In vielen Lehrbüchern sehe ich ein Lichtschema, das als verschnörkelte Linie gezeichnet ist. Ich habe sogar gehört, dass einige Dinge zu klein sind, um gesehen zu werden, weil sie kleiner als die Wellenlänge des Lichts sind (und daher Licht um sie herum wackelt).
Aber jetzt denke ich, dass sich Licht tatsächlich in einer vollkommen geraden Linie ausbreitet und dass keine Partikel irgendeine Kraft von diesem Licht spüren werden, wenn sie sich nicht auf dieser Linie befinden.
Mein Freund sagt, ich liege falsch, und wenn Sie die Amplitude des Lichts erhöhen, wird der Strahl in das Teilchen wackeln. Um es zu untermauern, hat er mich mit einem Video über das Einzelphotonen-Doppelspaltexperiment verlinkt, bei dem ein einzelnes Photon mit sich selbst zu interferieren scheint. Ich bin mir nicht sicher, ob dieses Experiment ihm Recht gibt, aber es scheint zu sagen, dass Licht herumwackelt.
Im Allgemeinen breitet sich Licht in Situationen, in denen seine Wellenlänge viel kleiner ist als die anderen linearen Dimensionen des Problems, in einer geraden Linie aus. Da Licht im sichtbaren Bereich Wellenlängen von etwa einem halben Mikrometer hat, deckt dies die meisten alltäglichen Umstände ab, aber es gibt Ausnahmen. (Wenn Sie beispielsweise in einem dunklen Raum mit einem Laserpointer auf ein menschliches Haar strahlen, erhalten Sie Doppelspalt-Interferenzstreifen.)
Licht ist eine Welle, unabhängig von der Existenz von Photonen und unabhängig von ihrer Amplitude. Nur an der Grenze der „geometrischen Optik“ kleiner Wellenlängen kann man überhaupt anfangen, von Lichtstrahlen zu sprechen.
(Andererseits muss die verschnörkelte Linie, die Sie in Schaltplänen sehen, nicht falsch sein, aber Sie müssen sie vorsichtig nehmen. Es ist keine räumliche Kringel, sondern das elektrische Feld, das das Licht ausmacht, das in die eine und andere Richtung geht während du den Pfad des Lichts durchquerst.)
Sie und Ihr Freund verwechseln zwei Aspekte der Natur des Lichts:
1) die klassische , die erfolgreich Licht als sinusförmige Variation der elektrischen und magnetischen Felder darstellt, aus denen die Strahlung besteht
2) die quantenmechanische, wo Licht aus einer unzähligen Anzahl von Teilchen aufgebaut wird, die Photonen genannt werden.
Der klassische Fall hält sich an Dimensionen von Bruchteilen von Mikrometern, und Optik und Interferenz von Licht sind Phänomene, die mit klassischer Elektrodynamik beobachtet und erklärt werden. Ihre geraden Linien gehören zum geometrisch-optischen Teil des Gehäuses. Amplitudenerhöhung bedeutet in diesem Rahmen, die Energie zu erhöhen, die das Licht im Feld trägt, die Amplitude ist die Höhe des elektrischen und magnetischen Feldes. Durch Erhöhen des Energiegehalts werden keine Wackeln hinzugefügt :). Der Pfad folgt denselben klassischen optischen Strahlen.
Im quantenmechanischen/Teilchen-Fall ist das Photon durch seine Frequenz nu gekennzeichnet, die gleiche wie die Frequenz der klassischen Welle, aber seine Existenz hat nur zwei Variablen, Spin (+/-1) und Energie = h*nu, wobei h ist die Planck-Konstante . Es gibt keine zu erhöhende Amplitude, sondern das im Zweispaltexperiment beobachtete Interferenzmusterselbst wenn jeweils nur ein Photon durchgeht, ist die Wirkung der quantenmechanischen Natur der Teilchen (und der gesamten Natur auf der Mikroebene). Die Teilchenbahnen auf quantenmechanischer Ebene gehorchen nicht den Gesetzen der klassischen Mechanik, sondern sind abhängig von Lösungen der quantenmechanischen Gleichungen, die die Dynamik des Problems beschreiben. Diese Lösungen ergeben Wahrscheinlichkeitswellen, dh sinusförmige Abhängigkeiten von Raum (x,y,z) und Zeit, um das Teilchen/Photon an einem bestimmten Raumpunkt zu finden. Beachten Sie, dass es sich um eine Wahrscheinlichkeit handelt, es dort zu finden, nicht um eine Variation in der räumlichen Verteilung des Teilchens / Photons, seine Energie ist nicht verteilt. Entweder man sieht es an einem Punkt oder nicht, mit einer kalkulierbaren Wahrscheinlichkeit.
Somit muss im quantenmechanischen Fall keine Amplitude geändert werden, um das Interferenzmuster zu sehen. Die Änderung der Randbedingungen des Problems (ein Spalt/zwei Spalte) ändert die Lösung/Wahrscheinlichkeiten und die Interferenz tritt auf. Es charakterisiert die quantenmechanische Natur aller Phänomene auf dieser Skala (Elektronen tun das auch).
Die Aussage :
Ich habe sogar gehört, dass einige Dinge zu klein sind, um gesehen zu werden, weil sie kleiner als die Wellenlänge des Lichts sind (und daher Licht um sie herum wackelt).
Auch in diesem Fall gibt es die beiden Frameworks. Zu klein und zu groß müssen quantifiziert werden. Nehmen Sie Radiowellen, deren Wellenlängen so groß sind, dass sie beispielsweise die atomare Struktur einiger Wände nicht sehen und sich klassisch unter Energieverlust ausbreiten können. Sie wackeln nicht, sie könnten abgelenkt oder reflektiert werden, aber das kann auch optischen Wegen folgen. Sichtbares Licht geht durch Glas, es "sieht" nicht die atomare Struktur von Glas, aber es wackelt nicht (es würde große Verzerrungen geben) , folgt er berechenbaren optischen Wegen. Wenn wir uns den Photonen zuwenden, interagiert die quantenmechanische Natur mit der Atomstruktur und es können Verschiebungen auftreten, die von der Wahrscheinlichkeit für die quantenmechanische Lösung des Problems bestimmt werden.
Zu klein, um von einer bestimmten optischen Frequenz gesehen zu werden, bedeutet, dass das elektromagnetische Feld nicht interagiert, wenn es das "kleine" passiert, sondern seinen optischen Weg beibehält.
Der Vollständigkeit halber verschmelzen die beiden, klassisch und Quanten, reibungslos, wenn eine große Anzahl von Photonen beteiligt ist, wie bei der klassischen elektromagnetischen Welle. Wie die klassische aus dem Quant aufgebaut wird, wird hier beschrieben , aber es braucht viel physikalischen Hintergrund, um es zu verstehen.
Řídící
Brandon Enright