Was meiner Meinung nach (ich bin kein Physiker) als "klassische" Beschreibung elektromagnetischer Strahlung bezeichnet werden könnte, ist, dass es sich um eine Schwingung magnetischer und elektrischer Wellen handelt, die sich gegenseitig durch die Maxwell-Gleichungen (insbesondere Faraday und Ampere) erzeugen. Dies würde mich zu der Annahme verleiten, dass ich, wenn ich eine Ladung in meiner Hand halten und sie mit einer bestimmten Frequenz – sagen wir der blauen Lichtfrequenz – hin und her schütteln könnte, eine kontinuierliche Welle elektromagnetischer Strahlung erzeugen könnte. Wenn ich es in einer einzigen Richtung machen könnte – hin und her – dann könnte ich vielleicht polarisiertes Licht erzeugen.
Dann las ich einige Kommentare und Antworten auf dieser Seite, die darauf hinzudeuten scheinen, dass Welleneigenschaften von Licht nur durch große Populationen von Photonenteilchen realisiert werden - dass ein einzelnes Photon per se keine Wellenlänge hat und das Standardmodell angibt, dass ein Photon ein ist Teilchen, also keine Welle.
Würde ich in dem oben beschriebenen Experiment tatsächlich Licht erzeugen? Würde es in Form von Photonenteilchen vorliegen, oder ist die partikuläre Natur von Photonen nur eine Manifestation der diskreten atomaren oder nuklearen (gebundenen Systeme) Übergänge, die Photonen erzeugen, aufgrund der Tatsache, dass diese Übergänge diskrete Energien beinhalten (oder vielleicht die Messung Geräte, die sie erkennen)? Wenn kein Licht erzeugt wird, wie lässt sich das mit Maxwell vereinbaren? Ist die Erzeugung einer einzigen, kontinuierlichen Welle elektromagnetischer Strahlung nicht möglich? (dh nicht-partikuläres Licht)
Ihr Experiment würde Licht erzeugen, weil jede beschleunigende Ladung Strahlung freisetzt. Ihre Hand, die ein geladenes Teilchen schüttelt, ist wesentlich, was eine Funkantenne tut, nur mit einer viel größeren Anzahl von Ladungen, damit das Signal aus großer Entfernung erkennbar ist. Wenn Sie zum Arzt gehen und eine Röntgenaufnahme machen lassen, werden diese Röntgenstrahlen durch einen Elektronenstrahl erzeugt, der auf ein dichtes Metall wie Wolfram trifft. Die Elektronen verlangsamen sich und bleiben im Inneren des Metalls stehen, und diese Beschleunigung erzeugt die Röntgenstrahlung (der Fachbegriff ist Bremsstrahlung , was deutsch für "Bremsstrahlung" ist). Wenn ein Elektronenstrahl ein Magnetfeld passiert, ändert er seine Richtung, was ebenfalls eine Beschleunigung ist, und setzt auch Licht frei, das als Synchrotronstrahlung bezeichnet wird .
Hier ist ein Video von all den coolen Dingen, die wir mit diesem Licht machen können.
Aufgrund der Quantennatur der Realität erzeugen alle oben genannten Effekte tatsächlich Photonenströme. Die ursprünglichen Gleichungen, die Effekte wie Synchrotronstrahlung beschreiben, sind klassische Berechnungen und liefern genaue Ergebnisse, aber in einigen Fällen sind Quanteneffekte für mehr Genauigkeit erforderlich – insbesondere bei Bremsstrahlung, bei der Elektronen von Atomen abprallen. Eine detailliertere Beschreibung kann der Quantenfeldtheorie entnommen werden und eine Cartoon-Version sieht etwa so aus:
Ein ruhendes Elektron hat das elektromagnetische Feld, weil es eine elektrische Ladung hat (dies ist etwas tautologisch, da die Definition der elektrischen Ladung eine Fähigkeit ist, mit dem elektromagnetischen Feld zu interagieren, aber trotzdem). Die elektrische Ladung koppelt das Verhalten des Elektrons mit dem elektromagnetischen Feld. Wenn Sie dieses Elektron packen und daran ziehen, beginnt es sich zu bewegen. Anders ausgedrückt, Sie haben ihm etwas kinetische Energie gegeben. Da das Elektron an das elektromagnetische Feld gekoppelt ist, wird ein Teil der Energie, die Sie in das Elektron einbringen, indem Sie es ziehen, stattdessen in das elektromagnetische Feld geleitet. Dies erzeugt stabile Wanderwellen im elektromagnetischen Feld (auch bekannt als Licht), ähnlich wie das Werfen eines Steins in einen Teich Wellen erzeugt, die sich von der Aufprallstelle weg ausbreiten. Diese elektromagnetischen Wellen werden aufgrund der Quantenmechanik an anderer Stelle als Photonen erkannt, aber vor dieser Erkennung sind sie vollkommen kontinuierliche Wellen. Da die Wellen Energie abtransportieren, hat das Elektron weniger kinetische Energie und bewegt sich langsamer.
Die Quelle der EM-Strahlung ist die Emission von Photonen von angeregten Elektronen (hauptsächlich, weil andere subatomare Teilchen auch Photonen emittieren). Ausgehend von diesem sehr grundlegenden Punkt wird klar, dass EM-Wellen und EM-Strahlung nicht dasselbe sind.
Ein Photon ist ein Energiequant mit einer magnetischen und einer elektrischen Feldkomponente, die beide quer zur Ausbreitungsrichtung schwingen. Und im Vakuum stehen beide Komponenten senkrecht aufeinander. Wenn wir ein kartesisches Koordinatensystem nehmen, ist x die Ausbreitungsrichtung, y und z sind die Richtungen der elektrischen und magnetischen Felder.
... elektromagnetische Strahlung ist, dass es sich um eine Schwingung magnetischer und elektrischer Wellen handelt, die sich gegenseitig durch die Maxwell-Gleichungen erzeugen ...
Die von Ihnen beschriebene EM-Welle tritt in zwei möglichen Fällen auf: Die Ausbreitung eines einzelnen Photons und die EM-Strahlung mehrerer synchron beschleunigter Elektronen.
Photonen aus einer thermischen Quelle haben unterschiedliche Energieinhalte und unterschiedliche Richtungen ihrer Feldkomponenten (y und z sind alle 360° zu x).
Die synchrone Beschleunigung der Elektronen geschieht auf der Oberfläche eines Antennenstabes. Was wir bekommen, ist modulierte EM-Strahlung mit polarisierten Photonen: Die elektrische Feldkomponente der emittierten Photonen ist parallel zum elektrischen Feld im Stab, die magnetische Komponente senkrecht dazu.
... wenn ich eine Ladung in meiner Hand halten und sie mit einer bestimmten Frequenz - sagen wir der von blauem Licht - hin und her schütteln könnte, könnte ich eine kontinuierliche Welle elektromagnetischer Strahlung erzeugen.
Ja, Sie werden die Emission von EM-Strahlung stimulieren. Schütteln Sie eine einzelne Ladung bei einer bestimmten Frequenz, stimulieren Sie eine Reihe von Photonenemissionen. An den Punkten maximaler Beschleunigung mit höherem Energiegehalt und nahe dem Punkt ohne Beschleunigung mit weniger Energie. Die Anzahl der emittierten Photonen hängt von der Begrenzung des Elektrons in Ihrer Hand ab.
Wenn ich es in einer einzigen Richtung machen könnte – hin und her – dann könnte ich vielleicht polarisiertes Licht erzeugen.
Da bin ich mir nicht sicher, weil die Beschleunigung nicht auf ein elektrisches Potential zurückzuführen ist. Nehmen Sie Wechselstromelektroden statt Ihrer Hand, ja, Sie erhalten polarisierte EM-Strahlung.
jpf
jpf
Verdelit