Kann ein Photon ohne Empfänger emittiert werden?

Es besteht allgemein Einigkeit darüber, dass elektromagnetische Wellen von einem Sender nicht mit einem Empfänger verbunden sein müssen, aber wie können wir sicher sein, dass dies eine Tatsache ist? Das Problem ist, dass wir nicht empfangene EM-Wellen niemals beobachten können, denn wenn wir sie beobachten, wird das Beobachtungsinstrument zum Empfänger.

Elektromagnetische Wellen haben wechselnde elektrische und magnetische Felder und sind sowohl elektrisch als auch magnetisch. Elektrischer Strom verbindet sich wie von einer Anode zu einer Kathode. Durch Flusslinien veranschaulichte Magnetfelder verbinden sich von einem Magnetpol zum anderen, und es werden keine nicht verbindenden Flusslinien beobachtet.

Elektrische Ströme verbinden sich also und Magnetfelder verbinden sich, warum also verbindet sich die elektromagnetische Welle nicht immer auch mit einem Empfänger? Ein Empfänger, der ein Plasmateilchen, ein Planet, ein Stern und alles andere sein kann, das EM-Strahlung absorbieren kann.

Es gibt ein großes Problem. Wenn ein Photon in Richtung eines zukünftigen Empfängers emittiert werden soll, muss das Photon wissen, wo ein zukünftiger Empfänger sein wird. Dies steht also im Widerspruch zu unserer Ansicht über Kausalität oder eine Ursache, die eine Wirkung erzeugt. Und da der Sender nicht weiß, wo sich der Empfänger irgendwann in der Zukunft befinden wird, kann er keine EM-Welle dagegen aussenden.

Aber wie können wir wissen, dass das Kausalitätsprinzip immer ohne Ausnahmen gilt? Es scheint Gründe zu geben, die Allgemeingültigkeit des Kausalitätsprinzips in Frage zu stellen:

  • Informationen haben keine Masse und sind daher möglicherweise nicht durch die Lichtgeschwindigkeit eingeschränkt, sodass das Kausalitätsprinzip möglicherweise nicht immer für masselose Teilchen / Wellen gilt.

  • Wenn sich etwas mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, wird es erleben, dass die Entfernung Null wird. Wenn kein Abstand besteht, besteht eine vollständige Verbindung und eine kontinuierliche elektromagnetische Welle zwischen Sender und Empfänger. Auch hier ist die Verwendung des Photons als Bezugsrahmen nichts, was relativistische Physiker zu mögen scheinen.

  • Die elektromagnetische Wellengleichung von Maxwell hat eine einfache und eine fortgeschrittene Lösung. Die fortschrittliche Lösung wird normalerweise verworfen, da die Wirkung vor der Ursache eintritt. Aber in der Wheeler-Feynman-Absorbertheorie wird die fortgeschrittene Lösung verwendet, weil sie funktioniert. Weitere Informationen finden Sie unter diesem Link: http://en.wikipedia.org/wiki/Wheeler%E2%80%93Feynman_absorber_theory

  • Das Gebiet der Quantenmechanik diskutiert viele verschiedene Kausalitätsprobleme. So wie die Beobachtung eines Teilchens darüber entscheiden könnte, wo sich das Teilchen in Zeit und Raum befindet. Relevant für diese Diskussion ist die Frage, was das Atom dazu bringt, Licht zu emittieren:

In den letzten hundert Jahren haben Physiker Systeme entdeckt, die ohne erkennbaren physikalischen „Auslöser“ von einem Zustand in einen anderen wechseln. Diese Systeme werden durch die Quantenmechanik beschrieben.

Das einfachste derartige System ist das Wasserstoffatom. Es ist nur ein Elektron, das an ein Proton gebunden ist. Zwei Teilchen – das ist so einfach wie möglich. Laut QM kann das Elektron eines aus einem diskreten Satz von Energieniveaus einnehmen. Das Elektron kann durch Absorption eines Photons auf ein höheres Energieniveau angeregt werden …

Wenn das Elektron von einem höheren Energieniveau auf ein niedrigeres Energieniveau fällt, sendet es ein Photon aus: ein Lichtquant…

Die Quantenmechanik beschreibt diesen Prozess sehr schön, aber sie sagt nur die durchschnittliche Zeit voraus, die das Elektron auf dem höheren Energieniveau bleibt. Es gibt keinen Hinweis auf die spezifische Zeit, zu der das Elektron auf das niedrigere Niveau fällt. Genauer gesagt ist die Übergangsrate (die Wahrscheinlichkeit eines Übergangs pro Zeiteinheit) konstant: Es spielt keine Rolle, wie lange es her ist, dass das Atom angeregt wurde, die Übergangsrate bleibt gleich …

Wenn Sie zum ersten Mal darauf stoßen, können Sie Ihr Gehirn nicht ganz damit befassen. Sicherlich muss es einen internen Mechanismus geben, eine Art Uhr, die vor sich hin tickt und schließlich „ausgeht“, was den Übergang verursacht!

Aber ein solcher Mechanismus wurde nie gefunden. QM hat einen unübertroffenen Rekord an genauen Vorhersagen, ohne dass ein solcher Mechanismus erforderlich wäre…“ – Robert Oerter, Physiker von der George Mason University

Ist das angeregte Atom also ein Zufallsgenerator oder etwas Äußeres, das die Freisetzung eines Photons auslöst? Es scheint, als wäre es etwas Äußeres, und dieser äußere Auslöser könnte die unphysikalische Verbindung zu einem zukünftigen Empfänger sein, die durch die fortschrittliche Lösung der Maxwell-Gleichung der elektromagnetischen Strahlung beschrieben wird.

Es scheint mir also, als ob wir derzeit nicht sicher sein können, ob ein Photon immer gegen einen Empfänger emittiert wird oder ob es zufällig in eine beliebige Richtung in den Weltraum emittiert wird. Aber diese Frage könnte eine der wichtigsten Fragen sein, die jemals gestellt wurde, denn wenn eine elektromagnetische Welle immer mit einem Empfänger verbunden ist, sind die Auswirkungen enorm. Es könnte Licht in die Diskussion vieler Themen bringen. Es könnte unsere Sicht auf Zeit und Raum verändern. Es könnte nicht nur die Vergangenheit sein, die die Gegenwart vorantreibt, sondern auch die Zukunft, die an der Gegenwart zieht, eine Syntropie schafft, die Ordnung aus dem Chaos schafft und das wunderbare Universum beschreibt, in dem wir leben. Sogar die Sicht auf die Gegenwart selbst ist scharf Die Grenze zwischen Vergangenheit und Zukunft könnte in Frage gestellt werden. Die Zeit selbst ist möglicherweise nicht vollständig linear, und die Zukunft kann die Vergangenheit verändern.

Aber bevor wir uns in all diese faszinierenden Fragen vollständig vertiefen können, müssen wir diese Frage lösen:

Muss sich eine elektromagnetische Welle immer mit einem Empfänger verbinden?

Diese hypothetische Frage mag rein philosophisch erscheinen, ist es aber nicht. Und es könnte sogar durch Beobachtungen bestätigt werden. Wir können nicht empfangene Photonen nicht direkt beobachten, aber wir können indirekt die Existenz oder Nichtexistenz dieser Photonen beobachten. Jede Antwort oder Anregungen sind herzlich willkommen.

Es ist schwer, sich unser Universum ohne geladene Teilchen vorzustellen. Es hat so viele Sender wie Absorber (Empfänger).
„Laut den Ergebnissen des Doppelspaltexperiments ändern Experimentatoren, wenn sie etwas tun, um herauszufinden, durch welchen Spalt das Photon geht, das Ergebnis des Experiments und das Verhalten des Photons. Wenn die Experimentatoren wissen, durch welchen Spalt es geht, das Photon wird sich wie ein Teilchen verhalten. Wenn sie nicht wissen, durch welchen Schlitz es geht, wird sich das Photon wie eine Welle verhalten, wenn ihm die Möglichkeit gegeben wird, mit sich selbst zu interferieren.“ en.wikipedia.org/wiki/Wheeler%27s_delayed_choice_experiment
Ich fand es immer wieder erstaunlich, dass, wenn man behauptet, dass Photon einen echten Spin haben muss oder ein Elektron Ausdehnung haben muss, die Physik ihn naiv nennt, und doch die gleiche Physik mit der Zeit spielt, die zurückarbeitet usw. Anscheinend haben sich die Definitionen von „naiv“ im Laufe der Zeit geändert Jahre. (Leider kommen Sie mit Ihrem Konzept zu spät. Holger Bech Nielsen und Masao Ninomiya behaupten, dass das Higgs-Boson aus der Zukunft wirkt und bösartig verursacht hat (verursacht haben wird?), dass der LHC zusammenbricht, um seine eigene Entdeckung zu verhindern: nytimes.com/2009/10 /13/Wissenschaft/Weltraum/… Du bist in guter Gesellschaft, Enos Oye)
@brightmagus du weißt, dass das Teilchen 2012 gefunden wurde, oder?
@Renan: Ich habe gehört, dass sie sogar mehr als einen gefunden haben, aber ... still! (Und sie nennen es oft Higgs-like.) Wie auch immer, ich frage mich, ob Holger Bech Nielsen und Masao Ninomiya es kennen.
Ist das nicht nur "Wenn ein Baum in einen Wald fällt ...", sondern mit größeren Worten?

Antworten (6)

Genau um dieses Thema ging es in der Doktorarbeit von Richard Feynman, wenn ich Ihre Frage richtig verstehe. Hier ist eine frühere Frage zu Feynmans These , die einige der faszinierenden Probleme anspricht, die damit verbunden sind.

Auf Anregung seines Doktorvaters John Wheeler erklärte Feynman die Photonenemission als eine Zwei-Wege-Wechselwirkung, bei der das reguläre Photon emittiert wird und den „verzögerten“ Lösungen der Maxwell-Gleichungen folgt . „In der Zwischenzeit“ (in der Tat in einem ziemlich abstrakten Sinne des Wortes) emittiert ein Zielatom oder -teilchen in ferner Zukunft sein eigenesPhoton, sondern ein ganz besonderes, das in der Zeit rückwärts reist – eine Art Lösung von Maxwells Gleichungen, die seit Maxwells Zeit anerkannt, aber ignoriert worden war. Diese Lösungen wurden als "erweiterte" Lösungen bezeichnet. Dieses fortgeschrittene Photon reist in der Zeit zurück und kommt "zufälligerweise" genau in dem Moment an der Quelle an, in dem das reguläre Photon emittiert wird, wodurch das emittierende Atom ein kleines bisschen nach hinten geschleudert wird.

Erstaunlicherweise waren Wheeler und Feynman in der Lage, eine Reihe von Artikeln zu schreiben, die zeigten, dass dieses Szenario, obwohl es verblüffend klang, nicht zu Verletzungen der Kausalität führte und ein hocheffektives Modell für Elektron-Photon-Wechselwirkungen lieferte. Von diesem Anfang an und mit einigen wichtigen Änderungen erstellte Feynman schließlich seine Feynman-Diagramm- Erklärung der Quantenelektrodynamik oder QED. Die seltsame Zeitbeziehung setzt sich in Feynmans QED fort, wo beispielsweise ein Positron oder ein Antielektron einfach zu einem gewöhnlichen Elektron wird, das in der Zeit rückwärts reist.

In völliger Übereinstimmung mit seinen eigenen Vorstellungen beschrieb Feynman selbst, dass Photonenwechselwirkungen immer ein Emissions- und ein Empfangsereignis haben, egal wie weit diese Ereignisse in der gewöhnlichen Zeit voneinander entfernt sind. Seiner Ansicht nach könnten die Photonen nicht einmal emittiert werden, wenn man mit einer Taschenlampe in den Weltraum strahlt, bis sie irgendwo in ferner Zukunft ihren „Partner“ gefunden haben, fortgeschrittene Photonenemissionsereignisse. Der Beweis dafür ist der sehr leichte Rückstoß auf Ihre Hand, der auftritt, wenn Sie das Licht anstrahlen, dieser Stoß, der von den fortgeschrittenen Photonen kommt, die von diesem fernen Punkt in der Zukunft ankommen und die Elektronen in Ihrem Taschenlampenfaden anstoßen.

Du hast meine Frage sehr gut auf den Punkt gebracht. Ich werde mir die Arbeit von Feynman/Wheelers ansehen, auf den ersten Blick scheint die Theorie sehr gut zu funktionieren. Derzeit sehe ich nicht, wie rückwärts Zeitreisen mit einem Photon die Kausalität nicht verletzen, aber ich werde meine Hausaufgaben machen. Und wenn ich es richtig verstanden habe, ist das einfach seltsam: Wenn ich auf einen fernen Stern schaue, senden meine Augen Photonen aus, die in der Zeit rückwärts reisen und Atome im Stern anstoßen und sie dazu bringen, Licht zurück zu meinen Augen zu emittieren. Seltsames Konzept. Woher wissen wir, dass es sich um ein Photon handelt, das in der Zeit rückwärts reist, und nicht um ein anderes auslösendes Energie-/Informationspaket?
Es ist einfach seltsam, herrlich so. Feynman spricht auch an anderer Stelle von "instantanen" Photonenwechselwirkungen aus der Perspektive des Photons. Ein bisschen übermäßig anthropomorph, sicher, aber es fängt auch schön die Seltsamkeit von Photonen als Teilchen ein, die sich bei c bewegen und daher aus ihrer "Perspektive" nicht der normalen Zeit unterliegen. Ein Buch, das man unbedingt haben muss, wenn man es noch nicht hat, ist Laurie Browns Feynman's Thesis . Auch relevant ist dies .
Der „augenblickliche“ Teil – die Photonenperspektive – spricht Ihre Frage an, wenn auch etwas indirekt: Das Photon „sieht“ sich selbst als eine einzige integrale Einheit und Interaktion. Nur wenn wir versuchen, diese einzelne Wechselwirkung aus der Perspektive des klassischen Raums und der Zeit zu analysieren, zerfällt sie in das, was (für uns) wie ein zeitlich vorwärts verzögertes Photon und ein zeitlich rückwärts fortgeschrittenes Photon aussieht.
Ich bekam das Buch und fand auf Seite 13: Um den spontanen Zerfall angeregter Atome und die Existenz von Photonen zu erklären, die beide dieser Ansicht scheinbar widersprechen, argumentierte Feynman, dass „ein Atom allein im leeren Raum tatsächlich nicht strahlen würde. . . und alle scheinbaren Quanteneigenschaften von Licht und die Existenz von Photonen sind möglicherweise nichts anderes als das Ergebnis der direkten Wechselwirkung von Materie mit Materie und gemäß den quantenmechanischen Gesetzen.“ Es scheint also, als würde Feynman argumentieren, dass das Photon einen Empfänger haben muss. Es scheint, als wäre das Argument immer noch nicht gelöst, also was ist die Lösung?
Da muss ich zu 100 % mit Feynman übereinstimmen. Aufgrund seines Lagrange-Standpunkts sah Feynman die Zeit schlichtweg nicht so, als würde sie so funktionieren, wie es die meisten von uns tun. Wenn die Leute die Interpretation annehmen, dass ein Photon einfach nach „irgendwohin“ strahlen kann, nehmen sie in Wirklichkeit nur eine lokale Perspektive der Zeit ein, bei der es ihnen egal ist, was danach passiert. Aber die QED, die stark auf Feynmans Theorieideen basiert, bleibt eine der genauesten vorhersagenden physikalischen Theorien aller Zeiten. Ich denke also, dass Feynman dort auf etwas sehr Tiefes gestoßen ist, und das schließt Photonen ein, die zwei Partner brauchen, um zu existieren.
Sie machen sicher Witze, Mr. Boller! Weil die Implikationen Ihrer Antwort einfach überwältigend sind! Wir veranlassen Sterne, vor vielen Millionen Jahren Licht zu emittieren, wodurch eine Veränderung entsteht, die in die Zukunft kaskadiert und verstärkt wird. Allein dadurch, dass wir existieren, verändern wir das ganze Universum für jede Wahl, die wir treffen. Und da wir anscheinend immer noch existieren, muss die Veränderung, die wir in der Vergangenheit schaffen, eine unendliche Anzahl paralleler Realitäten schaffen. Ich kann diese Antwort auf diese grundlegende Frage ohne weitere Beweise nicht vollständig akzeptieren, also müssen wir sie weiter in Frage stellen, und die Suche geht weiter.
Ehrliche Skepsis und das Hinterfragen seltsamer Vorhersagen sind immer gut! Davor haben Sie meinen Respekt, Sir, und viel Glück bei Ihrer weiteren Suche!
Man sollte aus Feynman keinen "Papst" machen. Er kann sich irren, wie er es mit dem Widerstand gegen QCD gegen sein Parton-Modell war. Platonische Ideen, dass Mathematik Realität erschafft, haben keinen Platz in der Physik, wie wir sie im 21. Jahrhundert kennen, wo wir die Realität beobachten und verwenden, um sie zu modellieren. Die Tatsache, dass wir zum Beispiel jede Form mit einem Satz vollständiger Funktionen ausstatten können, bedeutet nicht, dass die Bessel-Funktionen, die zur Form meiner Tasse passen, einzeln existieren und die Realität dessen beschreiben, was eine Tasse ist ( Atome und Moleküle). Auch in diesem Feynman-Modell gibt es meiner Meinung nach eine Verwechslung zwischen notwendig
und hinreichende Bedingungen. Um ein Photon zu detektieren, ist ein Empfänger erforderlich, und daher könnte ein Feynman-Diagramm mit einem virtuellen Photonenaustausch es modellieren, wobei die Virtualität in den meisten Fällen der Realität sehr nahe kommen würde. Das ist Mathematik und mag ausreichen, um eine experimentelle Situation zu beschreiben, ist aber nicht notwendig.
Hallo nochmal Terry! Wheelers fortschrittliches Photon, ist das nicht wie eine Quantenverbindung? Die Geschwindigkeit der Quantenverbindung ist nahezu unendlich, gemessen mehr als 10 000-mal schneller als Licht. Eine solche unendliche Geschwindigkeit bricht die Relativitätstheorie und reist in der Zeit zurück und könnte vorhanden sein, wenn das Licht durch einen Quantensprung emittiert wurde, es scheint eine perfekte Übereinstimmung zu geben. Eine solche Quantenlink-Wechselwirkung vermeidet auch die schneller als Licht-Probleme, die ein Elektron haben wird. Die neue Frage könnte dann lauten: Wird bei der Quantenverschränkung Licht ausgesendet, also vom verschränkten Empfänger aufgefangen?
Ist der Mond da, wenn niemand hinsieht? Einstein stellte diese Frage, favorisierte aber keine Quantenverrücktheit. Einstein spielte auch mit dem Reiten eines Lichtstrahls, er erlebte dann keine Zeit, sondern nutzte Lichtjahre zwischen den Sternen und landete in der Zukunft. Auch die unendliche Geschwindigkeit nimmt dem Fahrer keine Zeit, aber er landet in der Vergangenheit. Und die Quantenverrücktheit geht noch weiter, da der Beobachter eine große Rolle spielt, das Sammeln von Informationen direkt oder indirekt eine Welle in ein Photon manifestieren kann, und plötzlich scheint das Bewusstsein zu reisen ... also ist es vielleicht der Beobachter, der die Magie des Emittierens von Licht ausübt?
@EnosOye, danke, ja, dies ist definitiv Wheelers fortschrittliches Photonenkonzept, das den entfernten Ort zu einem späteren Zeitpunkt direkt mit dem Emissionsereignis verbindet. Es ist ein sehr seltsames Konzept, aber es ist gleichzeitig absolut grundlegend für die mathematische Formulierung von Feynmans Pfadintegralen.
@annav, von vor zwei Jahren: Ich halte Feynman nicht nur nicht für einen "Papst" der Physik, sondern bin auch grundsätzlich anderer Meinung als seine grundlegendste Prämisse, dass Teilchen mit unendlich kleiner Größe die zugrunde liegende Grundlage der Realität sind. Das stimmt weder mit der Realität noch mit der Mathematik überein. Solche Punkte sind stattdessen einfach Grenzen von Prozessen, die ein grundlegender Teil der Funktionsweise unseres Universums sind.
@EnosOye ja, der Mond ist absolut da, wenn niemand hinschaut! Ich arbeite an einem Papier, das die Quantenbeobachtung zu einem ziemlich grundlegenden Merkmal der Funktionsweise eines thermodynamischen Universums macht, und nicht zu einem mysteriösen Thema über bewusste Beobachter. Irgendwann ziemlich bald!
Terry, gut, dass Sie an diesen grundlegenden Themen arbeiten, ich würde gerne Ihre Arbeit lesen. Ich habe selbst etwas über die grundlegende Existenz gearbeitet. Die Hypothese geht so: Es gibt nur ein Teilchen, dieses Teilchen bewegt sich mit unendlicher Geschwindigkeit, in unserer Realität springt es aus weißen Löchern heraus und verlässt es blitzschnell durch ein schwarzes Loch. In jedem fundamentalen Teilchen ist es ein solches Miniatur-Schwarzes-Loch-Weiß-Loch-Paar, in einer Richtung gegenüber Rosen-Einstein-Brücken, die sich gegenseitig stabilisieren und eine schwarz/weiße Binärdatei bilden, die mit zukünftigen Potentialen und vergangenen Potentialen verbunden ist ...
Jedes Schwarzes-Loch-Weißes-Loch-Potentialpaar erzeugt ein lokales Quantenfeld aus Quantenpotentialen. Schwarz/Weiß-Binärdateien können sich weiter verschränken und größere Quantenfelder erzeugen. Jedes Zentrum wie Teilchen bis hin zu den Galaxien erzeugen diese Quantenfelder und füllen das Universum mit mehreren Quantenfeldern. Ein Quantenfeld kann durch das Bewusstsein gelenkt eine Welle an ein weit entferntes Quantenfeld mit sofortiger Geschwindigkeit senden, indem mehrere Quantenfelder als perfektes Medium verwendet werden. Wellen mit unendlicher Geschwindigkeit, in einem nicht physikalischen Medium, keine Teilchen beteiligt und keine Gesetze der Physik werden gebrochen ...
Dieses Gottesteilchen, das @annav es einmal genannt hat, reist ständig in der Zeit zurück, was dazu führen würde, dass es beim Urknall enden würde, aber das Teilchen ist überall, also sind entweder Zeit und Raum im Grunde kreisförmig, oder dieses Teilchen macht eine Schleife durch die Zeit. Diese Theorie mag den meisten etwas weit hergeholt erscheinen, aber ich habe den großartigsten physischen Beweis dafür gefunden: ( physics.stackexchange.com/questions/207317/… ) Während sich die Binärdatei des Schwarzen Lochs immer noch versteckt. Dunkle Materie/Energie kann dann das galaktische QF sein, das nach innen zieht und nach außen drückt.
Wir könnten uns auch fragen, ob die Physik der unendlichen Geschwindigkeit und des unendlichen Potenzials mit Intelligenz selbst zu tun hat. Es scheint die Kausalität zu brechen, da die Wirkung vor der Ursache kommen kann, es ist, als würde man eine Antwort von einem zukünftigen Potenzial erhalten. Unsere Gehirnneuronen berühren sich nicht, und es gibt Behauptungen, sowohl Quantensprünge als auch Quantenschwingungen zu beobachten, die das Rätsel der Intelligenz lösen könnten. Die Quantenbiologie beobachtet seltsame Quanteneffekte in unserer DNA, wenn das Quantenfeld unserer DNA verschränkt wäre, könnten wir in unseren eigenen Quantenfeldern herumlaufen, wo das Bewusstsein der König dessen ist, welche Potentiale zu erfahren sind.
Enos, Sie haben sich offensichtlich viele Gedanken über Ihre Ideen gemacht, und ich wünsche Ihnen alles Gute. Aber der von mir erwähnte Entwurf ist eine eher banale Verknüpfung der Quantenbeobachtung mit bestimmten statistischen Merkmalen der Mehrteilchenverschränkung und hat keine Ähnlichkeit mit dem, was Sie gerade beschrieben haben. Es tut uns leid.
Ich habe eine neue Frage formuliert, die für die Hypothese von Wheeler Feynman relevant ist, also habe ich Ihre Antwort in der Frage verlinkt. physical.stackexchange.com/questions/316050/… Wenn Sie Erkenntnisse haben, können Sie diese gerne teilen, danke!
Danke für den Hinweis, Enos, ich schaue mir das heute etwas später an.

Du verdeutlichst in den Kommentaren zur Antwort von @FredericBrünner:

Die Frage ist: Kann ein Photon ohne Empfänger emittiert werden?

Ja. Ein Atom in einem angeregten Zustand emittiert ein Photon in den Weltraum, ins Vakuum oder was auch immer

Und es scheint, als ob Photonen, die keinen Empfänger treffen, niemals gemessen werden können,

Falsch. Wenn Sie ein Experiment mit Atomen in einem angeregten Zustand aufbauen, wissen Sie, dass ein Photon freigesetzt wurde, indem Sie es im Grundzustand vorfinden. Das ist eine eindeutige Messung.

also ist es schwer zu testen, ob sie da sind.

Wenn Sie die Existenz von Photonen testen wollen, müssen Sie etwas haben, das mit ihnen interagieren kann, ja. Es ist nicht schwer.

Aber der Energieeintrag einer Glühbirne im Weltraum erzeugt eine bestimmte Menge an Photonen,

Ob im Weltraum oder nicht, das ist wahr. Die Sonne ist eine riesige Glühbirne im Weltall

und wenn wir einen angeschlossenen Empfänger haben, würden wir einen Anstieg der gemessenen Strahlung erwarten,

Unsere Augen verbinden sich mit dem Sonnenlicht und sie messen die elektromagnetische Strahlung. Wenn die Strahlung absorbiert und in Wärme umgewandelt wird, werden verschiedene Detektoren benötigt.

wenn alle Photonen mit einem Empfänger verbunden werden müssen.

Nein. Das ist eine falsche Prämisse. Der Lichtfluss/Em-Wellen von der Sonne kann genau berechnet werden, und wir wissen, dass sie die gleichen Photonen pro Flächeneinheit in der gleichen Entfernung von ihr streut, unabhängig davon, ob es einen absorbierenden oder reflektierenden Körper gibt oder nicht.

Es ist ein Beobachtungsexperiment, das die hypothetische Frage vollständig verwerfen oder bestätigen könnte.

sicherlich ist die Hypothese, dass ein Photon einen Rezeptor haben muss, aus dem Experiment mit der Sonne verworfen.

Natürlich stimme ich zu, dass Photonen emittiert werden, und ich verstehe, dass wir den Energiezustand eines Atoms messen und beweisen können, dass ein Photon emittiert wurde. Ich verstehe auch, dass die beobachtete Konzentration von Photonen im gleichen Abstand vom Emitter gleich ist. Aber das Beobachtungsinstrument dient als Empfänger, daher scheint es fast unmöglich zu sein, Photonen direkt zu beobachten, die keinen Empfänger treffen. Wie können wir dann sicher wissen, dass sie da sind? Sie sind wahrscheinlich da, aber wenn ein Photon einen Empfänger braucht, um ausgesendet zu werden, sind die nicht-wechselwirkenden Photonen nicht da.
Hier kommt die Mathematik ins Spiel, sowohl klassisch als auch quantenmechanisch. Wenn eine Rakete auf ein Gebäude gerichtet ist, weißt du nur durch Mathematik, dass eine Rakete das Gebäude treffen wird. Wenn Sie sich jedoch im Gebäude befinden und eine Rakete kommt und Ihr Erkennungssystem sie dorthin projiziert, bleiben Sie nicht dort, um sie zu überprüfen. Das Licht der Sonne folgt einer mathematischen Formel und wird ständig mit jedem neu hochgeschickten Satelliten getestet, ganz zu schweigen von den bestehenden Planeten und ihren Reflexionen. Das Licht fällt dort auf die Objekte, wo es die Berechnungen vorsehen. Es ist dann eben
ein philosophischer Punkt, den Sie hier machen. Die Mathematik erlaubt es uns, die Experimente nicht durchzuführen, bei denen Detektoren überall platziert werden, da es sich um eine Kurzfassung vieler Messungen handelt, die zur Destillation der mathematischen Formel geführt haben, sodass man keinen Detektor aufstellen muss, um zu wissen, dass da etwas sein wird erkennen.
In der Quantenmechanik kann die Beobachtung eines Teilchens darüber entscheiden, wo sich das Teilchen befindet. Das erscheint uns seltsam, weil es einige Probleme mit der Kausalität oder dem zeitlichen Ablauf von Ursache und Wirkung hat, aber es erklärt die Beobachtungen. Wenn wir Partikel mit einer Masse wie von einer Explosion haben, stimme ich zu, dass sie mehr oder weniger zufällig in alle Richtungen verteilt werden, und wir müssen nicht alle Partikel beobachten, um dies zu verstehen. Aber das Photon ist eine masselose elektromagnetische Welle mit Lichtgeschwindigkeit im Vakuum und könnte ein anderes Verhalten haben, wie eine Wellenverbindung zu einem Empfänger.
Wenn Photonen einen Empfänger haben müssen, wird es uns so vorkommen, als ob die Wirkung vor der Ursache eintritt, was unserer Auffassung von Kausalität widerspricht. Aber die fortgeschrittene Lösung der Maxwells-Gleichungen und der elektromagnetischen Wellengleichung hat genau eine solche Lösung, bei der die Wirkung vor der Ursache auftritt (siehe den Link in meinem Beitrag). Können diese uns unglaublich erscheinenden Syntropi also real sein? Magnetfelder verbinden und elektrische Ströme wie ein Funke verbinden, muss die elektromagnetische Welle also auch eine Verbindung zu einem Empfänger haben? Ich weiß es nicht, und die hypothetische Frage scheint immer noch ungelöst.

Meinen Sie damit, dass der Emitter, das elektrisch geladene Teilchen, das einzige Teilchen im Universum ist? Wenn Sie Ihre Frage so meinen, dann ist hier eine mögliche Antwort.

Da es sich bei der Frage um eine sehr hypothetische Situation handelt, muss man mit einem hypothetischen Szenario beginnen und dann auf dieser Position aufbauen.

Stellen wir uns vor, es gäbe ein Elektron ganz allein im Raum. Die Frage ist:

Kann dieses völlig isolierte Elektron ein Photon aussenden?

Wir gehen davon aus, dass die Gesetze der Physik in diesem Fall als normal gelten.

Einige der Tatsachen, die wir über das Elektron wissen

(i) Gemäß der klassischen Elektrodynamik strahlt ein elektrisch geladenes Teilchen nur dann elektromagnetische Wellen aus, wenn es einer Beschleunigung ausgesetzt wird oder aus irgendeinem Grund seine Energie verringert.

(ii) Aus quantenmechanischer Sicht kann sich das Elektron nicht in absoluter Ruhe befinden, weil dann sein Impuls durch Quantenfluktuationen des Vakuums auf unvorhersehbare Weise zunimmt.

(iii) Bewegt sich das Elektron mit konstantem Impuls, so ist nach der Unschärferelation seine Position völlig unbestimmt, dh das Elektron wird über den ihm zur Verfügung stehenden Raum verteilt.

(iv) Das Vakuum hat eine Lorentz-invariante Struktur, die die Anwesenheit eines Positrons erfordert. Dies ist ein Ergebnis von Diracs Theorie.

ANALYSE:

Nach (i): Das Elektron wird kein Photon emittieren können. Die Emission eines Photons durch ein Atom, wie in einer anderen Antwort erwähnt, setzt voraus, dass das Elektron zu einem früheren Zeitpunkt eine gewisse Energiemenge absorbiert hat, sodass es diese erneut emittieren muss, da sich darunter ein niedrigeres Energieniveau befindet. Jedenfalls ist das Elektron in diesem Fall kein isoliertes Teilchen in einem „leeren“ Raum, wie angenommen.

Gemäß (ii): Das Elektron wird beschleunigen und dadurch Photonen emittieren, möglicherweise sogar wieder absorbieren (Selbstenergiediagramme).

Nach (iii): die Energie des Elektrons wäre wohldefiniert und konstant, es könnte also keine Energie abgeben, also keine Photonenemission. Wenn das Elektron aus diesem Zustand weiterhin Photonen emittieren würde, würde es bald seine gesamte Energie verlieren und am Ende ein masseloses elektrisch geladenes Teilchen sein!!

Nach (iv): Das Elektron kann ohne das Positron nicht allein sein. Dies ist aufgrund der Lorentz-Invarianz des Vakuums erforderlich. Das Elektron tauscht also Photonen mit dem Positron aus und kann sogar eine Paarvernichtung erleiden.

Da die Lorentz-Invarianz eine inhärente Eigenschaft der Natur ist, ist Szenario (iv) meiner Meinung nach am wahrscheinlichsten als alle anderen.

Ihre Antwort/Frage ist faszinierend. Aber ich meinte nicht, dass das geladene Teilchen das einzige Teilchen im Universum ist, ich meinte alle Teilchen, die Photonen aussenden können. Terry hier verstand meine Frage, vielleicht sogar besser als ich. Er erklärt, dass Feynman zu diesem Thema geforscht hat. Gut, dass ich das vorher nicht wusste, denn dann hätte ich nicht die volle Freude daran gehabt. Als ich den Links folgte, landete ich bei einer anderen Theorie von Feynman, dem hypothetischen Ein-Elektronen-Universum. Die Syntropi scheinen eine faszinierende Synchronizität zu schaffen;-) en.wikipedia.org/wiki/One-electron_universe
Ich glaube nicht, dass es möglich ist, ein Ein-Elektronen-Universum zu haben, weil das Elektron nicht neutral ist und Masse hat. Es befindet sich dann nicht im Ladungsgleichgewicht und ist durch die Lichtgeschwindigkeit begrenzt und hat Schwung. Aber ein Universum, das aus einer Masse ohne Primärstrahlung besteht, die sich mit unendlicher Geschwindigkeit weit über C bewegt, überall gleichzeitig hingeht und mit sich selbst interagiert, Schwerkraft, Teilchen, Magnetismus, Elektrizität und das Universum selbst erzeugt, könnte eine mögliche saubere Lösung sein. Dann ist alles eins, und alles ist eins, und alles ist miteinander verbunden. Und wenn alles miteinander verbunden ist, ist das Photon keine Ausnahme.
@EnosOye Ich freue mich zu sehen, dass Ihre Schlussfolgerung mit meiner übereinstimmt (siehe fettgedruckter Text am Ende meiner Antwort.) Ich bin mir nicht sicher, ob ich diese Schlussfolgerung extrapolieren würde, um alle interessanten Effekte einzubeziehen, die Sie erwähnen. Das bekannte Universum ist auf diese Weise über die Gesetze der Quantenmechanik miteinander verbunden. Es ist ein "ungeteiltes Universum", wie David Bohm sagte!
Wir sind uns einig, dass es eine bestimmte Anzahl von Bausteinen mit gleichen Eigenschaften gibt, aus denen unser Universum besteht. Einige unterteilen diese weiter in Strings und die Stringtheorie. Aber um gleiche Teilchen wie Elektronen, Protonen oder Quarks zu erzeugen, brauchen wir eine bestimmte Kette mit festgelegten Eigenschaften als Hauptbaustein. Und wenn diese Saite keine Masse hat und unendlich schnell ist und mit sich selbst interagieren kann, um immer komplexere Strukturen zu schaffen, könnte es nur eine Saite sein, die das ganze Universum erschafft. Wie viel Energie braucht man also, um eine masselose Saite auf unendliche Geschwindigkeit zu beschleunigen? Null?
Kann etwas ohne Masse, wie Energie oder Information, eine Geschwindigkeit haben, die über der Lichtgeschwindigkeit liegt? Dieser Link ist interessant: nature.com/news/2008/080813/full/news.2008.1038.html Gibt es wirklich eine Geschwindigkeitsbegrenzung für masselose Teilchen? Dies ist auch für Terrys Antwort relevant.
Das ist interessant und veranlasste mich, eine neue Frage zu stellen: Könnte es ein Teilchen geben, das den Stoff des Universums webt?: physical.stackexchange.com/questions/55440/…

Zunächst einmal ist der "Standpunkt" eines Photons nicht genau definiert. Man kann keine Lorentz-Transformation verwenden, um zum Ruhesystem eines Photons zu gelangen.

Darüber hinaus ist ein Photon eine eigene physikalische Einheit, die unabhängig von jedem Empfänger existieren kann. Im Prinzip kann es "ewig" weitergehen, ohne jemals von etwas absorbiert zu werden.

Apropos Baum im Wald: Angenommen, ich werfe einen Baseball so weit wie möglich ins Leere. Auch wenn ich nie wieder davon höre und auch wenn es niemand mitbekommt, ist es doch echt.

Ich glaube, ich sehe das Problem mit dem Referenzrahmen der Photonen, wenn der Abstand zwischen Sender A und Empfänger B Null wird, verschmelzen A und B zu einem Punkt. Relativ zu diesem Bezugspunkt haben wir eine sofortige Energie- und Informationsübertragung. Wenn das Photon beim Durchgang durch das dünne Plasma des Weltraums verlangsamt wird, haben wir möglicherweise einen relativen Abstand zwischen A und B.
Um ein Gefühl für die Aussage in meinem ersten Absatz zu bekommen, sollten Sie sich mit der Theorie der speziellen Relativitätstheorie vertraut machen. Alle Ihre Überlegungen ändern jedoch nichts daran, dass ein Photon immer noch eine eigene Einheit ist, wie ich bereits erwähnt habe.
Das Photon ist also eine eigene physikalische Einheit? Wie lang ist die EM-Welle? Ist es kontinuierlich? Aus einer bestimmten Referenz denke ich, dass es so ist. Ich bin relativ neu in der Relativitätstheorie, also fühlen Sie sich frei, meine Argumentation zu kritisieren.
Ja, so ist es. Um seine Natur besser zu verstehen, sollten Sie sich darüber im Klaren sein, dass Photonen in der Quantenfeldtheorie als Feldquanten des elektromagnetischen Feldes beschrieben werden. Wenn Sie sich bisher nicht mit der Mathematik hinter dieser Aussage beschäftigt haben, sollten Sie es so nehmen: Ein Photon ist keine "kontinuierliche Welle"; man kann es sich als lokalisiertes Teilchen vorstellen, das sich durch die Raumzeit bewegt.
Danke für den Vorschlag. Wenn also Photonen zufällig in den Weltraum emittiert werden, haben wir einige Photonen, die keinen Empfänger treffen. Aber wenn wir versuchen, diese Photonen zu beobachten, wird das Beobachtungsinstrument zum Empfänger. Wir könnten diese Photonen dann niemals beobachten. Wie können wir also wissen, dass sie da sind?
Wenn Sie sie weder aussenden noch aufspüren, wissen Sie nicht, dass die Photonen da sind.
Hmm. Um diese hypothetische Frage vollständig zu testen, könnten wir eine Glühbirne in den Weltraum schicken und sehen, ob ein angeschlossener Empfänger mehr Lux misst? Andererseits könnte das Plasma des Universums als guter Empfänger fungieren und das Experiment ruinieren.
Ich sehe das Problem nicht. Licht kann ausgesendet werden oder nicht. Licht kann erkannt werden oder nicht. Was genau ist Ihre Frage?
Die Frage ist: Kann ein Photon ohne Empfänger emittiert werden? Und es scheint, als ob Photonen, die keinen Empfänger treffen, niemals gemessen werden können, also ist es schwer zu testen, ob sie da sind. Aber der Energieeintrag einer Glühbirne im Weltraum erzeugt eine bestimmte Menge an Photonen, und wenn wir einen angeschlossenen Empfänger haben, würden wir einen Anstieg der gemessenen Strahlung erwarten, wenn alle Photonen an einen Empfänger angeschlossen werden müssen. Es ist ein Beobachtungsexperiment, das die hypothetische Frage vollständig verwerfen oder bestätigen könnte.
Sie können schlussfolgern, dass Photonen aus Energieerhaltung emittiert wurden. Wenn Sie eine bestimmte Energiemenge verwenden, um sie zu erzeugen (z. B. mit einem Laser), dh diesen Laser mit Energie versorgen, dann tragen die Photonen durch Energieerhaltung einen Teil davon weg. Auf diese Weise wissen Sie, dass sie da sind, ohne sie direkt zu erkennen.
Vielen Dank. Dann ist die Leistungsaufnahme eines Lasers gleich, wenn er gegen den leeren Raum oder gegen die Erde gerichtet ist. Dann hätten wir vielleicht die Existenz der nicht-interaktiven Photonen durch indirekte Beobachtung bewiesen.
Ich sehe vielleicht eine andere mögliche Beobachtungsmethode von Photonen im Weltraum. Photonen können Elektronen durch Wakefield-Beschleunigung beschleunigen, ohne absorbiert zu werden. Wenn wir also die beschleunigten Elektronen oder das von ihnen erzeugte Magnetfeld beobachten können, können wir indirekt Photonen beobachten. Dieser Link hat vielleicht nichts damit zu tun, aber er könnte und ist trotzdem interessant zu lesen: science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2008/30oct_ftes
@FredericBrunner Ich denke, die Frage ist immer noch nicht beantwortet. Kann ein einsames Elektron im Weltraum ein Photon aussenden, auch wenn es überhaupt keine Empfänger gibt, um es zu absorbieren?
Ich verstehe nicht, warum ich die Frage nicht beantwortet habe, aber hier ist meine Antwort noch einmal: Ja, es kann.

Der kosmische Mikrowellenhintergrund enthält Photonen, die nicht absorbiert werden, bevor sich das Universum bis zu dem Punkt aufbläst, an dem es nichts mehr zu treffen gibt. Wenn Teile der letzten Streuung irgendwie daran gehindert würden, diese Energie freizusetzen, würden wir das, glaube ich, bemerken.

Das Photon trägt Energie. Partikel machen das. Wie unterscheidet es sich vom Elektron, das klaglos existieren darf? Wenn eine Taschenlampe (oder Photonenrakete) Partikel mit Impuls aussendet, prallt sie zurück, ohne Rücksicht darauf, was später mit dem Auspuff an anderer Stelle passiert. Ich frage mich, ob das Problem mit nicht strahlenden energietragenden Feldern und sogenannten "virtuellen Photonen" verwechselt wird? Ein geladenes Objekt reagiert nicht, ohne dass ein anderes geladenes Objekt virtuelle Photonen mit ihm austauscht.

Ja, so sind die Dinge ... andererseits macht die QED es klarer (wobei Feynman von der Absorbertheorie ausgegangen ist, um in die QED einzusteigen). Allerdings kann ich in dieser Hinsicht zwei Experimente vorschlagen, die darauf hindeuten, dass dies eigentlich die richtige Interpretationsrichtung ist: der Purcell-Effekt (ich habe eine Arbeit mit dem Titel <>) und <>

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Kann ein Photon ohne Empfänger emittiert werden?
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