Können Photonen schwingen?

Ich denke, es könnte ein bisschen irreführend sein, Licht immer als Ansammlung von Photonen zu betrachten. Siehe zum Beispiel die Kommentare von John Rennie in diesem Beitrag .

In Bezug auf Ihre Spiegelkonstruktion kann das Licht zwar herumgebunden werden, wenn Sie einen Hohlraum herum bauen, aber die optische Weglänge sollte ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge des Lichts sein (das Licht befindet sich in Resonanz mit dem Hohlraum). Außerhalb der Resonanz kann der Hohlraum die Kohärenzoszillation von Licht nicht unterstützen. Sie haben auch flache Spiegel gezeichnet, aber in der Praxis würden die Spiegel einige Krümmungen benötigen, um die Divergenz des sich ausbreitenden Lichts auszugleichen. Die erste Zeichnung ähnelt einer Fliegenhöhle und die zweite einer Fabry-Perot-Höhlung.

In Bezug auf die Möglichkeit "Geschwindigkeit des Photons ist Null", ist das falsch. Im mikroskopischen Sinne ist die Geschwindigkeit des Photons immer$c$, obwohl Sie beim Durchgang durch ein optisch dichtes Medium die Gruppenlichtgeschwindigkeit mit weniger als messen können$c$aufgrund des Brechungsindex (dies ist eine makroskopische Beschreibung, nicht mikroskopisch).

Schauen wir uns nun zum Beispiel die zweite Zeichnung an. Das Licht bildet eine stehende Welle, und an der Oberfläche des Spiegels ist die Amplitude des Lichts null, sodass die Wahrscheinlichkeit gleich null ist, ein Photon direkt an der Oberfläche zu entdecken.

Erstens können Sie einen Spiegel, der eine Ruhemasse hat, die schneller als das Licht ist, nicht bewegen, um die Lichtquelle zu ersetzen. aber lassen wir das außer Acht und sagen, dass ein Photon zwischen zwei perfekten Spiegeln hin- und herspringt. Dies wird als Photonenuhr bezeichnet.

Nun werden Photonen elastisch gestreut, das heißt Rayleigh-Streuung an einem Spiegel, das ist die einzige Möglichkeit, die Energie und Phasen der Photonen zu erhalten und ein Spiegelbild aufzubauen. Bei elastischer Streuung bleibt die Energie des Photons erhalten, bei einem perfekten Spiegel kann dies also ewig so weitergehen. Natürlich gibt es keine perfekten Spiegel, daher wird das Photon nach einer Weile absorbiert oder unelastisch gestreut und verliert Energie oder gibt seine gesamte Energie an das Elektron des absorbierenden Atoms ab.

Wenn das Photon elastisch an einem Atom eines Spiegels gestreut wird, ändert sich seine Wellenfunktion, die seine Wahrscheinlichkeitsbeschreibung für den gesamten Raum beschreibt, indem sich die Richtung des Geschwindigkeitsvektors des Photons ändert. Alles andere, alle anderen Eigenschaften des Photons bleiben erhalten, nur so lässt sich ein Spiegelbild aufbauen.

Ihre Frage, ob das Photon langsamer wird oder nicht, ist es nicht. Photonen bewegen sich im Vakuum immer mit der Geschwindigkeit c, wenn sie lokal gemessen werden. Wenn die Streuung auftritt, wird die Richtung des Geschwindigkeitsvektors des Photons geändert, aber die Größe ist immer c. Das heißt, die Geschwindigkeit des Photons ist vor, während und nach dem Streuvorgang immer c, es ändert sich nur die Richtung des Geschwindigkeitsvektors. (Dies gilt auch für die Absorptions-Reemission). Wenn es eine Absorption, eine erneute Emission geben würde, würde das Photon zu existieren beginnen, bis zu diesem Moment ist seine Geschwindigkeit c, und nach der Emission ist seine Geschwindigkeit augenblicklich c.

Nach den Kommentaren ist es wichtig zu beachten, dass jedes Mal, wenn das Photon im Spiegel abprallt, es Druck (Impuls) auf die Wand des Spiegels ausübt.