Momentálně se snažím naučit některé základní kvantové mechaniky a jsem trochu zmatený. Wikipedia definuje foton jako kvantum světla, což dále vysvětluje jako jakýsi vlnový balíček .
Co přesně je kvantum světla?
Přesněji řečeno, znamená kvantum světla jen určitý počet vlnových délek světla (třeba něco jako „1 kvantum = jediné období sinusové vlny“), nebo jde o koncept zcela nesouvisí s vlnovými délkami? Jinými slovy, kolik je jediné kvantum?
Komentáře
- Ne. Je to ‚ důvěrně svázáno s pojmem nejistoty a toho, jak je to ‚ reprezentováno ve vlnách. Podívejte se na tuto otázku: physics.stackexchange.com/q/18062/5223
- Také skvělé místo, kde si můžete začít ovíjet hlavu toto je studium experimentu s dvojitou štěrbinou .
- @Dejan: ok, ale přijatá odpověď dává popis fotonu jako vlnového balíku polí E a B, který je hrubě nesprávný a ostatní uvede v omyl. Jediný foton je čistě kvantově mechanický a je popsán kvantovou superpozicí polí E a B, která za žádných okolností nemá žádný definitivní klasický analog. To se liší od, řekněme, jediného piona, kde lze vlnovou funkci formálně popsat řešením klasické pohybové rovnice pionového pole, protože pion může být nerelativistický.
- Možný duplikát Co je to vlastně foton?
- @peterh děláš si ze mě srandu? Hlasovali jste pro ponechání otevřené novější otázky jako duplikát této otázky a nyní ‚ znovu hlasujete zavřít tento jako duplikát toho novějšího?
odpověď
Existují dva významy, které se v kvantové teorii obvykle spojují se slovem „kvantový“, jeden hovorový a druhý technický.
Jak víte, elektromagnetické záření se chová způsobem charakteristickým jak pro vlny, tak pro částice. Pro neodborníky je snadné si představit částici jako „jednotku“ vlny, a protože „kvantum“ znamená jednotku něčeho, slovo se spojilo s „částice“. Ve skutečnosti však myšlenka částice není přesně definována. Když lidé mluví o částice světla, EM pole spojené s tím, co pravděpodobně znamenají, lze popsat jako vlnový paket, který si můžete představit jako elektromagnetickou vlnu lokalizovanou do nějaké malé oblasti ve vesmíru. Například něco jako toto:
Toto je samozřejmě pouze příklad; vlnové pakety mohou mít nejrůznější tvary.
Přesnější, technický význam „kvantového“ má co do činění s Fourierovým rozkladem. Jak možná víte, jakoukoli funkci lze rozložit na součet sinusových vln (nebo komplexních exponenciálů),
$$ f (x) \ propto \ int e ^ {ikx} \ tilde f (k) \ mathrm {d} k $$
Pro každou danou hybnost $ k $ představuje amplituda $ \ tilda f (k) $ příspěvek sinusové vlny s touto frekvencí k celkové vlně. Nyní klasicky hodnota $ [\ tilde f (k)] ^ 2 $ na každém $ k $ představuje bona fide příspěvek k energii světla. Ale předpoklad, který činí kvantovou teorii kvantovou, je, že $ [\ tilde f (k)] ^ 2 $ místo toho představuje pravděpodobnost , že existuje příspěvek k energii světla vycházející z této frekvence. Skutečný příspěvek, který může pocházet z jakékoli dané frekvence, může být pouze jednou ze sady konkrétních hodnot, které jsou celočíselnými násobky nějaké jednotky $ \ hbar c / k $. „Kvantum“ je slovo pro tuto jednotku energie.
Odpověď
Kvantum světla je částice světla, která může zmizí, dává svou energii atomovému nebo částicovému systému, nebo se objevuje a odnáší energii z částicového nebo atomového systému. Kvantum světla vlnové délky $ \ lambda $ je minimální množství energie, které může být uloženo v elektromagnetické vlně při této vlnové délce, což je Planckova konstanta h krát frekvence. Foton nesouvisí s vlnou v žádném konkrétním případě klasická vlna je superpozice velkého počtu fotonů, které jsou koherentní.
Komentáře
- …. ne nutně a velký počet fotonů, ale rozhodně neurčitý počet fotonů, protože amplituda pole se nemění s počtem energie a / nebo obsazením režimu
- @lurscher: Ne , velké číslo je přesnější výrok.Neurčitý malý počet nepracuje ‚ na vytvoření určitého množství pole, zatímco velký určitý počet fotonů může stále vytvářet pole, jehož lokální fázové fluktuace jsou malý, což znamená, že pokud změříte fázi v jednom bodě, fáze ve vzdáleném bodě se zhroutí do konzistentní vlny.
- @lurscher: Co dělá $ [\ hat {n}, \ hat {a} ] $ má co do činění s Ronem Miamonem ‚ s odpovědí? ‚ si nejsem jistý, zda rozumím vašemu tvrzení.
- @Antillar: Jde o to, kdy má foton popis pole? Říká, že limit nepotřebuje jen velké množství, ale neurčitý počet fotonů, stejně jako limit “ konečné polohy “ v harmonickém oscilátoru potřebuje “ velkou neurčitou hladinu energie „. To je technicky pravda, ale myslím si, že je lepší říci “ velké číslo „, protože relativní fáze může být i poté v pořádku měření, jako po měření polohy velkého N HO, částice osciluje. Je to ‚ menší problém a hlavní bod je nezměněn.
Odpověď
Jen poznámka, která by mohla pomoci pochopit, co je to foton:„ vlnové délky světla “se zdají být pouze teoretickou hodnotou vypočítanou pomocí Planckova modelu. Skutečně lze v experimentu měřit hybnost / energii fotonu, nikoli vlnovou délku. Například „barva“ fotonu je plně určena jeho hybností.
Odpověď
Zde je několik věcí, které by vám mohly pomoci:
Vše má dualitu vln-částice (dokonce i my). Tento „efekt“ se neomezuje na měřítko jednotlivých částic (mikroskopické / subatomární měřítko), jako jsou elektrony. Podle principu korespondence v kvantové mechanice se tyto kvantové jevy mapují do makroskopického měřítka (toto lze volně považovat za měřítko světa, ve kterém existujeme).
Přibližování se k odpovědi na vaši otázku:
Světlo (nebo obecně EM záření) se šíří vesmírem jako vlna, ale interaguje s hmotou jako částice , kterou nazýváme fotony . Fotoelektrický efekt to experimentálně ukázal (ve skutečnosti náhodou) a v roce 1905 Einstein poskytl důkaz. Louis de Broglie ve skutečnosti ukázal, že pokud se vlny mohou chovat jako částice, pak se částice mohou chovat jako vlny.
Co přesně je kvantum světla?
Na vysvětlení balíčku wavepacket nic neřeknu, protože to již bylo podrobně vysvětleno v jiné odpovědi.
Ale kvantum světla se často považuje za diskrétní množství energie, které může mít foton světla. To znamená, že energie je kvantována a již není spojitá. Takže fotony samy o sobě mají energetická množství.