Respuesta corta: no.

Explicación:

Muchos libros de texto introductorios hablan de "masa de descanso " y " masa relativista " y decir que la " masa en reposo " es la masa medida en el marco de reposo de las partículas.

Eso es no está mal, usted puede hacer física desde ese punto de vista, pero la gente ya no habla ni define la masa así.

En la visión moderna, cada partícula tiene una y solo una masa definida por el cuadrado de su energía - vector de impulso cuatro (que siendo un invariante de Lorentz se puede calcular en cualquier marco inercial): $$ m ^ 2 \ equiv p ^ 2 = (E, \ vec {p}) ^ 2 = E ^ 2 - \ vec {p} ^ 2 $$

Para un fotón, este valor es cero. En cualquier fotograma , y eso permite a la gente decir razonablemente que el fotón tiene masa cero sin necesidad de definir un fotograma de reposo para él.

Tus respuestas son correctas, un fotón solitario no tiene marco de reposo, sin embargo, encuentro bastante interesante notar que un sistema de partículas sin masa (como los fotones) puede tener una masa distinta de cero siempre que todos los momentos no estén orientados en el mismo eje y que para tales sistemas se PUEDEN definir marcos de momento cero.

No es posible encontrar un marco de referencia donde un fotón esté en reposo. Argumento de dos formas diferentes:

1. Ecuaciones de Maxwell y argumento electromagnético:

De Maxwell se espera que las perturbaciones electromagnéticas se propaguen en el vacío a una velocidad constante c ~ 299792458 m / s que es la velocidad máxima para la propagación de interacciones electromagnéticas .

Si pudiera encontrar un marco de reposo para un fotón (es decir, un marco de reverencia donde la velocidad de los fotones es cero), entonces, en este marco de referencia cualquier interacción electromagnética sería imposible (ya que los fotones son los portadores de la interacción electromagnética). Por ejemplo, la fuerza entre dos electrones en reposo sería $ F = 0 $ para cualquier ubicación de los electrones, ya que el campo no podría propagarse entre ellos. Esto es absurdo y, por tanto, no es posible encontrar un marco de referencia donde un fotón esté en reposo.

2. Naturaleza corpuscular de los fotones y la mecánica cuántica:

La energía $ E $ de un fotón se define como $ E = hf $ donde $ h $ es la constante de Plank y $ f $ representa el fotón frecuencia pero $ c = \ lambda f $ (siendo $ \ lambda $ la longitud de onda). Este producto puede ser cero de tres formas diferentes:

1. $ \ lambda = 0 $, $ f $ finite. En este caso, el fotón tiene una longitud de onda cero y, por lo tanto, un impulso infinito y una energía finita, lo cual es absurdo.
2. $ f = 0 $, $ \ lambda $ finite. En este caso, el fotón no tiene energía sino un momento finito ($ p = h / \ lambda $) que es nuevamente absurdo.
3. $ \ lambda = 0 $ y $ f = 0 $. El fotón tiene frecuencia cero (energía cero) y longitud de onda cero (momento infinito), lo cual es doblemente absurdo.

Por lo tanto, tanto el electromagnetismo clásico como la teoría cuántica de la luz niegan la posibilidad de un marco de referencia donde se puede encontrar un fotón en reposo.

Para simplificar, suponga $ (1 + 1) $ dimensiones.Sea $ M $ la matriz de $ 2 \ times 2 $ que relaciona dos marcos.Entonces (estableciendo $ c = 1 $) la velocidad relativa de los dos fotogramas es la relación $ v = M_ {12} / M_ {22} $ (o alguna relación análoga según el orden que prefiera para su fotograma).

Suponga $ v = 1 $.Entonces $ M_ {12} = M_ {22} $.De esto y de la ortogonalidad de Lorentz, se obtiene fácilmente $ M_ {11} = M_ {21} $, de donde $ M $ es singular, contradicción.

Por tanto, no puede haber dos fotogramas con velocidad relativa $ 1 $.

Para nada. Marco de descanso es un concepto que no existe en la naturaleza. Si hubiera existido, la naturaleza no sería causal. Un fotón que se propaga a través del medio no se "mueve" a una velocidad menor que la velocidad de la luz en el vacío. Simplemente interactúa electromagnéticamente con el medio y estas interacciones ralentizan su propagación a través del medio.