Erklärung der Konsistenz zwischen den Maxwell-Gleichungen und der Existenz von Photonen

Ich habe nur begrenzte Kenntnisse über QM, aber ich weiß etwas über Elektromagnetismus. Ich habe einiges über die Photonenbeschreibung gelesen und bin verwirrt.

Wie können EM-Wellen als kontinuierliches, sich änderndes Feld betrachtet werden, aber gleichzeitig als aus einer endlichen Anzahl diskreter Teilchen bestehend betrachtet werden?

Wenn Sie beispielsweise die EM-Strahlungsleistung betrachten, gilt das Gesetz des umgekehrten Quadrats basierend auf der Oberflächenausdehnung, wenn Sie sich von der Strahlungsquelle entfernen. Wie funktioniert das mit der Photonenbeschreibung?

Antworten (2)

Die mathematische Konsistenz kann gezeigt werden, aber es braucht die Quantenfeldtheorie (QFT), um der Mathematik zu folgen. Wie aus der QFT klassische Felder und Teilchen entstehen, können Sie hier nachlesen .

In diesem Bild können Sie sich ein Bild von der Komplexität des Aufbaus klassischer E- und B-Felder machen:

Fotospin

Es zeigt nur die Spins für die Photonen an, die entweder +1 oder -1 sind, trotzdem wird die zirkulare Polarisation durch die Photonen aufgebaut, wobei die Verbindung die linke und rechte Polarisation ist.

Das wird klar, wenn man versteht, dass es die komplexen Wellenfunktionen der Photonen sind, die zu a überlagert werden Ψ . Die realen Messungen von E und B stammen aus dem Ψ ∗ Ψ Wahrscheinlichkeitsverteilung, und daher ist es kein einfacher Aufbau.

Die Wellenfunktionen der einzelnen Photonen sind Lösungen einer quantisierten Maxwell-Gleichung, und sie tragen die E- und B-Felder in der komplexen Funktion:

Fotowelle

deshalb wird die entstehende Klassikwelle konsequent aufgebaut.

Ok danke, klassisch kann die Wellengleichung im freien Raum gelöst werden, wenn Sie einen perfekten Kugelstrahler haben, können Sie ihn als Kugeln betrachten, die sich vom Strahler nach außen bewegen. Gehen die Photonen in der Photonenbeschreibung in gleichmäßigen Abständen in alle Richtungen aus wie die EM-Welle? Hat es, wie wenn man von einem Photon spricht, eine einzige spezifische Richtung und Geschwindigkeit? Oder kann ein Photon in alle Richtungen gleichzeitig fliegen?
Ooops, mit Wellengleichung meinte ich, dass Maxwells-Gleichungen gelöst werden können, um eine Welle zu erzeugen.
Das Photon folgt einem probabilistischen quantenmechanischen Pfad, so dass es in Überlagerung mit zig anderen gleicher Energie die klassische Welle aufbaut, wobei ihre Energie = h*nu ist, wobei nu die Frequenz des aufgebauten Lichts ist. Das komplexe Konjugat der Photonenwellenfunktion multipliziert mit der Wellenfunktion baut das klassische elektrische Feld auf. ( In der Abbildung ist der rote Pfeil das klassische elektrische Feld, die wahrscheinlichste Manifestation der Millionen von Photonen
Danke, hat ein Photon eine bestimmte Größe/Länge? Grundsätzlich denke ich, dass ich das probabilistische Argument verstehe, aber was ich nicht verstehe, ist, ob ein Photon selbst eine diskrete Einheit im Raum ist? Ich versuche, die Brücke zwischen diskret und kontinuierlich zu schlagen. Wenn beispielsweise EM-Strahlung auf etwas trifft, trifft die Strahlung dann auf eine endliche Anzahl von Punkten, die aus den Photonen bestehen, aus denen das Licht besteht? Könnten Maxwells-Gleichungen als kontinuierliches Ideal einer Grenze diskontinuierlicher Funktionen angesehen werden, aber angesichts der Skala funktioniert dieses kontinuierliche Ideal?
Das Photon im gegenwärtigen Standardmodell der Teilchenphysik ist ein elementares Punktteilchen mit Masse Null und Spin 1. Klassisches Licht ist eine Wellenfront von Zillionen von Photonen, jedes ein Punktteilchen. Sehen Sie sich diese Antwort an physical.stackexchange.com/questions/386905/…

Betrachten wir die Beugung durch einen Spalt oder ein Gitter, wo klassischerweise die Intensität auf dem Detektor aufgrund von Interferenz variiert. Die Detektion von Licht erfolgt durch einen elektronischen elektrischen Dipolübergang. Solche Übergänge sind diskrete Ereignisse, die mit Wahrscheinlichkeit auftreten | ⟨ ψ ich | E → | ψ F ⟩ | 2 , So E 2 ist die Wahrscheinlichkeitsverteilung, ein Photon zu entdecken. Das klassische Feld beschreibt den Mittelwert einer statistischen Verteilung von Detektionen.

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