NYMODERNISM

Blogg om vetenskap och kultur

Ett relativistiskt tankeexperiment

Jag har i ett dygn nu plågat naturvetarna på ett visst forum (dock inte Vetenskap och Folkbildnings) med intrikata frågor om fotoner, ljushastigheten och speciell relativitetsteori.

Utgångspunkten var denna: Alla fotoner rör sig av nödvändighet med ljusets hastighet. Detta innebär att fotonerna, av relativistiska skäl, också måste röra sig med ljusets hastighet i förhållande till varandra. (Detta fick jag bekräftat i forumet, så jag utgår ifrån att det stämmer.) Givet tre fotoner, kommer fotonerna 2 och 3 att röra sig med ljusets hastighet i förhållande till foton 1. Dock behöver inte fotonerna 2 och 3 röra sig med ljusets hastighet i förhållande till varandra sett från foton 1:s perspektiv. I själva verket kan de hålla vilken hastighet som helst — både över och under ljushastighetskonstanten. Däremot ”upplever” foton 2 och 3 fortfarande i sig att de håller ljushastigheten i förhållande till varandra. Det verkar märkligt men motsäger inte relativitetsteorin; i själva verket är det av samma anledning som universum anses ha utvidgat sig med överljushastighet strax efter Big Bang (under inflationsfasen).

Så långt är det egentligen inget problem. Men betänk nu detta:

1) Eftersom en foton alltid måste hålla ljushastigheten relativt en annan foton, kan två fotoner aldrig komma i kontakt med varandra.

2) Men sett från foton 1:s perspektiv i exemplet ovan, behöver inte fotonerna 2 och 3 röra sig med ljusets hastighet i förhållande till varandra. Kan de då komma i kontakt med varandra sett från foton 1:s perspektiv? Men det verkar som en ren självmotsägelse.

3) Det tillkommer dock ytterligare en detalj: Om fotonerna 2 och 3 rör sig mot varandra sett från foton 1:s perspektiv, måste man antagligen ta hänsyn till en relativistisk tidsförskjutning. Fotonerna rör sig ju inte bara med ljushastigheten bort från foton 1, utan har också en reell (inte av perspektivet beroende skenbar) hastighet mot varandra. För att ljushastighetskonstanten ska bevaras sett från foton 1, bör rörelsemönstret hos fotonerna 2 & 3 förvrängas, återigen sett från foton 1:s perspektiv. Men hur kommer den förvrängningen att te sig?

När det gäller andra punkten här ovan: Empiriskt vet vi nu att självmotsägelsen ifråga inte uppstår i verkligheten. Vi kan aldrig i detalj observera eller studera ögonblicket när två fotoner kolliderar, det sätter obestämbarhetsprincipen stopp för. (Vårt perspektiv är knappast helt ekvivalent med foton 1:s perspektiv i exemplet, eftersom vi inte rör oss med ljusets hastighet, men jämförelsen borde inte heller vara helt orättvisande.) Så härmed ytterligare en punkt som man kan fundera över — och som förstås kanske redan har ett svar, fastän jag inte känner till det:

4) Finns det något sätt att härleda obestämbarhetsprincipen från relativitetsteorin, kanske utifrån resonemanget i punkt tre?

/ Rickard Berghorn

Annonser

Single Post Navigation

Kommentera

Fyll i dina uppgifter nedan eller klicka på en ikon för att logga in:

WordPress.com Logo

Du kommenterar med ditt WordPress.com-konto. Logga ut / Ändra )

Twitter-bild

Du kommenterar med ditt Twitter-konto. Logga ut / Ändra )

Facebook-foto

Du kommenterar med ditt Facebook-konto. Logga ut / Ändra )

Google+ photo

Du kommenterar med ditt Google+-konto. Logga ut / Ändra )

Ansluter till %s