Terminologie: Bedeutung eines Quants

Wenn Leute sagen, dass ein Photon ein Lichtquant ist, sprechen sie dann in einem Satz von zwei verschiedenen Arten von Quantisierungen? Um etwas zu quantisieren, nehmen Sie etwas Kontinuierliches und machen es diskret (mehr oder weniger). Energie in einer Lichtwelle der Frequenz F ist stetig in (1) Wert und (2) Ort. Die Energie wird über den Raum verteilt und wenn Sie mit dem Amplitudenregler herumspielen, können Sie ihre Energie kontinuierlich auf jeden gewünschten Wert variieren lassen. Zu sagen, dass seine Energie in Schritten von quantisiert ist H F bedeutet, dass die Energie der Welle nicht kontinuierlich variieren kann, wenn Sie mit dem Amplitudenregler herumspielen. Die Energie kann nur zwischen verschiedenen springen N H F Ebenen. Das heißt aber nicht, dass die Energie in Paketen kommen muss? Ich kann mir eine Welle mit quantisierter Energie vorstellen N H F kontinuierlich über den Raum verteilt (daher ist seine Energie quantisiert, aber die Energie ist nicht räumlich in Pakete quantisiert. Physikalisch macht es aus klassischer Sicht keinen Sinn, Energie zu quantisieren. Mathematisch/logisch ist es jedoch, die Energie der Welle zu quantisieren, aber nicht zu quantisieren der Ort der Energie ist völlig in Ordnung. Siehe Signalverarbeitung: diskretes Amplitudensignal + kontinuierlicher Zeitbereich oder diskreter Bereich + kontinuierlicher Bereich oder sowohl diskrete Amplitude als auch diskreter Bereich, in diesem Fall haben Sie ein vollständig digitales Signal). Andererseits bedeutet die Aussage, dass Energie Sie in Paketen trifft (anstatt Sie kontinuierlich wie in der klassischen Physik zu treffen), nicht, dass die Energie dieser Pakete quantisiert werden muss.

Ein Photon ist also Lichtenergie, die wertmäßig quantisiert ist, und Energie, die räumlich quantisiert ist?

Ich frage, weil ich denke, dass die Terminologie bei verschiedenen Quellen und Personen verwirrend wird. Soweit ich weiß, haben die Leute, wenn sie sagen, eine Welle sei quantisiert (oder etwas in dieser Richtung), bereits die Welle-Teilchen-Dualität im Sinn. Im Hinterkopf haben sie also bereits die räumliche Position der Energie (in Teilchen) quantisiert. Daher meinen sie, wenn sie „die Welle quantisieren“ schon mit dem vorherigen Satz im Hinterkopf sagen, speziell den Wert der Energie.

Antworten (3)

Experimente mit dem photoelektrischen Effekt, der Schwarzkörperstrahlung und Doppelspalt-Einzelphotonen zeigen, dass die klassische elektromagnetische Welle, Licht genannt, aus Einheiten besteht, die als Energieteilchen wirken können, h*nu.

Dies ist das Einzelphotonen-Doppelspalt- Experiment, das zeigt, dass die Photonen mit der Energie = h*nu einen Punktabdruck auf dem "Bildschirm" hinterlassen und ihre Wahrscheinlichkeitsdichte das klassische elektromagnetische Interferenzmuster aufbaut, das von klassischem Licht der Frequenz nu erwartet wird.

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Der Quantisierungsteil bedeutet, dass die Energien diskret sind, kein Kontinuum für die spezifische Frequenz des klassischen Lichts. Ein Energiepaket trifft auf den Schirm.

Dies hat dazu geführt, dass das Photon im Standardmodell der Elementarteilchenphysik ein Elementarteilchen ist .

Licht wird nicht „quantisiert“, indem es in Energiestücke hnu zerschnitten wird. Es ist komplizierter als das und benötigt die Werkzeuge der Feldtheorie, um das Modell zu verstehen. Als elementares quantenmechanisches Teilchen hat das Photon eine Wellenfunktion, die einer quantisierten Maxwell- Gleichung gehorcht. Klassische elektromagnetische Wellen entstehen nach der Quantenfeldtheorie aus einem großen Ensemble von Photonen , und das gesamte System, klassisch und quantenmechanisch, ist konsistent.

Wenn Sie sagen, dass Licht aus Energieteilchen besteht H v , nur um klar zu sein, Sie nehmen Energie aus dem klassischen Sinn und quantisieren ihren Ort (Partikel) und quantisieren ihren Wert ( H v )?
Ein quantenmechanisches Teilchen hat eine Wellenfunktion, deren komplex konjugiertes Quadrat die Wahrscheinlichkeitsdichte für das Auffinden des Teilchens bei (x,y,z) zum Zeitpunkt t ergibt. Eine ausführlichere Antwort von mir zum gleichen Thema finden Sie hier physical.stackexchange.com/ fragen/303458/… . "Quantisieren" bedeutet ein bestimmtes Maß. Der Ort ist wahrscheinlich, die Energie wurde experimentell als h nu gefunden, die Frequenz der klassischen elektromagnetischen Welle, die durch eine große Anzahl von h nu-Photonen aufgebaut werden kann. Sie ist das, was uns die Natur gegeben hat.
Ich kann verstehen, warum Sie Probleme mit dem Wort Quantisierung haben. Nicht, wenn ich sage, Energie in Einheiten von quantisieren H F aber die Energie räumlich in Pakete/Teilchen quantisieren. Hier verwende ich nur das Wort Quantisieren als Bedeutung für den Übergang von kontinuierlich zu diskret. Materie wird in Atome „quantisiert“. Ich kann verstehen, warum Sie eher nicht sagen, dass Energie räumlich in Pakete quantisiert wird, weil Photonen durch eine Wellenfunktion beschrieben werden und daher eine Wahrscheinlichkeitsdichte haben. Trotzdem liefert auch bei Wellenfunktionen jede Positionsmessung einen genauen Wert. Sie erhalten nur Spreads, weil Sie viele verschiedene Messungen vornehmen.
Unabhängig davon, ob wir das Wort Quantisierung verwenden oder nicht, geht Energie aus klassischer Sicht von kontinuierlich über den Raum verteilt zu diskreten Klumpen im Raum über. Dies scheint eine räumliche Quantisierung von Energie zu sein. Aber ich glaube, ich verstehe deinen Punkt

Ja.

  • Die Energie wird quantisiert, wenn Sie zB einen Einschluss wie in einem Atom oder ein Teilchen in einer Kiste haben (denken Sie an die Moden stationärer Wellen in einem Seil, da das Teilchen jetzt durch eine Wellenfunktion beschrieben wird). Wenn also ein solches System Energie abgibt oder aufnimmt, tut es dies in Energiequanten .

  • Und wenn Sie Licht als Photonen modellieren, dann sind sie, da sie Partikel sind, innerhalb der Grenzen des Unsicherheitsprinzips räumlich lokalisiert ("quantisierte räumliche Position" in den Worten von OP).

Das ist natürlich eine naive Antwort ohne QFT, die vielleicht schon aufklärt, aber Raum für tiefere Erklärungen lässt.

Ja und nein.

Zuerst das Ja: Es gibt nicht eine einzelne Quantisierung, sondern viele Quantisierungen. Um nicht philosophisch zu werden, schauen wir uns die Geschichte an.

  • 1900, Plancks Gesetz der Schwarzkörperstrahlung beschreibt die Energie der Strahlung als in Höcker quantisiert H .
  • 1905, Einsteins photoelektrischer Effekt beschreibt, dass Licht räumlich in Photonen quantisiert wird. Jedes Photon trägt die quantisierte Energie H v . Als Nebenbemerkung ist dies eigentlich nicht der "Beweis", dass Licht quantisiert ist, denn wir erhalten das gleiche Ergebnis, wenn wir Licht als kontinuierlich und den Festkörper als quantisiert behandeln. Der „Beweis“ für die Quantisierung des Lichts ist eigentlich der Compton-Effekt .
  • 1913 quantisiert Bohr den Drehimpuls von Atomen und erklärt damit, warum gebundene Elektronen nicht strahlen.
  • ...
  • Viele Jahre später führt die QED die sogenannte zweite Quantisierung ein.

Jetzt das Nein:

Ich kann mir eine Welle mit Energie vorstellen N H F kontinuierlich über den Raum verteilt.

Wirklich? Wie sieht so eine Welle aus? Nehmen wir die Energie eines einzelnen grünen Photons und nehmen an, dass wir seine Energie über die Länge des Sonnensystems verteilen. Die Amplitude dieser quasi-kontinuierlichen Welle ist zu klein, um von einem Detektor messbar zu sein.

Danke für Ihre Antwort. N H F ist nur eine Zahl. In der klassischen Physik ist Energie kontinuierlich und Wellen haben natürlich Energie. Nichts hindert eine Welle klassischerweise daran, Energie zu haben N H F da Energie kontinuierlich ist (Sie haben jedoch Recht, dass die Energiequantisierung die klassische Strahlungstheorie, wie wir sie kennen, zerstört, da sie eine glatte Energie erfordert). Mein Bemühen war zu zeigen, dass Energiequantisierung keine räumliche Quantisierung impliziert und umgekehrt. Stimmen Sie dieser Aussage zu? Es scheint, als würden Sie sagen, Planck hat die Energie quantisiert, dann hat Einstein / Compton die Energie räumlich quantisiert
Wie ich zu sagen versucht habe: Ich stimme Ihnen zu, dass es verschiedene Arten von Quantisierungen gibt. Dh Energie, Drehimpuls, räumlich (nicht dass der Raum selbst quantisiert werden muss, sondern dass Licht in Wellenpakete quantisiert werden kann) ...
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