Światło robi coś bardzo dziwnego. Foton, mała cząsteczka światła, zawsze porusza się z tą samą prędkością. Zawsze. Nazywamy to c, prędkością światła. Około 186 000 mil na sekundę czyli 299 792,458 km/s.

Nie można jej przyspieszyć. Nie można jej zwolnić. I oto naprawdę szalona część: Nigdy nie można zatrzymać fotonu. Nigdy. Nie można go złapać i utrzymać w bezruchu. Nie istnieje w tym stanie. Pomyśl przez chwilę, co to oznacza.

Zagadka Masy Spoczynkowej

Jeśli coś ma masę, masę spoczynkową, definiujemy tę masę jako energię, którą ma, gdy jest nieruchome. O to właśnie chodzi w słynnym równaniu:

To energia, która istnieje po prostu dlatego, że tam jest. Ale foton nigdy tam nie jest. Nigdy nie jest w spoczynku. Więc kiedy pytasz, jaka jest masa spoczynkowa fotonu, zadajesz bezsensowne pytanie. To tak, jakbyś pytał, jaki jest stan cywilny liczby 7? To pytanie nie ma zastosowania.

Relatywistyczna Natura Energii

Kiedy mówimy o masie czegoś poruszającego się, mamy to piękne równanie z teorii względności:

• E: całkowita energia relatywistyczna obiektu
• p: pęd obiektu
• m: masa spoczynkowa (masa niezmienna)
• c: prędkość światła w próżni

Dla fotonu masa wynosi zero. Znika. Więc równanie staje się po prostu E = pc. Energia równa się pędowi pomnożonemu przez prędkość światła. Foton to czysta energia i pęd, nic więcej. Nie ma tam żadnej materii, żadnej substancji. To nie jest mała piłka lecąca w przestrzeni. To kwant pola elektromagnetycznego, zmarszczka, zaburzenie.

Elektrodynamika Kwantowa (QED)

W mechanice kwantowej nie mówimy, że foton obrał tę czy inną ścieżkę. Musimy rozważyć wszystkie możliwe ścieżki, jaką foton mógłby pokonać z punktu A do punktu B. Niektóre ścieżki są dłuższe, inne krótsze, niektóre zupełnie szalone, biegnące wokół Księżyca i z powrotem. Następnie sumujemy amplitudy prawdopodobieństwa.

Oznacza to, że foton nie ma trajektorii w klasycznym sensie. Rozprzestrzenia się po wszystkich możliwych ścieżkach naraz, aż do momentu wykrycia. A kiedy go wykryjesz – puf i jest!

Perspektywa Fotonu: Bezczasowość

Według samego fotonu, gdyby mógł nosić ze sobą mały zegar, czas w ogóle by nie płynął. Z punktu „widzenia” fotonu, moment jego powstania i moment jego absorpcji to ten sam moment. Nie ma podróży. Nie ma upływu czasu. Foton nie doświadcza ruchu, ponieważ nie doświadcza czasu.

Foton podróżujący ze Słońca do twojego oka, co według naszych zegarków zajmuje 8 minut, dla samego siebie pokonuje tę drogę w zero sekund. Foton się nie starzeje. Nie zmienia się. Nie porusza się w czasie.

Eksperyment z Dwiema Szczelinami

Jeśli nie zwrócimy uwagi na to, przez którą szczelinę przechodzi foton, otrzymamy wzór interferencyjny. Oznacza to, że foton przeszedł przez obie szczeliny naraz. Ale jeśli umieścimy detektor, wzór zniknie. Foton nie ma ścieżki, dopóki go do tego nie zmusisz pomiarem.

Natura Nie Przejmuje się Intuicją

Nasze codzienne pojęcia, takie jak ruch, położenie i ścieżka, nie pasują do fotonów. Natura, w swoim najbardziej fundamentalnym wymiarze, nie składa się z poruszających się przedmiotów. Składa się z pól i kwantowych wzbudzeń.

Więc następnym razem, gdy zapalisz światło, pamiętaj, że te fotony nie poruszają się tak, jak ci się wydaje. Robią coś o wiele dziwniejszego, o wiele subtelniejszego. Tak działa natura i jest to absolutnie cudowne.