In der klassischen Physik repräsentiert die Frequenz wie viele Zyklen in einer Zeiteinheit, aber ich weiß nicht, wie wir eine Frequenz für ein Teilchen definieren? Was bedeutet es, dass ein Teilchen eine Frequenz hat? Das Buch, aus dem ich es gelesen habe, besagt nur, dass Energie proportional zur Frequenz des Photons ist, aber wo ist die Frequenz?
Zwei Möglichkeiten, darüber nachzudenken: Anstatt an ein Photon zu denken, denke an das quantisierte elektromagnetische Feld . Dieses Quantenfeld erstreckt sich über den gesamten Raum und die Zeit und ist alles elektromagnetisch. Eine elementare Art, darüber nachzudenken, ist eine Sammlung von harmonischen Quantenoszillatoren, einer für jeden der klassischen Modi der Maxwellschen Gleichungen.
Wenn Sie den harmonischen Quantenoszillator studiert haben, wissen Sie, dass ihm eine Frequenz zugeordnet ist. Diese Frequenz kann sogar klassisch gemessen werden, wenn ihr Quantenzustand beispielsweise ein kohärenter Zustand mit einer ausreichend großen Verschiebung vom Grundzustand ist.
Wir haben also unser quantisiertes elektromagnetisches Feld, und es besteht intuitiv aus kleinen „Energiebehältern“ (den harmonischen Quantenoszillatoren), die jeweils mit einer anderen Frequenz gekennzeichnet sind und jeweils das Potenzial haben, ihre einzigartige Frequenzkennzeichnung klassisch zu messen, wenn sie vorhanden ist der richtige Staat.
Ein Photon ist nun ein einzelnes Energiequant , das einem dieser Oszillatoren hinzugefügt wird. Diese Oszillatoren kommunizieren diskret mit der Außenwelt durch Energiequanten fester Größe in Wechselwirkungen. Es sind diese Wechselwirkungen, die wir sehen, wenn wir elektromagnetische Phänomene messen. Aus dieser Sicht ist die Frequenz des Photons also nicht so sehr eine Frequenz des Photons, die allein betrachtet wird, sondern die Frequenz des harmonischen Quantenoszillators, zu dem es hinzugefügt / von dem es entfernt wird.
Eine andere Möglichkeit, dies zu betrachten, ist die Frequenz einer Wahrscheinlichkeitswelle. Marvn Scully und M. Suhail Zubiary zeigen in ihrem Buch "Quantum Optics", dass die Wahrscheinlichkeitsdichte, ein Photon zu finden (dh es destruktiv zB mit einer Photovervielfacherröhre zu detektieren ) , wenn sich das elektromagnetische Feld in einem Ein-Photonen-Zustand befindet, das Quadrat der Größe von a ist Vektorgröße, die eine Lösung der Maxwell-Gleichungen ist. Dieser Lösung kann auch eine Frequenz zugeordnet werden, genau wie jeder anderen Lösung der Maxwell-Gleichungen.
ein Teilchen kann durch eine Wellenfunktion beschrieben werden. Die Frequenz der Welle ist durch die De-Broglie-Beziehung gegeben
Es gibt ein paar Möglichkeiten, darüber nachzudenken, wobei die schlimmste der Versuch ist, sich ein Teilchen als eine feste kleine Kugel vorzustellen, die sich auf eine oszillierende Weise verhält.
Teilchen werden durch die Quantenfeldtheorie beschrieben. Für ein Teilchen, sagen wir ein Elektron, gibt es also ein entsprechendes Quantenfeld (in diesem Fall ein Elektronen-Materie-Feld). Das Teilchen des Feldes ist eine angeregte Mode des Feldes, also können Sie sich ein Teilchen als eine Welle in diesem Feld vorstellen. Abhängig von Ihrem Wissen über Wellen kann es schwierig sein zu verstehen, wie diese Welle in einem Punkt wie lokalisiert ist.
Vielleicht ist der beste Weg, darüber nachzudenken, das Experimentieren. Stellen Sie sich eine Welle vor, die proportional zu ihrer Wellenlänge auf ein Hindernis auftrifft, z. B. ein Beugungsgitter. Hinter dem Gitter interferieren die Wellen und erzeugen ein Beugungsmuster. Entsprechend präparierte Teilchen erzeugen Interferenzmuster und aus diesen Mustern kann auf die Welleneigenschaften des Teilchens geschlossen werden.
Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Frequenz eines Photons zu messen.
Der direkteste Weg besteht darin, den Photonenstrahl mit einem anderen von genau bekannter, leicht unterschiedlicher Frequenz zu "mischen". Dies erzeugt Signale, deren Frequenzen die Summe und die Differenz der 2 Strahlen sind. Wenn Ihre Mischfrequenz gut gewählt ist, wird die Differenz gering genug sein, um direkt in elektronischen Zählern gezählt zu werden. Dieses System wird in Radarkameras verwendet.
Sie können die Frequenz einer Welle messen, indem Sie sie interferieren lassen. Strahlen Sie die Photonen durch 2 schmale Schlitze und beobachten Sie das Muster aus hellen und dunklen Bereichen auf einem Detektor hinter den Schlitzen. Sie können die Frequenz aus dem Muster und der Geometrie der Schlitze berechnen. Diese Seite zeigt, wie Thomas Young 1803 zum ersten Mal die Frequenz (eigentlich die Wellenlänge) berechnete. Um Wellenlänge in Frequenz umzuwandeln, brauchen Sie nur noch die Geschwindigkeit der Welle. Dies funktioniert mit jedem anderen Teilchen (Elektron, Proton usw.), das sich wie eine Welle verhält.
Weitere allgemeine Informationen finden Sie hier
Mohammed Osama
Mohamed IBrahim
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