Er det sikkert at fotoner ikke har masse?

[-trygve]

Interessant tema i grunn, men tråden er jo bare surr. Hva er masse? Det er det vel ingen som vet enda... nå snakker jeg ikke om "enkle" forklaringer, men helt konkret hva masse er.

Masse er like mystisk, eventuelt like lite mystisk - du kan selv velge hva du foretrekker - som elektrisk ladning. Begge deler har en helt veldefinert rolle i de ligningene vi bruker til å beskriver partikler og kreftene som virker mellom dem. Etter at Higgsbosonet ble oppdaget er det til og med bekreftet at massen faktisk oppstår¹ gjennom vekselvirkning med Higgsfeltet.

 

Vi vet ikke hva gravitasjon er heller, så vidt jeg vet (annet enn teorier om gravitroner, som tilfeldigvis også beveger seg med C).

Ja, gravitoner har status som hypotetiske, og det er dessverre svært liten sannsynlig at de kan detekteres direkte i overskuelig fremtid. Men utsagnet om at de tilfeldigvis også beveger seg med lyshastigheten er feil. Et av de fundamentale prinsippene som ligger til grunn for fysiske teorier siden den spesielle relativitetsteorien ble satt frem er at masseløse partikler alltid beveger seg med lyshastigheten. Det er altså alt annet enn tilfeldig at gravitonene også gjør det (forutsatt at det er riktig at de faktisk finnes).

 

For fotoner er tidsdillasjonen uendelig, så tiden står faktisk stille for fotoner. Det igjen medfører at det fra deres perspektiv vil emisjon og absorpsjon skje i det samme øyeblikket, så for oss er det mer riktig å tenke på fotoner som vektorer, enn punkter, så ja, fotoner befinner seg på alle punkter langs "rom"-aksen det følger samtidig. (Edit: dette kan bare gjelde omfotoner ikke har masse? Jeg blir smått surrete av å forsøke å visualisere dette) Dette er bare konsekvenser av ymse kvaliteter og teorier, men det er i alle fall slik jeg forstår det.

Tankerekken du starter her forutsetter at det er mulig å sette seg i et fotons sted, men det er prinsipielt umulig siden ingenting med masse kan oppnå lyshastigheten.

 

Greia med "ubestemmelig til man observerer det" tror jeg er en misforståelse, fordi man ikke kunne observere et foton på noen måte uten å påvirke det, og dermed absorbere det. Dette er nå mulig...

Det er riktig at de har klart å observere fotoner uten å ødelegge de. Det er likevel umulig å observere fotoner - og hva som helst annet - uten å vekselvirke med de, og dermed påvirke de.

 

Igjen koker hele problemstillingen ned til hva masse egentlig er. Så vidt jeg har forstått, så er dette en kraft som vi ikke vet veldig mye om, men som virker mellom alle partikler med "masse". Forenklingen med en kule på et tørkle er en grei forklaring, men det blir straks vanskeligere å visualisere om man har tre romdimensjoner.

Her blander du masse og gravitasjon. Analogien med tørklet er et forsøk på å anskueliggjøre hvordan den generelle relativitetsteorien beskriver gravitasjonskraften. I ligningene oppstår masse uavhengig av gravitasjonskraften, men gravitasjonskraften virker på masse - og andre former for energi.

 

For å spamme litt lenker her...

 

http://physics.stackexchange.com/questions/2229/if-photons-have-no-mass-how-can-they-have-momentum

 

m=E/c2=h/λc[/size]

 

And here we have it: photons have 'mass' inversely proportional to their wavelength! Then simply by Newton's theory of gravity, they have gravitational influence. (To dispel a potential source of confusion, Einstein specifically proved that relativistic mass is an extension/generalisation of Newtonian mass, so we should conceptually be able to treat the two the same.)

 

Det ser ut til å være ikke helt vanvidd å si at de har en "relativistisk masse" som er ekvivalent med "vanlig masse"...

 

Ja, du kan godt "leke" med relativistisk masse på den måten, men det blir ikke helt riktig. Hvis du setter denne "fotonmassen" inn i Newtons gravitasjonsligning blir selvfølgelig lys avbøyd når det passerer nær et massivt objekt - nettopp slik som den generelle relativitetsteorien også forutsier. Dette var faktisk den avgjørende testen som gjorde at relativitetsteorien ble akseptert som riktig. Men det er en viktig forskjell: Relativitetsteorien forutsier dobbelt så stor avbøyning som Newton + relativistisk masse, og målingene viser at det er relativitetsteorien som har rett.

 

¹NB! Relativistisk masse har ikke noe med Higgsfeltet å gjøre, og siden 99% av massen til protonet er relativistisk masse som skyldes den sterke kjernekraften er mesteparten av massen vi observerer ikke av Higgs-type. Men dette forandrer uansett ikke diskusjonen i denne tråden.

[delfin]

Beklager at dette blir elendig formatert og ikke riktig sitert, men jeg vil bare svare kort her

 

At jeg skrev at gravitoner tilfeldigvis beveger seg med lysets hastighet skulle vært "tilfeldigvis", altså at jeg ikke tror det er noe tilfeldig over det... at det ble surret både med formatering og poeng er selvsagt min feil, men det er "selvfølgelig" ikke tilfeldig. Her skriver du at disse teoretiske partiklene er masseløse. I neste avsnitt sier du at det er umulig å sette seg inn i et fotons ståsted siden ingenting med masse kan oppnå lyshastigheten. Hvorfor kan man ikke teoretisk sette seg inn i noe som oppnår lyshastigheten, fordi ingenting med masse kan oppnå lyshastigheten? Jeg ser ikke kausaliteten i argumentet...

 

Man kan godt snu på det, som her, og si at avstanden er null, men det blir vel mye det samme?

 

http://www.askamathematician.com/2013/04/q-if-a-photon-doesnt-experience-time-then-how-can-it-travel/

 

 

 

I mitt siste avsnitt er jeg på veldig tynn is, men det er altså en påstand i den linken:

 

To dispel a potential source of confusion, Einstein specifically proved that relativistic mass is an extension/generalisation of Newtonian mass, so we should conceptually be able to treat the two the same.

 

Er dette feil, og hva i relativitetsteorien er det som sier at fotoner nødvendigvis er masseløse? De andre svarene sier enten at fotoner har masse (noe jeg ikke har tenkt å argumentere for), eller at man bare med sikkerhet kan vite at de har en øvre grense for masse, som riktig nok er veldig liten. Jeg ser de grunnleggende "nei-grunnene" til at fotoner, men det er fortsatt noe veldig lite intuitivt over det hele... det var mest det jeg reagerte på i utgangspunktet; at det hele ble avfeid som veldig enkelt, når det kan være bittesmå mangler i vår forståelse av fysikk (eventuelt noen veldig små feil) som gjør at man kan si at de har en veldig liten masse, f.eks. om de absurd nok ikke skulle bevege seg i c, at c ikke ALLTID gjelder, at noe kan bevege seg bittelitt raskere enn c etc... det som ikke er intuitivt er at de kan gjøre et arbeid, uten å ha noen masse (og igjen, som du sier, man kan se på det som like vanskelig eller enkelt som elektrisk ladning, og vi vet vel ikke hva masse er?)

 

Vi har ligninger og denslags, men jeg er ikke overbevist om at vi har oppnådd en 100% forståelse innen dette feltet. Et eksempel er "double slit experiment" med elektroner som "skytes" ett og ett, adskilt i tid, og likevel lager intereferens. Finnes det noen forklaring på det?

 

Og så har vi selvfølgelig Einsteins søken etter en "unified field theory", og ymse nye oppdagelser etter hans tid... her har jeg ikke noe å bidra med, annet enn at jeg ikke blir overrasket om det viser seg at vi ikke har kommet helt til bunns i ting enda, selv om det kan se slik ut "Vi" har vel brent oss på slikt tidligere i historien...

 

Takk for svar, og ta det meste av det jeg skriver som en slags "kverulering" for diskusjonens skyld. Jeg vet at mye av det kan se helt absurd ut, men det er mer at temaet er langt mer interessant enn tråden viste seg å være...

[-trygve]

I neste avsnitt sier du at det er umulig å sette seg inn i et fotons ståsted siden ingenting med masse kan oppnå lyshastigheten. Hvorfor kan man ikke teoretisk sette seg inn i noe som oppnår lyshastigheten, fordi ingenting med masse kan oppnå lyshastigheten? Jeg ser ikke kausaliteten i argumentet...

 

Det er mulig å studere og kanskje forstå uten å kunne "sette seg i fotonets sted". Det Einstein selv sa var hovedinspirasjonen sin til den spesielle relativitetsteorien var tanken om hvordan verden ville se ut om man reiste sammen med en lysbølge. Han måtte konkludere med at det var umulig å reise sammen med en lysbølge, og ut kom den spesielle relativitetsteorien som blant annet ga bedre forståelse av lys.

 

 

I mitt siste avsnitt er jeg på veldig tynn is, men det er altså en påstand i den linken:

 

To dispel a potential source of confusion, Einstein specifically proved that relativistic mass is an extension/generalisation of Newtonian mass, so we should conceptually be able to treat the two the same.

 

Er dette feil,

Det er feil å tilskrive fotonet en relativistisk masse og tro at det oppfører seg som en massiv partikkel med akkurat samme masse. Det er deimot ikke feil å regne med en relativistisk masseøkning av allerede massive partikler.

 

og hva i relativitetsteorien er det som sier at fotoner nødvendigvis er masseløse?

Egentlig ingenting, relativitetsteorien sier bare at masseløse partikler alltid må bevege seg med den største mulige hastigheten (den vi kaller lyshastigheten), mens massive partikler aldri kan oppnå denne hastigheten. Både Maxwells elektrodynamikk og den senere utviklede kvanteelektrodynamikken forutsetter at lys beveger seg med den største mulige hastigheten. Dette er modeller som er testet ekstremt presist eksperimentelt, og vi derfor tror stemmer. Men det er helt riktig at det finnes ikke noe "matematisk bevis" for at fotonet er masseløst.

 

Vi har ligninger og denslags, men jeg er ikke overbevist om at vi har oppnådd en 100% forståelse innen dette feltet. Et eksempel er "double slit experiment" med elektroner som "skytes" ett og ett, adskilt i tid, og likevel lager intereferens. Finnes det noen forklaring på det?

Om du vil si at vi forstår det eller ikke kommer an på hvilken filosofisk retning du lener mot. Feynman var kjent for sin "sit down and calculate"-doktrine, og i den forstand forstår vi det: Vi har altså modeller som beskriver fenomenet helt riktig innenfor den tilgjengelige eksperimentelle usikkerheten.

 

Og så har vi selvfølgelig Einsteins søken etter en "unified field theory", og ymse nye oppdagelser etter hans tid... her har jeg ikke noe å bidra med, annet enn at jeg ikke blir overrasket om det viser seg at vi ikke har kommet helt til bunns i ting enda, selv om det kan se slik ut "Vi" har vel brent oss på slikt tidligere i historien...

Til bunns - eller snarere til topps - har vi definitivt ikke kommet. Det er en grunn til at jeg og andre fysikere fremdeles driver forskning. Det som det kan se ut til at er uklart for mange er at vi kan vite mye med stor sikkerhet selv om vi ikke vet alt ennå. I det miljøet jeg jobber har vi et bevisst forhold til hva som er veletablerte modeller om er nøye testet, og hva som er spekulative ting som er spennende, men krever mer testing før de kan aksepteres som fakta.

 

Takk for svar, og ta det meste av det jeg skriver som en slags "kverulering" for diskusjonens skyld. Jeg vet at mye av det kan se helt absurd ut, men det er mer at temaet er langt mer interessant enn tråden viste seg å være...

Nei, jeg vil ikke kalle det kverulering. Dine spørsmål er langt mer konstruktive enn det aller meste som har skjedd i denne tråden.

[sinnaelgen]

Hvorfor skal man konkludere så mye her når man har veldig mange hull i dataene man trenger ?

[KoKo_]

Hvorfor skal man konkludere så mye her når man har veldig mange hull i dataene man trenger ?

Nei, du har et poeng, hvorfor konkludere med noe som helst. Det er jo helt bak mål å konkludere før alle hull er tettet. Konklusjoner er utopi, og egentlig aldri mulig. Så hele ordet burde egentlig avskaffes før man har nok beviser til å konkludere med at konklusjoner er mulige å gjøre, men hvordan kan man konkludere med dette når konklusjoner egentlig ikke er mulig.

Man burde egentlig bare stole på logikken man opparbeider seg ved å ikke studere, men å tenke logisk ut fra det logiske man ser og føler. Og basert på logikken til en elg, så KAN man faktisk konkludere!

[sinnaelgen]

 

Hvorfor skal man konkludere så mye her når man har veldig mange hull i dataene man trenger ?

Nei, du har et poeng, hvorfor konkludere med noe som helst. Det er jo helt bak mål å konkludere før alle hull er tettet. Konklusjoner er utopi, og egentlig aldri mulig. Så hele ordet burde egentlig avskaffes før man har nok beviser til å konkludere med at konklusjoner er mulige å gjøre, men hvordan kan man konkludere med dette når konklusjoner egentlig ikke er mulig.

Man burde egentlig bare stole på logikken man opparbeider seg ved å ikke studere, men å tenke logisk ut fra det logiske man ser og føler. Og basert på logikken til en elg, så KAN man faktisk konkludere!

 

jeg spør fordi dert hele er mere kvanteteori , noe som ligner mere på en filosof fantasi ,der vanlig logikk ikke gjelder

[Jotun]

Du mener "der min logikk ikke gjelder" da selvsagt?

[sinnaelgen]

Du mener "der min logikk ikke gjelder" da selvsagt?

overhode ikke .

jeg snakker om logikk som har sammenheng , ikke at du er på 2 steder samtidig eller påstander der objektet er et annet sted når du snur ryggen til det.

Det er filosofisk fantasier og ikke logikk

[cuadro]

Tvert i mot, elgen. Mange av dine og mine oppfattelser av verden er fantasier, og kvantefysikk og annen vitenskap kan vise oss dette i mange tilfeller. Sansene dine blir narret.

Endret 9. desember 2015 av cuadro

[aklla]

Å anta alle andre kan like lite og skjønner like lite som en selv er skummelt, spesielt når man ikke kan noe som helst om det...

[sinnaelgen]

Nå handler det jo om hvordan  det presenteres , så når prestasjonen mangler all normal logikk så godtar man ikke "påstandene" så uten videre

særlig når "forskerne"  ikke selv vet helt hvordan de skal forholde seg til det

 

Du , sammen med flere andre har en lit merkelig holdning til dette og bare påstår at jeg tar feil hver gang jeg stillere spørsmål fordi jeg er skeptisk

 

man trenger ikke fremstå som man er en så strent tilhenger av all type vitenskap at man ikke ser at mange også  er skeptisk til mage av argumentene  som brukes

[ATWindsor]

Problemet er ikke at du stiller spørsmål, problemet er at du ikke hører på svarene. Du støtter deg istedet til din egen "logikk", som dessverre er så totalt mangefull at du nesten utelukkende kommer til feil konklusjon.

 

AtW

[Jotun]

Elgens logikk er det minst logiske i denne tråden.... Dessverre.

[sinnaelgen]

Problemet er ikke at du stiller spørsmål, problemet er at du ikke hører på svarene. Du støtter deg istedet til din egen "logikk", som dessverre er så totalt mangefull at du nesten utelukkende kommer til feil konklusjon.

 

AtW

så problemet er at jeg ikke godtar svada fra de som dere tror har peiling ?

du har en merkelig måte å argumenter på må jeg si 

Endret 9. desember 2015 av den andre elgen

[delfin]

 

I neste avsnitt sier du at det er umulig å sette seg inn i et fotons ståsted siden ingenting med masse kan oppnå lyshastigheten. Hvorfor kan man ikke teoretisk sette seg inn i noe som oppnår lyshastigheten, fordi ingenting med masse kan oppnå lyshastigheten? Jeg ser ikke kausaliteten i argumentet...

 

Det er mulig å studere og kanskje forstå uten å kunne "sette seg i fotonets sted". Det Einstein selv sa var hovedinspirasjonen sin til den spesielle relativitetsteorien var tanken om hvordan verden ville se ut om man reiste sammen med en lysbølge. Han måtte konkludere med at det var umulig å reise sammen med en lysbølge, og ut kom den spesielle relativitetsteorien som blant annet ga bedre forståelse av lys.

 

Takk for langt og konstruktivt svar, men nå ser jeg at tråden siden det har sporet inn på nøyaktig det samme tøysesporet som den var tidligere, som ødela for det som ellers kunne være en interessant diskusjon. Det som irriterte meg litt da jeg begynte å skumme gjennom dette første gang var akkurat dette, for jeg mistenker at de færreste her faktisk har en forståelse av dette som er på et slags intuitivt nivå. Det nærmeste noen kommer tror jeg må være deg. Når man på "den andre siden" har noen som ikke engang kan grunnleggende "Newtoniansk" (?) fysikk, så blir det lett å velge side. Noe som kunne vært spennende å lese om folk hadde turt å spille litt djevelens advokat her, har blitt til side opp og side ned med overforenklinger av noe som i alle fall i mitt hode er noe av det mest ubegripelige i hele vår fysiske verden. Ikke nødvendigvis om det har masse eller ikke, men fotonets natur og relativitet.

 

Når det gjelder anekdoten om Einstein, så kan jeg jo smykke meg med at jeg heller ikke klarer å sette meg inn i å reise fra ståstedet til en lysbølge/partikkel Det er nok av helt andre grunner enn Einstein, men det meste dreier seg om at tiden som en "normal" romdimensjon, plutselig kollapser og blir så relativ at det blir meningsløst. Blant annet har man det jeg linket til om at man må en måte kan se på det som at lyset krummer rommet uendelig mye slik at avstander blir 0 (her må jeg bare beklage mine manglende evner til å formulere dette, det gir en slags mening så lenge det bare er abstrakte tanker). Spørsmålet er mer hva man egentlig kan konkludere med, ut fra at det er umulig å tenke seg at man "reiser på et foton" fra vårt normale perspektiv? Kan ikke årsaken være at fotonet beveger seg i en dimensjon som ikke følger våre "normale" "tidrom-regler"? Jeg tror ikke tid og rom er så enkelt som mange tror. Double-slit-eksperimentet burde være nok til å gi et stort "hæ?" for de fleste... jeg har enda ikke sett noen gi en god forklaring (som jeg forstår i alle fall) på tilfellet hvor man sender inn enkeltpartikler adskilt av tid og fortsatt får interferens...

 

Det er ikke det at jeg TROR at det nødvendigvis er tilfelle at fotoner har masse, men bare det at man må operere med både en relativistisk masse, og en "normal" masse, er for meg et lite hint om at det er noe vesentlig i hele "masse-begrepet" som først og fremst gir mening i ligninger. Begge de to områdene, fotonets natur og "masse" er såpass kompliserte at jeg umulig kan være den eneste, sammen med elgen, som egentlig sliter med å få dette til å falle helt på plass, og spørsmålet er ikke helt på jordet synes jeg, i alle fall ikke om man leser det som hvordan kan man VITE helt sikkert at fotoner ikke har masse.

 

Jeg ser hvor formelene vi har i dag svikter, men før Einstein kom med sine teorier, så ville nok de fleste bare gjentatt Newtons lover i stedet...

 

 

Edit: fjerning av noen ord som har lurt seg inn i forsøkene på å formulere dette...

 

Edit2:

 

Jeg hadde egentlig tenkt å skrive dette tidligere, men kom ikke så langt. Det blir så kort jeg klarer

 

E = mc²

 

E = m (ganger en konstant)

 

Energi = masse

 

Hvordan kan noe som ikke har masse, inneholde energi? Hvis vi ser på en tilstrekkelig sterk laser som lyser gjennom vakuum, og treffer en svart papirbit f.eks, så vil den begynne å brenne, mens det meste av lyset vil forsvinne. Fotoner ser ut til å inneholde energi (jeg kan komme med flere eksempler, men dette skulle være greit).

 

Masse og energi er to sider av samme mynt, og her snakker vi ikke om overføring av energi via kollidering med andre partikler, slik som ved f.eks. overføring av lyd, men å rett og slett sende partikler som består av energi mot noe, hvor de absorberes og gjøres om til energi... hvor kommer denne energien fra, om de ikke har masse?

 

At man ikke kan samle opp en bøtte med fotoner uten moment og veie dem (høyst hypotetisk er åpenbart, men om man ikke på noen måte kan se på fotoner som partikler som har "en slags" masse er det ikke. De påvirkes av gravitasjonsfelt, og om jeg ikke tar mye feil, så er teoriene (veldig overforenklet) om gravitasjon at alle partikler med masse tiltrekker hverandre... hvordan kan gravitasjon da virke på noe som ikke har masse, i noen forståelse av begrepet?

 

Det må være flere enn meg som ikke har en komplett forståelse av alle disse finurlighetene?

Endret 10. desember 2015 av pifler

[delfin]

Lyset følger sin bane ja, det er riktig.

Lyset avviker ikke pga gravitasjonen nei. Men, rommet lyset beveger seg i krummers av gravitasjonen.

Lyset går altså rett, sett i fra lyset. Sett fra fra langt unna ser man det bøyer seg.

 

Du må gjerne mene det er filosofi, men dette er bevist ut over enhver tvil.

Men, du er jo så klart uenig i at tyngdekraft påvirker tid og rom også...

 

Alt går vel "rett frem", sett fra sitt eget perspektiv...

[delfin]

-

Endret 10. desember 2015 av pifler

[cuadro]

Jeg hadde egentlig tenkt å skrive dette tidligere, men kom ikke så langt. Det blir så kort jeg klarer

 

E = mc²

 

E = m (ganger en konstant)

 

Energi = masse

Hehe, kan du finne den egentlige formelen, tror du?

[delfin]

 

Jeg hadde egentlig tenkt å skrive dette tidligere, men kom ikke så langt. Det blir så kort jeg klarer

 

E = mc²

 

E = m (ganger en konstant)

 

Energi = masse

Hehe, kan du finne den egentlige formelen, tror du?

 

 

 ?

 

Jeg vet ikke helt hva du mener med "den egentlige" E = mc² gjelder vel generelt for å beskrive dualiteten mellom masse og energi?

 

In relativity, removing energy is removing mass, and for an observer in the center of mass frame, the formula m = E/c²[/size] indicates how much mass is lost when energy is removed.  

 

Edit: Jeg får vel igjen legge til at jeg ikke tror at fotoner har masse, men prøver å argumentere for det, pluss at jeg virkelig ikke forstår alt med dem, f.eks. double-slit eksperimentet, som jeg er redd aldri kommer til å gi mening for min del, i alle fall ikke utover noe høyst teoretisk...

Endret 10. desember 2015 av pifler

[aklla]

Alt går vel "rett frem", sett fra sitt eget perspektiv...

Når du kjører berg og dalbane, kjører du da helt rett frem(vertikalt og horisontalt), sett fra ditt perspektiv?