроде бы 2 фотона могут. Или 3.


        1. Tyusha
          01.11.2024 19:47
          #27503746

          Более одного — могут. Ну или если один, то только при наличии внешнего поля.


      1. nronnie
        01.11.2024 19:47
        #27505150

        В вакууме, сам по себе - не может. Но при наличие внешнего поля (например, атомного ядра) - вполне.


        1. Tyusha
          01.11.2024 19:47
          #27505702

          Конечно вы правы, я уже внесла поправку выше. Но вообще говоря, внешнее поле можно представить, как виртуальные фотоны с нулевой частотой ω и ненулевым волновым числом k (импульсом). Поэтому можно считать, что второй фотон всё же участвует, позволяя соблюсти законы сохранения.


  1. BeerMaster
    01.11.2024 19:47
    #27502012

    Ни черта не понятно, но очень интересно. А с картинками очень убедительно.


  1. wadowad
    01.11.2024 19:47
    #27502182

    Допустим нет никакого расширения вселенной. А красное смещение, предположим, происходит из-за некого эффекта при прохождении фотонов областей с разным "течением времени". (Подобный эффект, например, наблюдается в "пролётной аномалии" - скорость движущегося объекта увеличивается при прохождении областей с более медленным "течением времени"). Будут ли дальние галактики выглядеть более размытыми в данной концепции или же будут "чёткими"?


    1. Daemonis
      01.11.2024 19:47
      #27502238

      Тогда бы мы видели интересные эффекты на границе этих областей.


      1. wadowad
        01.11.2024 19:47
        #27505620

        У этих областей нет границ. По идее эффект должен уменьшаться обратно-пропорционально квадрату расстояния, т.к. время "привязано" к гравитации.


        1. Daemonis
          01.11.2024 19:47
          #27507026

          Что значит нет границ? Если у области нет границы, она занимает всю Вселенную.


          1. wadowad
            01.11.2024 19:47
            #27508488

            Да, можно сказать, что воздействие распространяется бесконечно. Только сила воздействия с расстоянием очень падает на столько, что им можно пренебречь. Например, где находится граница конца воздействия гравитации нашего Солнца?


    1. avshkol
      01.11.2024 19:47
      #27502700

      Да, если у нас есть области с разным течением времени, то одни области сдвигали бы фотоны в красный спектр, а другие в синий, и мы не видели бы такого преобладания красного, а более-менее поровну... Или все сдвиги усреднялись бы и большая часть объектов была бы без изменения спектра....


      1. wadowad
        01.11.2024 19:47
        #27505606

        Это в теории. На практике есть некие наблюдаемые эффекты, как та же "пролётная аномалия" или, например, "смещение перигелия Меркурия", а в дальнейшем и других планет. А что если подобные эффекты касаются и света тоже. Мой вопрос в том, будет ли размытие видимых объектов в данном случае или не будет?


        1. MishaRash
          01.11.2024 19:47
          #27509190

          Не очень понятно, какие именно эффекты вы имеете в виду. Возможно, альтернативную пост-Ньютоновскую теорию с замедлением времени? Она вроде бы поясняет пролётную аномалию, но обобщить рассуждения совсем не очевидно.

          Аномальное смещение перигелия Меркурия же пояснила общая теория относительности (а у других планет его слишком сложно измерить). В ОТО есть и гравитационное красное смещение, которое учитывается в космологии. Оно, например, даёт важный вклад в наиболее масштабные угловые флуктуации реликтового излучения, но действительно в среднем по всем направлениям красное и синее смещения друг друга компенсируют.


    1. redfoxxy12
      01.11.2024 19:47
      #27504088

      А может, в принципе не верна вся теория Инфляции? Прочитал тут на досуге серию статей на Хабре о гипотезе Осциллирующей Вселенной. https://habr.com/ru/articles/777028/

      Несмотря на первоначальный скепсис, гипотеза действительно оказалась очень интересная. И уж как минимум заставляет задуматься о валидности теории Инфляции. Ни много ни мало, она отменяет:

      а) сингулярности, "ломающие физику", внутри черных дыр и вообще где-либо, включая сингулярность из которой получился Большой Взрыв (точнее будет сказать - из которых получаются регулярные большие взрывы).

      б) отменяет инфляцию "везде и одновременно как на поверхности воздушного шарика, а центр - ну он там где-то в другом n-ном измерении которое мы не видим". У Вселенной есть обычный центр в 3D-пространстве, но мы его не видим напрямую, т.к. находится он далеко за пределами горизонта нашей Видимой Вселенной, вот и все.

      Тем не менее мы видим вероятное существование "дьявольской" оси Вселенной ("дьявольская" - общепринятое научное название, если что). Вокруг чего же Вселенная вращается, как не Центра?

      https://naked-science.ru/article/astronomy/vrashhenie-galaktik-pokazalo-chto-vselennaya-mozhet-byt-strukturirovannoj-i-tozhe-vrashhatsya

      в) отменяет Темную Энергию как самостоятельную силу. Это обычное ускорение, вызванное Большим Взрывом, и действующее на нас неравномерно ввиду того, что со стороны Центра мы притягиваемся обратно (замедляемся) возникшей там Супер-Мега-Гигантской Черной Дырой, которая притягивает все к себе неравномерно. Те галактики, что ближе к Центру от нас, летят туда быстрее нас, те, что дальше от нас - медленнее. Вот нам и кажется, что удаляются с ускорением от нас что одни, что другие, а мы находимся в мнимом центре так же как и в теории Инфляции. Это временный эффект, который завершится через миллиарды лет.

      г) отменяет Темную Материю как WIMP объекты. Это просто множество черных дыр, которые могут (по большей части) переживать события больших сжатий и больших взрывов, таким образом попутно объясняется парадокс существования Супермассивных Черных Дыр в ранней Вселенной, которые по логике ну никак не успевали бы в ней появиться известными нам процессами, если верна теория Инфляции.

      Все это, конечно, требует тщательной проверки серьезными учеными. Тем не менее, заставляет задуматься.


      1. Sap_ru
        01.11.2024 19:47
        #27504884

        б) не наблюдается кроме неоднородности реликтового излучения
        в) галактики по направлению "вбок" будут ускоряться одинаково вместе с нами и красного смещения не будет. Кроме того смещение по направлению к центру и от него будет нарастать/убывать с разной скоростью от расстояния. Этого не наблюдается, что рушит всю теорию.

        Пункты и "г" и "б" не могут в силу того, что пункт "в" опровергается наблюдениями, так как для их обоснования должен выполняться "в".


        1. redfoxxy12
          01.11.2024 19:47
          #27511012

          > б) не наблюдается кроме неоднородности реликтового излучения

          Нет, не только.
          Смещено гамма - излучение:
          "Группа, возглавляемая А. Кашлинским, решила получить диполь фонового гамма-квантового излучения в интервале энергий от 2.74 до 115 ГэВ по данным спутника Fermi. Если движение Земли является единственным источником глобальной анизотропии в космосе, то направление и величина гамма-диполя должны совпадать с параметрами диполя реликтового излучения. Но анализ показал, что диполь фона гамма-квантов смещен от диполя реликтового излучения настолько, что, в галактических координатах, из северного полушария он перекочевал в южное (Рисю). Амплитуда его оказалась около 7%, что на порядок больше ожидаемой."
          https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/acfedd
          Смещены оси вращения галактик:
          https://lenta.ru/news/2020/06/02/notrandom/


  1. rybkin_kotik
    01.11.2024 19:47
    #27502196

    Вся надежда на Большой Разрыв - только он гарантированно избавит нас от противных неубиваемых фотонов. Но сам БР пока никто не гарантирует :(


  1. sovbez
    01.11.2024 19:47
    #27502864

    так как фотон движется в пространстве со скоростью света, то для него не существует такого понятия, как время. Он появляется в квазаре в десяти миллиардах световых лет от нас и сразу же достигает детектора на нашем телескопе, с точки зрения фотона он оказался здесь сразу же. А мы же видим, как он путешествовал десять миллиардов лет до нас.


    1. jugard
      01.11.2024 19:47
      #27503658

      Мы видим что он нам в глаз врезался. Или вы всерьез считаете что на фотон можно сбоку посмотреть, или у него есть траектория, или мы можем вдоль его траектории с его скоростью параллельно ему лететь чтобы сбоку на него посмотреть, или, что можно на него посмотреть, а он так и будет с тем же импульсом по той же траектории двигаться?


  1. Tyusha
    01.11.2024 19:47
    #27503726

    Вот интересно, не задумывалась об этом, если космологический горизонт излучает, то при приближении к Большой Разрыву это излучение должно стать очень сильным. Соответственно гравитационное поле образующегося фотонного газа начнёт работать против Разрыва. Интересно, какое там соотношение сил, не может ли это остановить Большой Разрыв?


    1. f-tech
      01.11.2024 19:47
      #27505308

      Александра, вопрос не совсем по теме статьи, но когда еще доведется спросить? )

      Почему при гравитационном линзировании иногда объект "размножается", как например Крест Эйнштейна? Почему не светящийся ободок или полумесяц?

      В тех объяснениях, которые я видел, чаще всего встречается предположение что "Несколько линз на оси наблюдения, неравномерности, так совпало".


      1. Tyusha
        01.11.2024 19:47
        #27505648

        Если объект идеально на оси, то будет ободок, но если нет, то размножится. Умозрительно это не объяснить (да я и сама не понимаю). Просто примите как факт, что геодезические световых лучей в центральном гравитационном поле очень сложны, и они совершенно не могут быть сведены к привычной оптической линзе, хоть при беглом рассмотрении эффект схож и даже имеет название "линза".


        1. f-tech
          01.11.2024 19:47
          #27506420

          Спасибо! Собственно, смущает эта дискретность. Пространство вблизи массивного объекта искажено, но все же непрерывно.Яркий объект тоже испускает свет во всех направлениях, а не несколько лучей выборочно, как на иллюстрациях. Тогда откуда дискретные копии?

          Скрытый текст

          Я посмотрел симуляции, какие нашел. Где-то видно, как ободок распадается на две половинки разной степени сплюснутости, если объект чуть в стороне от оси. Но чтобы 3+ штук, не попадалось.

          Скрытый текст

          И отчего зависит это количество? Скорее всего от взаимного расположения источника света, наблюдателя и массивного объекта.

          Мысленно начнем плавно смещать что-нибудь из перечисленного. Плавно и непрерывно. Наблюдаемая картина так же плавно должна изменяться. В голове не укладывается, как 3 штуки плавно превращаются в четыре )

          Эхх... Пойду искать хороший симулятор. Потому что вот это (https://foothillastrosims.github.io/gravitational-lensing/) – вообще несерьезно.

          PS: Я ни в коем случае не спорю с физикой, я правда хочу понять. И спасибо вам, что доступно объясняете очень сложные вещи.


          1. MishaRash
            01.11.2024 19:47
            #27509252

            В определённых пределах (обычно малых углов отклонений) для гравитационных линз работает геометрическая оптика (или что-то вроде неё). Конечно, есть и различия: например, в обычной оптике угол отклонения увеличивается при отдалении от центра линзы (практически прямая пропорциональность), в то время как для точечной массы наоборот, отклонение тем сильнее, чем ближе проходит луч (угол отклонения примерно обратно пропорционален прицельному параметру/расстоянию).

            Насчёт множественности изображений аргумент будет несколько технический, но наводящие вопросы могут помочь сделать его более доступным.

            Предполагая, что отклоняющая масса (линза) сконцентрирована в одной плоскости, перпендикулярной линии зрения, где-то между источником и наблюдателем, и все углы малые, мы получаем геометрическое уравнение линзы, связывающее истинное (угловое) положение объекта \vec\beta с видимым/кажущимся (угловым) положением объекта \vec\theta:

            \vec\beta = \vec\theta - \vec\alpha \left( \vec\theta \right),

            где \vec\alpha \left( \vec\theta \right) — это масштабированный угол отклонения, нелинейная функция, которую можно посчитать интегрированием в плоскости линзы (в сущности суперпозиция точечных масс, раз уж всё малое и примерно линейное; формулу приводить не буду, она довольно громоздкая и не так существенна для пояснения).

            Суть в том, что отклонение задаётся в первую очередь видимым положением, а связь с истинным непрямая. Поэтому одному видимому положению соответствует одно строго определённое истинное положение объекта. Но вот поиск видимого положения по истинному подразумевает решение нелинейного уравнения, где количество решений будет зависеть от поведения нелинейной функции \vec\alpha \left( \vec\theta \right).

            Тут вектора двухмерные, но можно подумать о скалярных функциях одной переменной и, например, понять, что пока масштабированный угол отклонения меняется достаточно медленно (производная меньше 1), решение будет единственным (т.к. общая функция в правой части будет монотонно возрастающей).

            Насколько я знаю, симуляции гравитационных линз обычно и работают в данном приближении. Тогда при фиксированной конфигурации источника и линзы отследить каждый луч в изображении (в какие истинные позиции отображается сетка видимых позиций) не так сложно, нужно только быть немного аккуратными с точечными массами, которые могут дать бесконечные отклонения. Серьёзные проблемы начинаются с описанием распределения светимости в источнике и массы в линзе/линзах, количество параметров быстро выходит из-под контроля, если не делать дальнейших упрощающих предположений.


  1. elechrom
    01.11.2024 19:47
    #27503868

    Вопросы к "гуру", рассуждающим о высокой материи. Эти вопросы я задавал более полувека назад профессорам и докторам обучавшим меня азам науки а затем и членкорам.

    • к какой среде относятся константы электрического и магнитного полей?

    • в чем колеблются фотоны?

    • что ограничивает скорость света (скорость распространения э/м полей)?

    • а позже, после знакомства с теорией БВ, и до настоящего времени - проводились ли эксперименты по изучению гипотезы "старения света"?

    • Как Вы понимаете без ответа на на данные вопросы все рассуждения на тему "старения света", темной материи или темной энергии есть не что иное как "поиск черной кошки ......".


    1. Tyusha
      01.11.2024 19:47
      #27504054

      Эти вопросы я задавал более полувека назад

      Данное замечание предостерегает пытаться объяснять. Но попробую.

      к какой среде относятся константы электрического и магнитного полей?

      К вакууму. А вообще константы — есть константы, это всего лишь числа описывающие свойства ЭМ поля в выбранной системе единиц.

      в чем колеблются фотоны?

      Видимо если механические колебания есть перемещения, то и колебания фотонов вы хотите представить механически (это моё предположение), или представить какую-то механистическую среду (которую любят называть эфиром). Мой ответ: да ни в чём таком они не колеблются. Если будете настаивать, отвечу: в векторном касательном расслоении они колеблются. Годится?

      что ограничивает скорость света (скорость распространения э/м полей)?

      Устройство нашего пространство с сигнатурой (+ – – –) ограничивает скорость. Можно: отрицать, гневаться, торговаться, но лучше просто принять, что наше пространство устроено вот так. Другого у меня для вас нет.

      Ограничение скорости света по сути можно свети к тому, что не бывает треугольника, где одна сторона длиннее суммы двух других. Обижайтесь сколько угодно на отсутствие таких треугольников, но это факт: не бывает, и всё тут.

      а позже, после знакомства с теорией БВ, и до настоящего времени - проводились ли эксперименты по изучению гипотезы "старения света"

      Старение света масштабный космологический эффект. Тут возможны только наблюдения и их интерпретация.


  1. elechrom
    01.11.2024 19:47
    #27504702

    Спасибо за ответ, но только за полвека, как я погляжу, Ваши познания в интересующем меня вопросе недалеко ушли. Задавая вопросы я просто хотел узнать не пропустил ли каких либо новостей из обсуждаемой сферы - в последнее время новые открытия в астрономии подняли забытую было тему "старения фотонов" которой я интересовался полвека назад. Как специалист связанный с радиотехникой я прекрасно знаю теорию распространения радиоволн (и фотонов) и самым лучшим тогда ответом на мои вопросы был ответ моего любимого преподавателя дфмн: "вакуум и космическое пространство это такая среда о которой мы практически ничего не знаем, но того что мы знаем о распространении в ней электромагнитных волн (в т.ч. фотонов) и передвижении в ней тел без сопротивления вполне достаточно для практического применения". Что касается лично меня, то я твердо убежден в том, что вакуум (или космическое пространство) является материальной средой ("темной материей") которую человечеству еще предстоит "открыть" и изучить. При этом многие физические свойства этой среды нам уже известны:

    • константы э/м полей;

    • скорость света;

    • формирование первичных материальных элементов (нейтрино, электронов, протонов и т.д.) под воздействием сильных э/м полей (например, гамма-квантов) с одновременным формированием у них свойств гравитации, электрического заряда и магнитного момента;

    • прямолинейность распространения фотонов в однородной среде и искривления под воздействием неоднородной среды (линзирование под воздействием галактик);

    • к предполагаемым свойствам следует отнести сверхтонкую организацию материальной среды позволяющую формирование нейтрино и гамма-квантов с супер короткой длиной волны, сверхтекучесть и сверхпроводимость.


    1. V_Scalar
      01.11.2024 19:47
      #27504938

      Мне нравится модель спинорных полей. Вакуум это конденсат мельчайших частиц имеющих спин 1/2. Заряд непрерывно движется в этой среде и выстраивает спины спиноров антипараллельно, по закону сохранения спина (при их рассеянии), то есть поляризует вакуум вблизи себя. Если заряд движется с ускорением или колеблется образуется волны (аналогичные спиновым волнам в магнетике - магнонам) эти волны будут фотонами. Магнитная и электрическая компонента представлена отдельным типом спинора 1/2, поэтому конденсат (фотон имеет спин 1


      1. Tyusha
        01.11.2024 19:47
        #27505686

        del


    1. Tyusha
      01.11.2024 19:47
      #27505670

      Не надо никакой среды, зачем, это просто лишнее. Часть эффектов — простотгеометричеакие свойства пространства. А свертекуяескть и сверхпроводимость тут вообще каким боком? Это просто коллективные квантовые эффекты, без какой-то глубинной непонятной физики.


      1. V_Scalar
        01.11.2024 19:47
        #27507818

        Но что нам даёт векторное касательное расслоение, это общее понятие из топологии и геометрии. Нам нужно найти более глубокое понимание, не нужно бояться сред, конденсатов это лишь независимые степени свободы. Дирак в своей теории SVT, Воловик в монографии "Вселенная в капле гелия", Злочастьев и др. приходят к выводу что все поля спинов 1, 0, 2 можно представить через через процесс, называемый "разложением поля" то есть существует некое фундаментальное спинорное поле спин 1/2 через которые мы можем выразить другие поля, но не наоборот. Например в спинорном представлении Спиноры спина 1/2 имеют две компоненты и могут быть представлены как двухкомпонентные объекты. Для описания фотона мы можем использовать спиноры, которые соответствуют поляризациям. В случае фотона, его состояние можно описать с помощью двух спиноров, которые являются ортогональными друг к другу.

        A^\mu = \epsilon^\mu_1 \psi_1 + \epsilon^\mu_2 \psi_2


  1. kauri_39
    01.11.2024 19:47
    #27507522

    Фотоны не только могут быть вечными, они вообще как будто демонстрируют признаки разумного поведения. Чем можно объяснить их частоту/энергию и постоянную скорость перемещения? Тем, что таковы следствия их выживания в агрессивной среде - энергетически плотном физическом вакууме. Допустим, они для выживания снижают давление вакуума на себя - постоянно ликвидируют его кванты в направлении своего движения и постоянно перемещаются на их место давлением вакуума с противоположной стороны. Чем больше квантов вакуума они ликвидируют в единицу времени, тем больше их частота или энергия. А поскольку вакуум имеет постоянную плотность своей энергии, то и перемещение в нём фотонов имеет постоянную скорость.

    Если эта гипотеза верна, то для "разумных фотонов" было бы естественным снизить темп ликвидации квантов вакуума при их попадании в менее агрессивную среду - в вакуум со сниженной плотностью энергии. Есть основания считать, что вокруг массивных тел вакуум имеет сниженную плотность (доказывается эквивалентностью инертной и пассивной гравитационной массы). Но тогда излученные в нём фотоны будут иметь сниженную частоту и сниженную скорость. Что и наблюдается в реальности. Например, на поверхности Земли частота фотонов, излучаемых цезием в атомных часах, равна 9192631770 Гц. А в космосе, на орбитах спутников gps, их частота равна 9192631775 Гц. В ОТО такая зависимость выражается как замедление времени в гравитационном поле. Замедление в нём скорости электромагнитных волн называется эффектом Шапиро.

    Но как фотоны могут быть разумными? Они же - элементарные частицы материи, а разум - результат биологической эволюции. Ответ предлагает забытая фридмонная теория. Согласно ей, элементарные частицы "изнутри" выглядят как вселенные, а вселенные "снаружи" могут выглядеть как элементарные частицы. Так пишет об этой теории академик В.С. Барашенков в книжке "Вселенная в электроне".

    Расширим теорию: для взгляда "снаружи" на вселенные, выглядящие как частицы, должна быть вмещающая их вселенная большего масштаба пространства-времени с наблюдателем. Которая тоже требует вселенной очередного масштаба со своим наблюдателем и т.д. И уточним: только вселенные с полной внутренней эволюцией материи - разумные вселенные - могут войти в состав разумных фотонов для вселенной очередного масштаба. Чем больше количество таких вселенных в одном фотоне, тем больше его энергия. Поэтому фотоны могут безболезненно разделяться пополам в магнитном поле ядра атома, отдавать часть своей энергии другим частицам и принимать энергию от них.

    Кстати, при делении пополам получаются пары запутанных фотонов, которые обладают нелокальной корреляцией своих состояний. Иначе говоря, они могут мгновенно (для нашего хода времени) обмениваться информацией об изменениях своего спина, чтобы соблюдать нулевой спин их общей квантовой системы. Так они выявляют способность к мгновенному обмену информацией у всех фотонов и у других образованных из них частиц, распадающихся при аннигиляции на фотоны. Тогда как бы распорядились такой связью разумные фотоны? И такие же разумные их системы - кварки, которые изолируются от давления вакуума с помощью конфайнмента?

    Наверное, они думали о своём выживании не только "здесь и теперь", но и "где-то и потом". То есть о превращении вмещающей их Вселенной в разумную, способную войти в состав фотона, который вечен по сравнению с квантами вакуума. Можно предположить, что фотоны создадут для этого вселенскую информационную сеть и организуют проведение во Вселенной успешной эволюции материи. Воплощать их план будут кварки со своей информационной сетью. Видимо, настройка фундаментальных параметров Вселенной на успешную эволюцию материи - дело их коллективного Разума. Его можно считать всеведущим Богом нашей Вселенной. Он "не играет в кости" как раз благодаря наличию у него "чудовищного дальнодействия".