빛의 양자 란 정확히 무엇입니까?

일반적으로 양자 이론에서 “양자”라는 단어에 붙는 의미는 구어체 하나와 기술적 하나입니다.

아시다시피 전자기 복사는 파동과 입자의 특징적인 방식으로 작동합니다. 비전문가에게는 입자를 파동의 “단위”로 생각하기 쉬우 며 “양자”는 무언가의 단위를 의미하기 때문에이 단어는 “입자”와 관련이 있습니다.하지만 실제로는 입자의 개념은 “정확하게 정의되지 않았습니다. 사람들이 빛의 입자에 대해 이야기 할 때, 그들이 의미하는 것과 관련된 EM 장은 파동 패킷으로 설명 될 수 있으며, 이는 공간의 일부 작은 영역에 국한된 전자기파로 생각할 수 있습니다. 예를 들면 다음과 같습니다.

물론 이것은 예일뿐입니다. 웨이브 패킷은 모든 종류의 모양을 가질 수 있습니다.

“양자”의 더 정확하고 기술적 의미는 푸리에 분해와 관련이 있습니다. 아시다시피 모든 함수는 사인파 (또는 복소 지수)의 합으로 분해 될 수 있습니다.

$$ f (x) \ propto \ int e ^ {ikx} \ tilde f (k) \ mathrm {d} k $$

주어진 운동량 $ k $에 대해 진폭 $ \ tilde f (k) $는 전체 파동에 대한 해당 주파수의 사인파 기여도를 나타냅니다. 이제 고전적으로 각 $ k $에서 $ [\ tilde f (k)] ^ 2 $의 값은 빛의 에너지에 대한 진정한 기여를 나타냅니다. 그러나 양자 이론을 양자로 만드는 가정은 $ [\ tilde f (k)] ^ 2 $ 대신 해당 주파수에서 나오는 빛의 에너지에 기여할 확률 을 나타냅니다. 주어진 빈도에서 올 수있는 실제 기여도는 특정 값 집합 중 하나 일 수 있으며, 이는 특정 단위 $ \ hbar c / k $의 정수 배수입니다. “양자”는 에너지 단위를 의미합니다.

빛의 양자는 사라져서 원자 또는 입자 시스템에 에너지를 제공하거나 나타나서 입자 또는 원자 시스템에서 에너지를 빼앗아갑니다. 파장 $ \ lambda $의 빛의 양자는 해당 파장에서 전자기파에 저장할 수있는 최소 에너지 양이며, 이는 주파수의 h 배 플랑크 상수입니다. 광자는 콘크리트의 파동과 관련이 없습니다. 즉, 고전적인 파동은 일관된 다수의 광자의 중첩입니다.

댓글

• …. > 큰 수의 광자이지만 필드 진폭이 에너지 및 / 또는 모드 점유 수와 연결되지 않기 때문에 확실히 미확정 수의 광자입니다.
• @lurscher : 아니요 , 많은 수가 더 정확한 진술입니다.불확실한 작은 수는 ' 정한 필드 수량을 생성하는 데 작동하지 않지만 정한 수의 광자는 로컬 위상 변동이있는 필드를 생성 할 수 있습니다. 즉, 한 지점에서 위상을 측정하면 먼 지점의 위상이 일관된 파동으로 붕괴됩니다.
• @lurscher : $ [\ hat {n}, \ hat {a}은 무엇입니까? ] $는 Ron Miamon '의 답변과 관련이 있습니까? 저는 ' 당신의 진술을 이해하고 있는지 잘 모르겠습니다.
• @Antillar : 요점은 언제 광자에 필드 설명이 있습니까? 그는 한계에 " 정확한 위치 " 고조파 발진기에서 " 큰 불확정 에너지 수준 "이 필요합니다. 이것은 기술적으로 사실이지만 " 큰 숫자 "라고 말하는 것이 더 낫다고 생각합니다. 상대 단계는 이후에도 괜찮을 수 있기 때문입니다. 측정은 큰 N HO의 위치 측정 후와 같이 입자가 진동합니다. ' 사소한 문제이며 요점은 변경되지 않았습니다.

광자가 무엇인지 이해하는 데 도움이 될 수있는 말입니다.”빛의 파장 “은 플랑크 모델의 도움으로 계산 된 이론적 값인 것 같습니다. 실험에서 실제로 측정 할 수있는 것은 파장이 아니라 광자의 운동량 / 에너지입니다. 예를 들어 광자의 “색상”은 그 운동량에 의해 완전히 결정됩니다.

다음은 도움이 될 수있는 몇 가지 사항입니다.

모두 파동 입자 이중성 (우리도 포함)이 있습니다. 이 “효과”는 전자와 같은 단일 입자의 규모 (미세 / 원자 규모)에만 국한되지 않습니다. 양자 역학의 대응 원리에 따라 이러한 양자 현상은 거시적 규모로 매핑됩니다 (이는 우리가 존재하는 세계의 규모로 느슨하게 생각할 수 있음).

질문에 더 가까이 다가 가기 :

빛 (또는 일반적으로 EM 복사)은 파동으로 공간을 통과하지만 물질과 상호 작용하는 입자 를 라고합니다. 광자 . 광전 효과는 이것을 실험적으로 (사실 우연히) 보여 주었고 1905 년에 아인슈타인이 그 증거를 제공했습니다. Louis de Broglie 는 실제로 파도가 입자처럼 행동 할 수 있다면 입자가 파도처럼 행동 할 수 있음을 보여주었습니다.

빛의 양자 란 정확히 무엇입니까?

이미 자세히 설명 했으므로 wavepacket 설명에 대해서는 아무 말도하지 않겠습니다. 또 다른 대답입니다.

그러나 빛의 양자는 종종 빛의 광자가 가질 수있는 이산적인 양의 에너지로 생각됩니다. 즉, 에너지는 양자화되어 더 이상 연속적이지 않습니다. 에너지 양자가 있습니다.