Как фотон достигает скорости света?

Все дело в том, что фотон не разгоняется до скорости света. Скорее, фотон уже движется со скоростью света, когда он появляется. Это не похоже на то, как фотон мгновенно перескакивает с нулевой скорости на световую.

Скорее, фотон всегда движется с момента своего создания. Если вы думаете о фотоне как о твердом шарике, то вы вправе считать абсурдным, что он уже мог лететь с высокой скоростью в момент своего создания. Например, прежде чем шарик из пластилина сможет полететь, вы должны сначала слепить шар, а затем бросить его, чтобы он набрал скорость.

Ключ в том, что фотон — нетрадиционная частица. Скорее это квантовый объект, который отчасти является волной, а отчасти частицей. Когда создается фотон, он действует в основном как волна, и волны без проблем движутся с определенной скоростью с момента их создания.

Например, подвигайте рукой вверх и вниз по неподвижной поверхности пруда, и вы создадите водные волны, которые будут колебаться от вашей руки. Волны на воде не начинаются неподвижно, а затем медленно набирают скорость по мере удаления. Волны на воде уже движутся со своей номинальной скоростью в тот момент, когда вы начинаете их создавать. Так ведут себя волны.

Волны возникают из-за того, что деформация в материальной среде или в полевой среде заставляет среду возвращаться к состоянию равновесия, но она выходит за пределы этого состояния и, следовательно, в конечном итоге колеблется взад и вперед, все время приводя соседние области в одно и то же движение.

Следовательно, скорость волны определяется способностью среды отскочить назад, а не внешним воздействием, толкающим волну, чтобы разогнать ее до различных скоростей. Если сильнее воздействовать на среду, то гребни волн становятся выше.

Однако это не заставит волну двигаться в космосе быстрее. Если среда постоянна в области пространства и на всех частотах движения, то скорость волны будет постоянной в этой области. В области однородной среды волна не может ускоряться. Следовательно, если волна создается в такой области, она должна создаваться со скоростью волны в этой области.

Это не просто квантовая концепция. Это применимо ко всем волнам, от сейсмических волн, океанских волн и звуковых волн. Некоторые люди говорят, что причина, по которой фотон движется со скоростью света в момент своего создания, заключается в том, что он является безмассовой частицей и, следовательно, всегда должен двигаться со скоростью света.

Хотя верно, что фотон не имеет массы и поэтому всегда движется со скоростью света во всех системах отсчета, это не является причиной того, что он создается уже со скоростью. Причина просто в том, что это волна.

Другие квантовые объекты, такие как электрон, имеют массу, и у них нет проблем с созданием на некоторой ненулевой скорости без необходимости разгоняться до этой скорости. Все квантовые объекты частично являются волнами и поэтому могут иметь определенную скорость в момент своего создания.

Например, свободный нейтрон в конечном итоге распадается на протон и при этом создает электрон и антинейтрино. Этот распад многократно наблюдался экспериментально. Электрон, который создается в этом процессе, улетает с определенной скоростью, которую он имеет в момент своего создания, без какого-либо ускорения. Электрон может это сделать, даже если он имеет массу, потому что он обладает волнообразными свойствами.