Warum kann ein einzelnes Photon keinen Spalt passieren, wenn es senkrecht (relativ zum Spalt) polarisiert ist?

Ich habe diese Frage gelesen (in den Kommentaren):

Photonen können polarisiert sein, was sich irgendwie auf ihre physikalische Form auswirkt, wenn man bedenkt, dass Photonen, die parallel zu einem Schlitz polarisiert sind, durchkommen können, aber nicht durchkommen, wenn sie senkrecht zum Schlitz polarisiert sind.

Wie sehen Photonen aus?

Und das hier:

Deshalb können auch Photonen von Mikrowellenfrequenzen der Mikrowelle nicht entkommen. Aber die Interpretation ist anders: Die Wellenfunktion ist nicht direkt messbar wie die elektrischen Felder. Stattdessen codiert es (nach dem Quadrieren) die Wahrscheinlichkeitsdichte, dass das Photon hier oder dort ist.

Wenn sich Photonen linear bewegen, was hindert sie tatsächlich daran, ein Mikrowellenherd-Netz zu passieren?

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Soweit ich weiß, sind Photonen im Standardmodell als elementare Punktteilchen definiert. Ich verstehe, dass eine große Anzahl von Photonen die klassischen EM-Wellen auf sehr schöne Weise aufbauen.

Heutzutage haben wir Einzelphotonenemitter, und wenn ein solches Gerät ein einzelnes Photon in Richtung eines Schlitzes emittiert, so dass das Photon senkrecht polarisiert ist (relativ zum Schlitz), wird das Photon dann passieren oder nicht?

Das obige Bild erklärt nun den Filter (Polarisator), bei dem nur parallele Komponenten durchkommen und senkrecht polarisierte Komponenten nicht durchkommen.

Ich verstehe diese Erklärung im Fall eines einzelnen Photons nicht wirklich, da es ein Elementarteilchen ist, und obwohl es Welleneigenschaften zeigt, sollte es keine parallelen oder senkrechten Komponenten (oder Bestandteile) haben.

Wenn also ein Photon ein Elementarteilchen ist und keine Komponenten oder Bestandteile hat, wie können wir dann sagen, dass es den Schlitz nicht passieren wird (wenn es senkrecht polarisiert ist)?

Ich verstehe, dass Schlitze Photonen basierend auf ihrer Wellenlänge stoppen können, das heißt zum Beispiel im Fall eines Mikrowellennetzes. Aber in diesem Beispiel geht es nicht um Wellenlänge, sondern um Polarisation. Wie kann ein Spalt ein Photon nur aufgrund der Polarisation stoppen, wenn das Photon elementar ist und beispielsweise keine vertikalen und horizontalen Komponenten hat?

Letzteres besagt, dass einzelne Photonen durch die Wellenfunktion beschrieben werden, die nicht direkt messbar ist wie die EM-Felder (also keine vertikalen oder horizontalen Komponenten hat), sondern die Wahrscheinlichkeit beschreibt, das Photon im Raum zu finden. Aber wenn das einzelne Photon durch die Wellenfunktion beschrieben wird (und keine vertikalen oder horizontalen Komponenten hat), dann sollte der Schlitz das Photon nicht aufgrund der Polarisation stoppen können.

Frage:

  1. Warum kann ein einzelnes Photon keinen Spalt passieren, wenn es senkrecht (relativ zum Spalt) polarisiert ist?
Ich glaube, ich habe Ihnen das schon oft gesagt, aber Sie werden immer in die Irre geführt, wenn Sie diese Online-Ressourcen für Kinder weiterhin verwenden ... Sie haben Hunderte von Fragen auf der Grundlage dieser Informationen gestellt, aber alle hätten es getan automatisch beantwortet, wenn Sie gerade ein normales Lehrbuch verwendet haben.
Selbst ein Punktteilchen nimmt aufgrund der Quantenunsicherheit ein Raumvolumen ungleich Null ein. Auch die Abbildung ist falsch - eine vertikale Schlitzblende lässt horizontal polarisierte Wellen durch, nicht vertikale.
Ob Sie es horizontal oder vertikal nennen, es ist offensichtlich, dass OP bedeutet, dass Photonen, die einen vertikalen Polarisator durchlaufen haben, vertikal polarisiert sind. Dann ist seine Frage, warum sie nicht durch Schlitze gehen, die senkrecht zu dieser vertikalen Polarisation polarisiert sind. Und wen interessiert es, ob es sich um Ressourcen für Kinder handelt, können Sie die Frage beantworten?
@knzhou Vielen Dank, ich weiß den Kommentar zu schätzen. Können Sie mich bitte auf eine Online-Quelle verweisen, die sich mit diesem Thema befasst, wobei einzelne Photonen auf der Grundlage von Polarisation durch Schlitze gehen?
@ÁrpádSzendrei Leider will niemand darüber diskutieren, dass einzelne Photonen etwas anderes tun, als entdeckt zu werden. Fragen wie Ihre werden oft ignoriert, wenn Sie sogar andeuten, dass ein Photon möglicherweise andere Eigenschaften als eine Geschwindigkeit in einer Richtung hat. Sie können sich mein Papier auf billalsept.com als Einstieg ansehen und sich dann an uns wenden, um darüber zu diskutieren. Danke
@ÁrpádSzendrei Die Bombe wird explodieren und jeder würde sie sehen, einschließlich Beobachter A und B sowie die beschleunigte Ladung und Bombe. Mitbewegen bedeutet, dass auch Beobachter A beschleunigt. Beobachter B würde einfach sehen, wie sich etwas in Bewegung setzt und dann explodiert.

Antworten (5)

„Bei einem einzelnen Photon verstehe ich diese Erklärung nicht wirklich, da es sich um ein Elementarteilchen handelt, und obwohl es Welleneigenschaften zeigt, sollte es keine parallelen oder senkrechten Komponenten (oder Bestandteile) haben.“

Das ist falsch. Ein einzelnes Photon ist eine Anregung des elektromagnetischen Feldes, das natürlich parallele und senkrechte Komponenten hat. Es ist absolut kein Punktteilchen. Bekanntlich haben Photonen Spin 1, was sie zu Vektorteilchen macht, die eine Orientierung im Raum haben.

Es gibt also a priori keinen Grund, warum ein solches Experiment, das die räumliche Orientierung eines Photons erkennen soll, nicht funktionieren sollte. Photonen haben eine Orientierung, sei es ein einzelner oder ein ganzer Strahl von ihnen. Sie bestehen schließlich aus elektromagnetischen Feldern.

Vielen Dank! "Berühmterweise haben Photonen Spin 1, was sie zu Vektorteilchen macht, die eine Orientierung im Raum haben." Können Sie das bitte näher erläutern?
@ÁrpádSzendrei: Eine richtige Behandlung ist ein ganzes Kapitel eines Lehrbuchs der Quantenfeldtheorie, daher weiß ich nicht, ob ich "ausarbeiten" kann, aber als Vorgeschmack möchte ich darauf hinweisen, dass das Ding, das beim Definieren quantisiert wird Das Photon ist buchstäblich ein Vektor, der als "elektromagnetisches 4-Potential" bezeichnet wird A A , aus der man durch verschiedene Ableitungen die elektrischen und magnetischen Felder gewinnen kann. (und nochmal, wer mehr wissen will, muss in ein Lehrbuch greifen, die Erklärung sind mehrere Seiten eines E&M-Lehrbuchs)

Obwohl das Bild als Schlitz gezeichnet ist, wird es in der Bildunterschrift besser als "Filter" bezeichnet. Polarisationsfilter sind keine Schlitze.

Nur weil es ein Elementarteilchen ist, heißt das nicht, dass es keine senkrechten Komponenten hat. In diesem Fall ist dem Photon ein elektrisches Feld zugeordnet, und dieses Feld hat eine Ausrichtung.

Polarisationsfilter interagieren vorzugsweise mit elektrischen Feldern in bestimmten Richtungen und nicht in anderen. Die Ausrichtung des elektrischen Feldes des Photons beschreibt also die Wahrscheinlichkeit, dass der Filter es absorbiert.

Vielen Dank! "In diesem Fall ist mit dem Photon ein elektrisches Feld verbunden, und dieses Feld hat eine Ausrichtung." Können Sie das bitte näher erläutern?

Jede EM-Strahlung beginnt mit der Emission von Photonen. Ohne die Emission ist das EM-Feld leer.

Von einer thermischen Quelle werden Photonen auf unvorhersehbare Weise emittiert. Das Einzige, was Sie beobachten, ist eine Energieübertragung auf einen anderen Körper oder Ihr Messgerät.

Von einer Antenne emittierte Photonen werden polarisiert. Alle Elektronen werden synchron hin und zurück beschleunigt und die emittierten Photonen haben eine elektrische Feldkomponente, die parallel und auch periodisch nach oben und unten orientiert ist. Und Sie können an diesen Photonenbündeln ihr gemeinsames Magnetfeld messen. Es ist senkrecht zum elektrischen Feld und periodisch mit und wieder der Uhr ausgerichtet.

Da die Photonen die Bestandteile des EM-Feldes sind (siehe erster Absatz), besteht die einzige Erklärung für die Feldkomponenten der EM-Welle darin, dass das Photon diese Feldkomponenten trägt.

„ Also im Grunde, wenn ein Photon ein Elementarteilchen ist und keine Komponenten oder Bestandteile hat,… “ gibt dem Photon nicht die Eigenschaften, die es hat. Das Photon ist ein Elementarteilchen und enthält eine elektrische und eine magnetische Feldkomponente, die mit c von der Emission bis zur Absorption des Photons wandert.

„ Warum kann ein einzelnes Photon keinen Spalt passieren, wenn es senkrecht (relativ zum Spalt) polarisiert ist? „

Das Photon hat einen beobachtbaren Aktionsradius. Wenn der Spalt zu klein ist, können keine Photonen eines bestimmten Energieinhalts den Spalt passieren. Wenn der Spalt eine Öffnung ist, passieren die Photonen in der Mitte der Öffnung ungestört und nur an den Rändern der Öffnung findet die Beugung von Photonen statt.

Die Wechselwirkung ist durch die elektrischen Felder erklärbar, wie in einer anderen Antwort darauf hingewiesen wurde. Ein einzelnes Photon passiert also den Schlitz nicht, wenn sein elektrisches Feld so ausgerichtet ist, dass es mit den Wänden des Schlitzes interagiert und blockiert wird.

Vielen Dank! "Das Photon ist ein Elementarteilchen und enthält eine elektrische und eine magnetische Feldkomponente, die sich mit c von der Emission bis zur Absorption des Photons bewegt." Können Sie das bitte näher erläutern? Wollen Sie damit sagen, dass Photonen elektrische und magnetische Feldkomponenten haben?
Eine Radiowelle wird aus polarisierten Photonen erzeugt und die gemeinsamen E- und M-Felder all dieser Photonen sind messbar. Ist dies nicht ein starker Hinweis darauf, dass das Photon eine sich ausbreitende Schwingung dieser beiden Feldkomponenten ist?

Die Erklärung im Bild verwendet eine mechanische Welle an einer Saite als leicht verständliche Analogie, nicht als Beschreibung einer EM-Welle. Ein senkrecht zum Spalt polarisiertes Photon wird dort leicht passieren. Es ist wahrscheinlicher, dass es gedämpft wird, wenn es entlang des Schlitzes polarisiert ist (wenn der Schlitz leitend ist), aufgrund der Grenzflächenbedingungen, die dies erfordern E → -Feld, um an den Seiten des Schlitzes zu verschwinden. Dieser Effekt wird in Drahtgitter-Polarisatoren genutzt .

Vielen Dank! "Ein senkrecht zum Spalt polarisiertes Photon wird dort leicht passieren." Können Sie das bitte näher erläutern? Wollen Sie sagen, dass ein einzelnes Photon passieren wird, wenn es senkrecht polarisiert ist (relativ zum Spalt)?
@ÁrpádSzendrei Ich sage, dass es für ein senkrecht polarisiertes Photon nichts als eine einfache Geometrie gibt, die sein Passieren verhindert, während es für eine parallele Polarisation einen zusätzlichen "Quetsch" -Faktor gibt, der die Übertragung verringert.
Ich hoffe, dass einige der Downvoter hier ihre eigenen Antworten vorbereiten ...

Alle reden von Dualität, aber sie betrachten ein Photon nie ernsthaft als Teilchen. Vielleicht beim Aufprall, aber niemals während der Ausbreitung. Wenn Sie wirklich ein einzelnes Photon betrachten, das sich mit einer Frequenz durch den Raum ausbreitet, können Sie sich vorstellen, was passiert. Stellen Sie sich die Photonenenergie vor, die bei ihrer Ausbreitung mit einer bestimmten Frequenz durch maximale und minimale Amplituden oszilliert. Stellen Sie sich nun vor, dass sich diese maximalen Amplituden entlang einer bestimmten Polarisation ausdehnen. Dieses Modell beantwortet beide Fragen, ob es senkrecht zum Schlitz ist oder ob es durch ein Netz geht. Mit dem Mikrowellenherd müssen Sie linear denken, wo die oszillierende maximale Amplitude eines Photons, polarisiert in jede Richtung, gestreckt wird (längere Wellenlänge), so dass es immer Kontakt mit dem Mesh hat. Siehe „Single Edge Certainty“ auf billalsept.com

Vielen Dank! "Stellen Sie sich nun vor, dass sich diese maximalen Amplituden entlang einer bestimmten Polarisation ausdehnen." Können Sie das bitte näher erläutern? Wollen Sie damit sagen, dass die EM-Energie so schwingt, dass sie durch die Schlitze passt?
Ein einzelnes Photon hat keine Frequenz (oder Wellenlänge). Die für Licht charakteristische Welle entsteht aus einer Vielzahl von Photonen. Denken Sie an das Doppelspaltexperiment, bei dem einzelne Photonen gesendet werden und zunächst kein Muster, sondern ziemlich zufällige Punkte vorhanden sind. Nach einiger Zeit sehen Sie jedoch ein Wellenmuster (Interferenzmuster). Ich denke, deshalb hat jemand diese Antwort abgelehnt.
Ein Photon, das grünes Licht erzeugt, hat eine Wellenlänge um 500nm. Das ist wirklich eine Frequenz von mehr als 600 Billionen Schwingungen pro Sekunde. Während sich das Photon ausbreitet, stellen Sie sich vor, wie es sich bei jeder Schwingung ausdehnt und in einer Kugelform zusammenbricht. Stellen Sie sich gleichzeitig vor, die Kugel dreht sich und bei höheren Frequenzen ist die Drehung noch schneller. Stellen Sie sich vor, die Kugel dehnt sich nach außen aus, während sie noch schwingt. Je schneller sich das Photon dreht, desto mehr ist es entlang dieses Plans polarisiert. Photonen, die entlang einer vertikalen Ebene polarisiert sind, wandern durch einen vertikalen Schlitz. Horizontal polarisiert und sie werden nicht.
@josephh Sie müssen Photonen ernsthaft als Partikel betrachten. Du kannst nicht beides haben.
„ Sie müssen Photonen ernsthaft als Teilchen betrachten “ Das war mein ganzer Punkt. Außerdem bedeutet Welle/Teilchen-Dualität in einem anderen Punkt, dass Sie es können. Das ist die Essenz von QM.
@josephh Nein, Sie haben angefangen, über einzelne Photonen zu sprechen, die ein Spaltexperiment durchlaufen, dann über Welleneigenschaften und schließlich über Welleninterferenzen gesprochen. Milliarden von einzelnen kohärenten oszillierenden Photonen, die aus einer gemeinsamen Quelle stammen, ähneln einer Welle, bleiben aber einzelne Photonen.
" Milliarden von einzelnen kohärenten oszillierenden Photonen, die aus einer gemeinsamen Quelle stammen, ähneln einer Welle " Richtig. Ich bin verwirrt, wie Sie meinen Kommentar sonst interpretiert haben. Beifall.
@josephh OK, ich bin froh, dass Sie zustimmen, aber zuerst sagten Sie, einzelne Photonen haben keine Frequenzen oder Wellenlängen. Wenn ein Photon, das sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, eine Schwingungsfrequenz von 600 Billionen Mal pro Sekunde hat, bedeutet dies, dass das Photon in jedem Zyklus 500 nm zurücklegt.
Hallo Bill. Ein einzelnes Photon nicht. Lesen Sie diese Antwort. Beifall.
@josephh Ich liebe Annas Antworten, aber dies ist ein Thema, bei dem sich der Status quo irgendwann ändern muss. Im Moment können wir zustimmen, anderer Meinung zu sein, aber einzelne Photonen, die mit ihrer eigenen Frequenz oszillieren, erklären experimentelle Beweise viel besser als Wellen, die Teilchen erzeugen, und Teilchen, die Wellen erzeugen, und Wellen, die Teilchen erzeugen und so weiter. Niemand kann auch nur beschreiben, was eine Lichtwelle ist, ohne einzelne Photonen einzubeziehen.
Hallo nochmal Bill. Es ist nicht nur diese eine Antwort, sondern die gesamte moderne Physik/QFT. Sie sollten nicht davon ausgehen, dass „ einzelne Photonen, die mit ihrer eigenen Frequenz schwingen, experimentelle Beweise viel besser erklären als Wellen, die Teilchen erzeugen, und Teilchen, die Wellen erzeugen “, ohne QFT tatsächlich zu studieren. Sie werden überrascht sein, wie genau das QFT-Framework die Realität beschreibt. Es macht sehr viel Sinn, wenn Sie dies tun. Wenn Sie jemals Zeit haben, sollten Sie sich einen Einführungstext zum Thema schnappen und ihn lesen, und Sie werden buchstäblich überrascht sein, wie intuitiv er ist. Nochmals vielen Dank für Ihre Zeit Bill. Beifall.
Ich habe alles gelesen, was ich in die Finger bekommen konnte, weil ich dieses Thema liebe. Wir sollten dies mitnehmen, um in aller Ruhe zu plaudern. Die Quantenfeldtheorie beschreibt alles mathematisch, aber nichts physikalisch. Was ich vorschlage, passt zur Mathematik, bietet aber auch ein Modell für alle Phänomene.
Hallo Bill. „ Die Quantenfeldtheorie beschreibt alles mathematisch, aber nichts physikalisch “ Das ist einfach so falsch. Das Standardmodell (das die mathematische Formulierung von QFT verwendet) beschreibt Prozesse in der Realität mit erstaunlicher Genauigkeit. Beifall.
@josephh Ich glaube nicht, dass es etwas Physikalisches beschreibt. Wenn ja, versuchen Sie zumindest, die obige Frage aus dem OP zu beantworten.
Hallo Bill. Glauben Sie aus Neugier, dass mathematische Gesetze die physikalische Realität beschreiben können, oder glauben Sie, dass dies nur für QFT gilt? Beispielsweise wird das Newtonsche Gravitationsgesetz wie folgt angegeben
F = G M M R 2
(in der nichtrelativistischen Grenze) sagt uns die Kräfte zwischen massiven Objekten? Sind Sie einverstanden? Danke.
@josephh nein Ich glaube nicht, dass mathematische Formeln irgendetwas physikalisch beschreiben können, und ich glaube auch nicht, dass das jemand anderes glaubt. Ich bin froh, dass Sie Newton als Beispiel verwendet haben, denn obwohl seine Gesetze und Formeln vorhersagen konnten, was passieren würde, stellte er selbst keine Hypothese darüber auf, was wirklich physikalisch vor sich ging. Deshalb sagte er „Hypothesis non fingo“. Dasselbe gilt für QM.
@josephh natürlich kannst du die Kraft berechnen. Ich sagte sogar, Newtons Formeln könnten alles vorhersagen.
Warum kann ein einzelnes Photon keinen Spalt passieren, wenn es senkrecht (relativ zum Spalt) polarisiert ist?
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