Jelenleg néhány alapvető kvantummechanikát próbálok megtanulni, és kissé zavart vagyok. A Wikipedia egy fotont fénykvantumként definiál, amelyet tovább valamiféle hullámcsomagként magyaráz. .
Mi pontosan a fény kvantuma?
Pontosabban: a fénykvantum csak bizonyos számú hullámhosszúságú fényt jelent-e (például “1 kvantum = egy szinuszhullám egyetlen periódusa”?), vagy a koncepció teljesen független a hullámhosszaktól? Más szóval, mennyi egy kvantum?
Megjegyzések
- Nem. ‘ szorosan kapcsolódik a bizonytalanság fogalmához, és ahhoz, hogy ezt ‘ hogyan ábrázolják hullámokban. Nézze meg ezt a kérdést: physics.stackexchange.com/q/18062/5223
- Ezenkívül kiváló hely, ahol elkezdheti körbefogni a fejét ennek célja a kettős réses kísérlet tanulmányozása.
- @Dejan: ok, de az elfogadott válasz megadja a foton leírása az E és B mezők hullámcsomagjaként, ami durván helytelen és félrevezet másokat. Egyetlen foton tisztán kvantummechanikus, és az E és B mezők kvantum szuperpozíciója írja le, amelynek semmilyen körülmények között nincs határozott klasszikus analógja. Ez különbözik mondjuk egyetlen piontól, ahol a hullámfüggvény formálisan leírható a klasszikus pion-mező mozgásegyenlet megoldásával, mert a pion lehet nem relatív.
- A Mi is az a foton?
- @peterh Viccelsz? Ön úgy szavazott, hogy nyitva hagyja az újabb kérdést ennek a duplikátumnak, és most ‘ újra szavaz bezárni ezt az újabb példányaként?
Válasz
Kettő van a kvantumelméletben általában a “kvantum” szóhoz kapcsolódó jelentések, egy köznyelvi és egy technikai.
Mint tudják, az elektromágneses sugárzás a hullámokra és a részecskékre egyaránt jellemző módon viselkedik. A nem szakemberek számára könnyű úgy gondolni, hogy egy részecske a hullám “egységének” számít, és mivel a “kvantum” valaminek egységét jelenti, a szó összekapcsolódott a “részecskével”. De a valóságban a egy részecske gondolata nincs pontosan meghatározva. Amikor az emberek egy fényrészecskéről beszélnek, akkor az EM mezőt, amihez valószínűleg kapcsolódnak, hullámcsomagként lehetne leírni, amelyet elektromágneses hullámként lehet elképzelni, amely az űr valamely kis régiójában lokalizálódik. Például valami ilyesmi:
Ez csak egy példa, természetesen; a hullámcsomagok mindenféle formát tartalmazhatnak.
A “kvantum” pontosabb, technikai jelentése a Fourier-bontással függ össze. Mint ismeretes, bármely függvény szinusz hullámok (vagy összetett exponenciálisok) összegére bontható,
$$ f (x) \ propto \ int e ^ {ikx} \ tilde f (k) \ mathrm {d} k $$
Bármely adott momentumra $ k $, a $ \ tilde f (k) $ amplitúdó az adott frekvenciájú szinuszhullám hozzájárulását jelenti a teljes hullámhoz. Most klasszikusan a $ [\ \ tilde f (k)] ^ 2 $ értéke minden egyes $ k $ -nál jóhiszemű hozzájárulást jelent a fény energiájához. De a kvantumelméletet kvantummá tevő feltételezés az, hogy $ [\ \ tilde f (k)] ^ 2 $ ehelyett azt a valószínűséget képviseli, hogy az e frekvenciából származó fény energiájához hozzájárulnak. Az adott frekvenciából származó tényleges hozzájárulás csak egy adott értékhalmaz egyike lehet, amelyek a $ \ hbar c / k $ egység egész számának a többszörösei. A “kvantum” az energiaegység szója.
Válasz
A fénykvantum egy fényrészecske, amely képes eltűnnek, energiáját egy atom- vagy részecskerendszernek adják, vagy megjelennek, elvéve az energiát egy részecskétől vagy atomrendszertől. A $ \ lambda $ hullámhosszú fénykvantum az a minimális energiamennyiség, amely egy elektromágneses hullámban tárolható ezen a hullámhosszon, amely Planck állandó h-szorosa a frekvenciának. A foton nem kapcsolódik a hullámhoz egyetlen betonban sem. így a klasszikus hullám nagyszámú koherens foton szuperpozíciója.
Megjegyzések
- …. nem feltétlenül a nagy fotonszám, de mindenképpen határozatlan számú foton, mivel a tér amplitúdója nem áll összhangban az energia- és / vagy az üzemmód-elfoglaltság számával
- @lurscher: Nem , nagy szám a pontosabb állítás.Meghatározatlan kis szám nem ‘ nem működik, hogy meghatározott mezőmennyiséget állítson elő, míg nagy határozott számú foton még mindig olyan mezőt eredményezhet, amelynek lokális fázisingadozásai apró, ami azt jelenti, hogy ha egy fázisban mérjük a fázist, akkor a távoli pont fázisa összeomlik egy állandó hullámgá.
- @lurscher: Mit jelent a $ [\ hat {n}, \ hat {a} ] $ köze van Ron Miamon ‘ válaszához? ‘ nem vagyok biztos benne, hogy értem-e az állítását.
- @Antillar: a lényeg az, hogy mikor van egy fotonnak mezőleírás? Azt mondja, hogy a határnak nem csak nagy számra, hanem meghatározatlan számú fotonra van szüksége, csakúgy, mint a ” határozott pozíció határértéke ” egy harmonikus oszcillátorban ” nagy, meghatározhatatlan energiaszintre van szükség “. Ez technikailag igaz, de szerintem jobb, ha csak azt mondom, hogy ” nagy szám “, mert a relatív fázis még mindig rendben lehet mérés, mint például egy nagy N HO helyzetmérése után, a részecske oszcillál. ‘ kisebb jelentőségű kérdés, és a lényeg változatlan.
Válasz
Csak egy megjegyzés, amely hasznos lehet a foton megértéséhez: a” fény hullámhosszai “csak elméleti értéknek tűnnek, amelyet a Planck-modell segítségével számoltak ki. A kísérlet során valóban a foton lendülete / energiája mérhető, nem pedig a hullámhossz. Például a foton “színét” teljesen meghatározza annak lendülete.
Válasz
Íme néhány dolog, ami segíthet:
Minden hullám-részecske kettősséggel rendelkezik (még nekünk is). Ez a “hatás” nem korlátozódik az egyes részecskék skálájára (mikroszkopikus / szubatomi skála), mint az elektronok. A kvantummechanikában a megfelelési elv szerint ezek a kvantumjelenségek a makroszkopikus skálára térképeznek fel (ez lazán felfogható a világ olyan skálájaként, amelyben létezünk).
Közelebb kerülni a kérdés megválaszolásához:
A fény (vagy általában az EM sugárzás) hullámként terjed az űrben, de az anyaggal mint részecske vel lép kölcsönhatásba, amelyet fotonok . A fotoelektromos effektus ezt kísérletileg megmutatta (valójában véletlenül), és 1905-ben Einstein bizonyította. Louis de Broglie valójában azt mutatta, hogy ha a hullámok részecskékként viselkedhetnek, akkor a részecskék hullámként is viselkedhetnek.
Mi pontosan a fény kvantuma?
Nem mondok semmit a wavepacket magyarázatán, mivel ezt már részletesen kifejtettem egy másik válaszban.
De a fénykvantumról gyakran úgy gondolnak, mint egy diszkrét energiamennyiségről, amely a fény fotonjának rendelkezhet. Vagyis az energia kvantált és nem folytonos. Tehát a fotonok maguk is rendelkeznek energia kvantumokkal.