Yritän tällä hetkellä oppia kvanttimekaniikkaa ja olen hieman hämmentynyt. Wikipedia määrittelee fotonin valokvanttina, jonka se selittää edelleen jonkinlaisena aaltopakettina .
Mikä tarkalleen on valokvantti?
Tarkemmin sanottuna onko valokvantin tarkoitus olla vain tietty määrä valon aallonpituuksia (ehkä esimerkiksi ”1 kvantti = siniaallon yksittäinen jakso”), vai onko käsite täysin liity aallonpituuksiin? Toisin sanoen, kuinka paljon yksi kvantti on?
Kommentit
- Ei. Se ’ liittyy läheisesti epävarmuuden käsitteeseen ja siihen, miten se ’ esitetään aalloissa. Katso tämä kysymys: physics.stackexchange.com/q/18062/5223
- myös loistava paikka aloittaa pääsi kääriminen tämän tarkoituksena on tutkia kaksoisrakokokeilua .
- @Dejan: ok, mutta hyväksytty vastaus antaa kuvaus fotonista E- ja B-kenttien aaltopakettina, mikä on erittäin virheellistä ja johtaa muita harhaan. Yksittäinen fotoni on puhtaasti kvanttimekaaninen, ja sitä kuvaa E- ja B-kenttien kvanttisuppositio, jolla ei ole missään olosuhteissa selvää klassista analogia. Tämä eroaa esimerkiksi yhdestä pionista, jossa aaltofunktio voidaan muodollisesti kuvata ratkaisulla klassiseen pionikentän liikeyhtälöön, koska pioni voi olla ei-relativistinen.
- Mahdollinen kopio Mikä fotoni tarkalleen on?
- @peterh Nöritätkö minua? äänesti jättää avoimeksi uudemman kysymyksen kopiona tämän kysymyksen ja nyt ’ äänestät uudelleen sulkea tämä kopio uudemmasta?
Vastaa
On olemassa kaksi kvanttiteoriassa sanaan ”kvantti” yleensä liitetyt merkitykset, yksi puhekielinen ja yksi tekninen.
Kuten tiedät, sähkömagneettinen säteily käyttäytyy tavallisesti sekä aalloille että hiukkasille. Muille kuin asiantuntijoille on helppo ajatella hiukkanen olevan aallon ”yksikkö”, ja koska ”kvantti” tarkoittaa jonkin yksikön yksikköä, sana on liitetty ”hiukkaseen”. Mutta todellisuudessa idea hiukkasesta ei ole määritelty tarkasti. Kun ihmiset puhuvat valopartikkelista, EM-kenttää, joka liittyy todennäköisesti heidän tarkoitukseensa, voidaan kuvata aaltopaketiksi, jonka voit ajatella sähkömagneettisena aallona, joka on lokalisoitu jollekin avaruuden pienelle alueelle. Esimerkiksi jotain tällaista:
Tämä on tietysti vain esimerkki; aaltopaketeilla voi olla kaikenlaisia muotoja.
”Kvantin” tarkempi, tekninen merkitys liittyy Fourierin hajoamiseen. Kuten ehkä tiedät, mikä tahansa funktio voidaan hajottaa siniaaltojen (tai monimutkaisten eksponentiaalien) summaksi,
$$ f (x) \ propto \ int e ^ {ikx} \ tilde f (k) \ mathrm {d} k $$
Millä tahansa momentilla $ k $ amplitudi $ \ tilde f (k) $ edustaa siniaallon vaikutusta tällä taajuudella kokonaisaalloon. Nyt klassisesti $ [\ tilde f (k)] ^ 2 $ arvo kullakin $ k $ edustaa vilpittömää osuutta valon energiassa. Mutta oletus, joka tekee kvanttiteorian kvanttiksi, on se, että $ [\ tilde f (k)] ^ 2 $ edustaa sen sijaan todennäköisyyttä , että tältä taajuudelta tulevan valon energiaan on vaikutusta. Varsinainen taajuus, joka voi tulla millä tahansa taajuudella, voi olla vain yksi joukko erityisiä arvoja, jotka ovat jonkin yksikön $ \ hbar c / k $ kokonaislukukertaisia. ”Kvantti” on sana kyseiselle energiayksikölle.
Vastaus
Valokvantti on valopartikkeli, joka voi katoavat, antamalla energiansa atomi- tai hiukkasjärjestelmälle, tai ilmestyvät viemällä energiaa pois hiukkasesta tai atomijärjestelmästä. Aallonpituuden $ = lambda $ valon kvantti on vähimmäismäärä energiaa, joka voidaan varastoida sähkömagneettiseen aaltoon sillä aallonpituudella, joka on Planckin vakio h kertaa taajuus. tavalla, klassinen aalto on monien yhtenäisten fotonien päällekkäisyys.
Kommentit
- …. ei välttämättä a suuri fotonien määrä, mutta ehdottomasti määrittelemätön määrä fotoneja, koska kentän amplitudi ei sovi yhteen energian ja / tai moodin käyttöasteen kanssa
- @lurscher: Ei , suuri määrä on tarkempi lausunto.Määrittelemätön pieni määrä ei toimi ’ t tuottamaan tiettyä kenttämäärää, kun taas suuri tarkka määrä fotoneja voi silti tuottaa kentän, jonka paikalliset vaihevaihtelut ovat pieni, mikä tarkoittaa, että jos mitataan vaihe yhdessä pisteessä, vaihe kaukaisessa pisteessä romahtaa tasaiseksi aalloksi.
- @lurscher: Mitä $ [\ hat {n}, \ hat {a} ] $ liittyy Ron Miamonin ’ vastaukseen? En ’ ole varma, ymmärränkö lausuntosi.
- @Antillar: Kohta on, milloin fotonilla on kenttäkuvaus? Hän sanoo, että raja ei tarvitse vain suurta määrää, vaan määrittelemättömän määrän fotoneja, aivan kuten raja ” varma sijainti ” Harmonisessa oskillaattorissa tarvitaan ” suuri määrittelemätön energiataso ”. Tämä on teknisesti totta, mutta mielestäni on parempi sanoa vain ” suuri määrä ”, koska suhteellinen vaihe voi silti olla ok mittaus, kuten suuren N HO: n sijainninmittauksen jälkeen, hiukkanen värähtelee. Se ’ on pieni asia, ja pääasia on muuttumaton.
Vastaa
Vain huomautus, josta voi olla apua fotonin ymmärtämisessä:” Valon aallonpituudet ”näyttää olevan vain teoreettinen arvo, joka on laskettu Planck-mallin avulla. Kokeessa voidaan todella mitata fotonin vauhti / energia, ei aallonpituus. Esimerkiksi fotonin ”väri” määräytyy täysin sen vauhdin mukaan.
Vastaa
Tässä voi olla joitain asioita:
kaikki on aaltopartikkelien kaksinaisuus (jopa meillä). Tämä ”vaikutus” ei rajoitu yksittäisten hiukkasten asteikkoon (mikroskooppinen / subatominen asteikko), kuten elektronit. Kvanttimekaniikan vastaavuusperiaatteen mukaan nämä kvantti-ilmiöt kartoittavat makroskooppisen asteikon (tämän voidaan ajatella löyhästi olevan maailman mittakaava, jossa olemme olemassa).
Lähentyminen kysymykseesi vastaamiseen:
Valo (tai yleensä EM-säteily) etenee avaruuden läpi aallona, mutta se on vuorovaikutuksessa aineen kanssa hiukkasena , jota kutsumme fotonit . Valosähköinen vaikutus osoitti tämän kokeellisesti (itse asiassa vahingossa), ja vuonna 1905 Einstein toimitti todisteet. Louis de Broglie osoitti itse asiassa, että jos aallot voivat käyttäytyä hiukkasina, hiukkaset voivat käyttäytyä aaltoina.
Mikä tarkalleen on valon kvantti?
En sano mitään wavepacket-selityksessä, koska tämä on jo selitetty yksityiskohtaisesti toisessa vastauksessa.
Mutta valokvanttia pidetään usein erillisenä energiamääränä, joka valon fotonilla voi olla. Toisin sanoen energia on kvantisoitu eikä enää jatkuva. Joten fotonit itsellään on energiamääriä.