Jak upływa czas dla fotonu?

Pytanie

Pyta Paweł

Dla obserwatora znajdującego się na Ziemi foton wyemitowany ze Słońca pokonuje odległość ok. 150 mln km w czasie 8 minut. Ale dla samego fotonu ten czas jest równy zero? A co z odległością?

Odpowiedź

Odpowiada Andrzej Okołów

W teorii względności czas i odległość związane z fotonem są wielkościami kłopotliwymi w tym sensie, że nie da się ich sensownie zdefiniować. Patrząc na problem od strony eksperymentalnej: nie potrafimy (nawet w zasadzie) skonstruować ani zegara ani pręta mierniczego, które poruszałyby się razem z fotonem. Patrząc na problem od strony teoretycznej: w teorii względności istnieje ogólna formuła matematyczna (prawa strona wzoru (1) tutaj), która

  • zastosowana do odcinka tzw. krzywej przestrzennej daje długość tego odcinka,
  • zastosowana do odcinka tzw. linii świata ciała o niezerowej masie daje upływ czasu, jaki od zdarzenia określającego początek tego odcinka do zdarzenia określającego koniec tego odcinka zmierzyłby zegar poruszający się wraz z tym ciałem.

Ta formuła zastosowana do dowolnego odcinka linii świata fotonu daje zero. Na upartego można to zero interpretować jako zerowy upływ czasu lub zerową długość, ale pożytek z tak rozumianego upływ czasu czy długości jest raczej niewielki.