Was bedeutet die Amplitude in der Wellenlänge des Lichts physikalisch? Was schwingt mit der Zeit im Photon?

Wie Amplitude in Wellenlänge von Wasserwellen bedeuten die Verschiebung von Wasserteilchen um ihre mittlere Position.

Dies wurde möglicherweise schon einmal gefragt. Beantwortet z. B. physical.stackexchange.com/q/19670 Ihre Frage?
Die Antwort auf die Frage "Was schwingt?" hängt von der Ebene des physikalischen Modells ab, an dem Sie interessiert sind. Es könnte ein elektromagnetisches Feld sein, es könnte eine Wellenfunktion usw. sein. Welche Erklärungsebene suchen Sie?
Ich verstehe, dass Photon ein oszillierendes elektrisches und magnetisches Feld hat. Hat das oszillierende elektrische und magnetische Feld also etwas mit der Frequenz oder Wellenlänge der EM-Welle zu tun? ... Ich frage nach der physikalischen Bedeutung der Darstellung der Amplitude, wenn wir a zeichnen Sinuswelle, die eine elektromagnetische Welle einer bestimmten Wellenlänge darstellt.
Es ist umgekehrt: Man kann einem einzelnen Photon keine Welle zuordnen. Stattdessen bilden viele Photonen gemeinsam eine klassische elektromagnetische Welle. Wenn wir über die Amplitude einer elektromagnetischen Welle sprechen, sprechen wir über die Amplituden elektrischer und magnetischer Felder. Die Wellenlänge sowohl der elektrischen als auch der magnetischen Komponente ist gleich. Die Richtung der Vektoren beider Felder kann unterschiedlich sein, ebenso die Phase zwischen den beiden Wellen, was die unterschiedlichen Polarisationsmodi des Lichts (linear, elliptisch oder kreisförmig) erklärt.
Was bringt das elektrische Feld zum Schwingen?
@CuriousOne: Hallo! Ja, Sie haben Recht, ein einzelnes Photon ist eine problematische Kreatur. Aber warum betonen Sie diesen Punkt nicht? Ich habe vor einiger Zeit Material zu diesem Thema gesehen, aber hier ist etwas Neues, das ich im Internet über einzelne Photonen gefunden habe: "Does a single photon have Amplitude?", reddit.com/r/askscience/comments/19vwre/… , siehe der vorletzte Eintrag.
@Sofia: Ich denke, was am Konzept des Photons schwierig ist, ist, dieses falsche mentale Bild zu überwinden, dass es eine eigene Einheit ist, die sich durch ein klassisches Vakuum als Teilchen ausbreitet. Wir haben dies so lange gelehrt, dass es sich als starkes kulturelles Mem etabliert hat. Das ist natürlich nicht das, was ein Photon ist. Es ist eines der möglichen Quanten, die die zulässigen Konfigurationsänderungen eines Quantenfelds bezeichnen, dh es ist eher eine dynamische Eigenschaft dieses Felds als "seine eigene". Wenn wir es auf diese Weise lehren würden, würden weniger Leute es schwierig finden, seine Eigenschaften zu "groken".

Antworten (3)

Obwohl Sie sich elektromagnetische Strahlung (wie Sie offensichtlich wissen) entweder als Teilchen oder als Welle vorstellen können, ist es in diesem Fall einfacher, sie sich als Welle vorzustellen.

Als Gedankenexperiment: Wenn Sie einen Magneten in der Nähe eines Drahtstücks bewegen, wird im Draht ein elektrisches Potential induziert. Wenn Sie Strom durch einen Draht leiten, wird ein Magnetfeld um den Draht herum erzeugt. Sie können diese beiden Beobachtungen wie folgt wiederholen: "Ein sich änderndes Magnetfeld erzeugt ein elektrisches Feld; und ein sich änderndes elektrisches Feld erzeugt ein Magnetfeld."

Wenn Sie die Mathematik ausarbeiten, um diese Wechselwirkungen zu beschreiben, erhalten Sie im Wesentlichen Maxwells Feldgleichungen. Kurz gesagt, wenn Sie eine elektromagnetische Welle erzeugen möchten, beginnen Sie damit, ein zeitlich veränderliches elektrisches Feld zu erzeugen (z. B. indem Sie Elektronen in einer Antenne hin und her bewegen). Das sich ändernde elektrische Feld erzeugt ein sich änderndes Magnetfeld. Das sich ändernde Magnetfeld wiederum erzeugt ein sich änderndes elektrisches Feld usw. Eine EM-Welle ist also nur ein elektrisches Feld und ein Magnetfeld, die sich ihren Weg durch den Weltraum springen.

Um Ihre Frage abschließend zu beantworten, ist die "Amplitude" der Welle die Stärke der beteiligten elektrischen und magnetischen Felder. Sie sind nicht in Entfernungseinheiten angegeben, wie Schallwellen oder Wasserwellen.

Danke, das hat wirklich geholfen. Eine andere Frage: Wird eine EM-Welle nur dadurch erzeugt, dass Elektronen in einer Antenne hin und her laufen? Erzeugt das Laufen von Elektronen ein Foto? Dann sollte doch jeder Stromkreis Photonen aussenden, oder?
Ja, das Hin- und Herbewegen von Elektronen in einer Antenne erzeugt EM-Wellen (und damit Photonen). Und ja, jede elektronische Schaltung sendet (sehr schwache) EM-Wellen (und damit Photonen) aus. Aus diesem Grund verlangen Fluggesellschaften, dass Sie Ihre Elektronik während des Starts und der Landung ausschalten. Die Wellenlänge der emittierten EM-Wellen (Photonen) hängt von der Frequenz ab, mit der Sie die Elektronen hin und her bewegen, sodass Geräte mit internen Uhren (z. B.) 1 GHz EM-Wellen mit einer Wellenlänge von etwa einem Fuß erzeugen.

Bevor das Photon absorbiert wird , dh während sich das Photonen-Quantenfeld in einem reinen Ein-Photon-Zustand befindet, können Sie die folgenden Wahrscheinlichkeitsamplituden definieren, die den Ein-Photon-Zustand eindeutig spezifizieren:

(1) ϕ → E ( R → , T ) = ⟨ 0 | E ^ + ( R → , T ) | ψ ⟩ ϕ → B ( R → , T ) = ⟨ 0 | B ^ + ( R → , T ) | ψ ⟩

und diese Wahrscheinlichkeitsamplituden oszillieren in Raum und Zeit wie ein klassisches Lichtfeld. Sie haben die physikalische Bedeutung, dass die Wahrscheinlichkeitsdichte, das Photon destruktiv zu detektieren, also mit einem idealen Detektor zu absorbieren, wenn der Zustand richtig normiert ist, das Analogon der klassischen Energiedichte ist (Normalisierung macht aus der klassischen Energiedichte eine Wahrscheinlichkeitsdichte) , dh

(2) P ( R → , T ) = 1 2 ϵ 0 | ϕ → E | 2 + 1 2 μ 0 | ϕ → B | 2

In obigem, ψ ist der Photonenfeld-Quantenzustand, B ^ + , E ^ + sind die positiven Frequenzanteile der (vektorwertigen) elektrischen und magnetischen Feldobservablen und natürlich ⟨ 0 | ist der einzigartige Grundzustand des Quantenphotonenfeldes. Angesichts des Wissens, dass sich das Feld in einem reinen Ein-Photonen-Zustand befindet, definieren die Vektorfunktionen von Raum und Zeit in (1) eindeutig den Quantenzustand des Photonenfelds und umgekehrt, sodass sie als der Quantenzustand angesehen werden können . Außerdem erfüllen die Funktionen in (1) immer die Maxwell-Gleichungen und jede klassische Lösung der Maxwell-Gleichungen definiert eindeutig einen Ein-Photonen-Zustand. Jede Lösung der Maxwell-Gleichungen kann also tatsächlich für drei separate und unterschiedliche Dinge stehen (1) ein klassisches EM-Feld, (2) einen Ein-Photonen-Quantenzustand oder (3) einen kohärenten Zustand des Quantenlichtfelds (dieser Zustand hat ein Poisson -verteilte Anzahl von Photonen). Es besteht also eine Eins-zu-Eins-Entsprechung zwischen den Elementen aller dieser drei Klassen.

Siehe meine Antwort hier für weitere Informationen und Referenzen.

Nun, Sie können eine Gesamtphase des Lichtfelds nicht physikalisch messen, aber Sie können im Prinzip sicherlich die Beugung und andere Welleneffekte sehen, indem Sie aufeinanderfolgende Photonen zerstörerisch erfassen, die jeweils ein Photon nach dem anderen durch eine experimentelle Apparatur gehen.

Ihre Frage ist ziemlich vage, aber hilft das...

Die EM-Wellenamplitude ist eine komplexe Schwingungsfunktion, wie Sie auf der Wikipedia-Seite sehen können . Nun ist die Leistung in jeder Welle das Quadrat der Amplitude oder genauer gesagt das Produkt der Amplitude und ihrer komplexen Konjugierten.
Es stellt sich heraus, dass EM-Energie quantisiert ist, sodass wir einem Photon basierend auf seiner Frequenz eine bestimmte Energie zuweisen können.

Wenn die Wellendiagramme auf dieser Seite nicht alle Ihre Fragen zu Wellenlänge, Frequenz und Ausrichtung beantworten, versuchen Sie bitte, eine spezifischere Frage erneut zu stellen.

1. Hängt die Amplitude des EM-Feldes von der Energie ab, die es hat? 2.Hängt die Frequenz der Photonen und die Amplitude zusammen? 3.Was bringt die EM-Felder überhaupt zum Schwingen?
Was bedeutet die Amplitude in der Wellenlänge des Lichts physikalisch? Was schwingt mit der Zeit im Photon?
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