Warum ist die kraftvermittelnde Rolle des Lichts im makroskopischen Maßstab nicht sichtbar? [abgeschlossen]

Warum kann Licht elektrisch geladene Objekte nicht bewegen[?] ... Aber warum kann man dann geladene Objekte nicht bewegen, indem man sie beleuchtet?

Die Polarität der mit sichtbarem Licht verbundenen elektromagnetischen Welle ändert sich Hunderte von Billionen Mal pro Sekunde. Dies ist schnell genug, dass ein geladenes makroskopisches Objekt nicht merklich beschleunigt, bevor sich die Polarität ändert, und es beginnt, in die andere Richtung zurückzubeschleunigen.

Elektrisch geladene Objekte senden Photonen aus (übrigens, warum sehen wir sie nicht?)

Wenn Sie nach den virtuellen Photonen fragen , die an den Cuolomb-Kräften beteiligt sind, lesen Sie bitte Annas Antwort.

Wenn Sie nach echten Photonen fragen, die von Objekten emittiert werden, entweder aufgrund von Schwarzkörperstrahlung oder weil sie oszillierende Ladungen enthalten, reagieren die Chemikalien in unseren Augen, die auf Licht reagieren, nur auf ein schmales Frequenzband (oder, wenn Sie es vorziehen, ein schmales Band von Photonenenergien). Daher sehen wir in diesem Band nur Licht, das wir „sichtbares Licht“ nennen.

Ich möchte das klären:

Elektrisch geladene Objekte senden Photonen aus (übrigens, warum sehen wir sie nicht?), und der Austausch dieser Photonen führt dazu, dass ungleiche Ladungen sich anziehen, wie Ladungen sich abstoßen.

Elektrisch makroskopische Objekte gehören zum klassischen Regime. Sobald man Photonen einführt, befindet man sich im quantenmechanischen Regime und benötigt quantenmechanische Gleichungen, um Wechselwirkungen zu beschreiben.

Diese Photonen sind virtuell, dh sie sind ein mathematisches Konstrukt, das notwendig ist, um die Wechselwirkung gleicher und/oder ungleicher Ladungen quantenmechanisch zu beschreiben.

Dies passiert zwischen Elektronen zweier getrennt geladener Objekte (angenommen, sie sind negativ geladen)

Die ausgetauschten Photonen haben alle Quantenzahlen echter Photonen, außer der Masse, sie sind masseferne Hüllen. Unzählige solcher Austauschvorgänge bauen das klassische elektrische Feld zwischen den beiden getrennten makroskopischen Objekten auf. aber diese virtuellen Teilchen sind nichts, was man sehen kann. nur die äußeren Linien, die Elektronen, sind real, und ihre Bewegung kann gesehen werden.

Als Kraftträger sind Photonen also immer virtuell, weil sie Vermittler von Wechselwirkungen sein müssen. Als freie Teilchen auf Massehülle werden sie als real bezeichnet und eine enorme Anzahl von ihnen baut die klassische elektromagnetische Welle auf, die wir Licht nennen. Dies könnte bei der Intuition helfen, wie Photonen klassische Wellen aufbauen.

Im Allgemeinen haben Licht und seine Photonen einen Impuls und können neutrale oder geladene Teilchen bewegen, auf der Quantenebene werden es Diagramme der Photonen-Elektronen- (oder Ionen-) Streuung sein. Da echte Photonen, die Licht aufbauen, mit einem geladenen Objekt, und auch mit einem neutralen Objekt, (weil Photonen als Punktteilchen die Atome mit ihren Elektronenwolken sehen) mit den entsprechenden Diagrammen interagieren und Impuls übertragen. Dies wird makroskopisch als Strahlungsdruck des Lichts gesehen.

Ich dachte nur, ich würde einige interessante Beispiele hinzufügen, um zu veranschaulichen, dass Licht geladene Objekte bewegen kann und tatsächlich bewegt:

1. Der Photoelektrische Effekt . Zum Beispiel: UV-Licht, das auf eine Aluminiumplatte scheint. Die UV-Photonen tragen so viel Energie, dass sie Elektronen von den Aluminiumatomen "abstoßen". Im Allgemeinen wird dies im Wesentlichen als Ionisation bezeichnet. Sie können hier und hier mehr darüber lesen .

2. Laser . Im Allgemeinen (oder in Laiensprache) werden einfallende Photonen von den äußeren Elektronen auf dem Medium absorbiert, die in einen höheren Energiezustand "springen" (aber ohne ihre Atome zu verlassen; dies wird als Anregung im Gegensatz zur Ionisation bezeichnet). Siehe auch Stimulierte Emission und Laserpumpen .

3. Ein Mikrowellenofen erhitzt Lebensmittel, indem er HF-Photonen darauf schießt, wodurch Wassermoleküle sehr schnell rotieren, um sich mit dem oszillierenden EM-Feld auszurichten. Dies geschieht, weil Wassermoleküle polar sind , und wird als dielektrische Erwärmung bezeichnet .

4. Sonnensegel , wie von Benutzer Emilio Pisanty in den Kommentaren von OP erwähnt . Er sagt, " Strahlungsdruck kann nur durch Wechselwirkungen mit den elektrischen Ladungen im Inneren von Materialien wirken ".
   Der Benutzer The Photon fügt hinzu: „ Wenn Sie sagten, „Licht trifft auf ein Objekt“, sprechen Sie von einer Wechselwirkung, bei der das Licht vom Objekt absorbiert wird. Dies geschieht nur, wenn das Objekt geladene Teilchen enthält “.

5. Optische Pinzette . Ich persönlich habe noch nicht viel darüber gelesen, aber es ist auf jeden Fall cool.

Ich denke, aus den obigen Antworten geht hervor, dass echte Photonen (mit der Richtung des Impulses immer gleich der Richtung der Geschwindigkeit) Objekte bewegen können, wie das Raumschiff mit einem großen Segel, das von Photonen angetrieben wird, die unabhängig davon absorbiert werden Ladungen, die sie absorbieren, sind positiv oder negativ (der Antrieb wäre noch effektiver, wenn die Photonen reflektiert würden).

Betrachten wir nun die Wechselwirkung zwischen einem Elektron und einem Positron, so ist das ausgetauschte Photon virtuell, das heißt, es kann voneinander unabhängige Energien und Impulse haben. Stellen Sie sich das Elektron und das Positron vor, die ein virtuelles Photon austauschen. Das Endergebnis ist, dass sich beide Teilchen aufeinander zubewegen. An jedem Eckpunkt eines echten Elektrons, eines echten Positrons und eines virtuellen Photons muss das Photon einen Viererimpuls haben, um den Viererimpuls des echten Elektrons und Positrons zu erhalten. Wenn Sie zuerst das Positron und das Elektron in Ruhe betrachten, dann hat das virtuelle Photon am Scheitelpunkt des Positrons eine Energie, die der Energie des Positrons entspricht, und einen Impuls, der dem Impuls des ausgehenden Positrons entgegengesetzt ist (was kontraintuitiv klingt, weil Sie das erwarten Positron den gleichen Impuls wie der Impuls des virtuellen Photons haben). Ebenfalls, am Scheitelpunkt des Elektrons hat das virtuelle Photon die gleiche Energie wie das ausgehende Elektron und einen Impuls in der entgegengesetzten Richtung wie das Elektron. An jedem Scheitelpunkt haben die Impulse der virtuellen Photonen also die gleiche Energie, aber ihre Impulse sind entgegengesetzt. Für ein virtuelles Photon ist esspielt keine Rolle, ob die Ladung am Wechselwirkungspunkt positiv oder negativ ist.

Sie können sich fragen, woher ein Elektron „weiß“, dass es mit einem Positron oder einem Elektron interagiert (oder wie ein Positron weiß, dass es mit einem Elektron oder einem Positron interagiert). Schließlich ist ein von einem Elektron absorbiertes virtuelles Photon dasselbe wie ein von einem Positron absorbiertes virtuelles Photon. Ich überlasse es Ihnen, es herauszufinden.

Sie haben gefragt, warum wir Photonen nicht sehen können. Nun, das Sehen eines Objekts wird durch den Empfang von Photonen auf unserer Netzhaut realisiert, die im Gehirn in ein Bild umgewandelt werden. Wenn Sie also ein Photon sehen wollen, muss es viele Photonen emittieren, um ein Bild des Photons zu sehen. Wenn ein einzelnes Photon (mit einer Frequenz im Bereich verschiedener Frequenzen, damit unsere Netzhaut damit reagieren kann) auf die Netzhaut trifft, sehen Sie vielleicht einen kleinen Lichtblitz (obwohl ich nicht weiß, ob wir danach tatsächlich etwas sehen ein einzelnes Photon trifft auf die Netzhaut). Wenn viele Photonen auf die Netzhaut treffen, sehen wir natürlich ein Bild von etwas, aber niemals ein Bild des Photons selbst.