چرا کسی نمی‌داند که آیا فوتون‌ها واقعاً بی‌جرم هستند: اگر نباشند چه؟

این ویدئو با عنوان "چرا کسی نمی‌داند که آیا فوتون‌ها واقعاً بی‌جرم هستند: اگر نباشند چه؟" توسط Arvin Ash در تاریخ ۳۰ ژوئیه ۲۰۲۳ منتشر شده است. - ویدئو با سوال "آیا فوتون‌ها جرم دارند؟" شروع می‌شود. در بیشتر کتاب‌های درسی، پاسخ منفی است. اما آیا واقعاً اثبات شده که نور هیچ جرمی ندارد؟ آیا کسی تا به حال این را در یک اندازه‌گیری تأیید کرده است؟ خیر. - نظریه نسبیت اینشتین بیان می‌کند که اشیاء بی‌جرم همیشه با سرعت ثابت در خلأ حرکت می‌کنند، که همان سرعت نور یا ۲۹۹,۷۹۲,۴۵۸ متر بر ثانیه است. این فرض بر این است که فوتون بی‌جرم است. اما لزوماً اینطور نیست. ما فرض می‌کنیم که فوتون بی‌جرم است زیرا چیزی سریع‌تر از آن را اندازه‌گیری نکرده‌ایم. - اگر فوتون جرم کمی داشته باشد، سرعت آن حداکثر نیست. اما از آنجایی که ما چیزی سریع‌تر از آن را اندازه‌گیری نکرده‌ایم، فرض می‌کنیم که سرعت نور حداکثر سرعت ممکن است. - در مفهوم، مهم نیست که سرعت نور در نسبیت خاص چقدر است. مهم سرعت جریان اطلاعات است. این برای اطمینان از اینکه قانون علیت نقض نشود، ضروری است. در صورتی که سرعت نور کمتر از c باشد، c نمایانگر سرعت جریان اطلاعات خواهد بود، نه سرعت نور. این سرعت حداکثر سرعت مجاز در جهان خواهد بود. بنابراین، حد واقعی نسبیت خاص، حد سرعت جریان اطلاعات است، نه سرعت نور. - این مسئله مشکلی در علم ایجاد نمی‌کند زیرا از آنجایی که فوتون‌ها سریع‌ترین روش شناخته شده برای ارسال اطلاعات هستند، این بدان معنا خواهد بود که ما روشی برای ارتباط با حداکثر سرعت نداریم، بلکه فقط با سرعت نور که کندتر از آن حداکثر است. - این مسئله نظریه نسبیت را نیز باطل نمی‌کند. برای اهداف عملی ما نسبیت را از نظر سرعت نور بیان می‌کنیم، اما می‌توانیم به همان خوبی آن را با سرعت علیت بیان کنیم تا دقیق‌تر باشد. - مشکل این است که ما واقعاً نمی‌دانیم که آیا فوتون‌ها واقعاً بی‌جرم هستند زیرا نتوانسته‌ایم آزمایشی را برای آزمایش واقعی این موضوع طراحی کنیم. آزمایش‌ها به ما می‌گویند که جرم آن نمی‌تواند بیشتر از ۱۰^-۱۸ eV باشد، زیرا در آن صورت ما می‌توانستیم آن جرم را تشخیص دهیم. - نظریه‌های ما به ما می‌گویند که باید بی‌جرم باشد، اما چیز دیگری وجود ندارد که بتوانیم اندازه‌گیری کنیم که سریع‌تر باشد. تنها ذره دیگری که گمان می‌رود بی‌جرم باشد، گلوئون است، اما به دلیل قوانین نیروی قوی، این گلوئون‌ها آزاد نیستند و همیشه با کوارک‌ها پیوند دارند. بنابراین ما نمی‌توانیم سرعت آن‌ها را اندازه‌گیری کنیم. - سبک‌ترین ذراتی که می‌شناسیم، نوترینوها هستند، که هنوز حدود یک کوینتیلیون برابر سنگین‌تر از فوتون‌ها خواهند بود. - اگر فوتون‌ها جرم بسیار کمی داشته باشند، جهان چندان متفاوت به نظر نمی‌رسد، اما اگر جرم قابل توجهی داشته باشند، ما تفاوت‌هایی را مشاهده خواهیم کرد. یک مثال این است که نیروی الکترومغناطیسی محدود خواهد شد. - تغییر دیگری که با فوتون با جرم قابل توجه مشاهده خواهید کرد این است که فوتون‌های با انرژی بالاتر، یعنی فوتون‌های با طول موج کوتاه‌تر، سریع‌تر از فوتون‌های با طول موج بلندتر حرکت می‌کنند. این احتمالاً تفاوت چندانی ایجاد نمی‌کند اگر به اشیاء ثابت نگاه کنید، اما یک شیء متحرک مانند یک اتومبیل سفید سریع در فاصله ممکن است مانند یک طیف از رنگ‌ها به نظر برسد، زیرا رنگ آبی درون سفیدی اتومبیل قبل از رنگ قرمز به چشمان شما می‌رسد. این به این دلیل است که رنگ آبی قبل از رنگ قرمز به چشمان شما می‌رسد. اثر دیگری که با فوتون با جرم قابل توجه همراه خواهد بود، خم شدن نور توسط جاذبه مانند یک منشور است. - جهان قابل مشاهده به نظر بسیار کوچک‌تر خواهد آمد زیرا نور از فواصل بسیار دور به ما نرسیده است. پس‌زمینه مایکروویو کیهانی، یا CMB، ممکن است قابل مشاهده نباشد زیرا نور آن هنوز به ما نرسیده است. - از آنجایی که ما هیچ مشاهده‌ای نداریم که از یک فوتون واقعاً بی‌جرم پشتیبانی کند، امکان اینکه واقعاً جرمی داشته باشد، در حال حاضر نمی‌توان رد کرد.