Was genau bewirken Frequenz- und Amplitudenänderungen bei elektromagnetischen Wellen?

In der Quantenmechanik lernen wir, dass die Energie E eines einzelnen Photons mit der Frequenz f gleich E = h f ist , wobei h die Planck-Konstante ist (wenn Sie mit h nicht vertraut sind, können Sie es sich einfach als Proportionalitätsfaktor für die Frequenz und vorstellen Energie eines Photons). In der klassischen Mechanik lernen wir jedoch, dass die Energie proportional zum Quadrat der Amplitude der Lichtwelle ist, dh E ∝$A^2$. Was gibt also eine genauere Abbildung der Realität für ionisierende Strahlung, die Quanteninterpretation oder die klassische Interpretation? Nun, wenn eine elektromagnetische Welle ionisiert, bedeutet dies, dass ein einzelnes Photon, das mit einem einzelnen Elektron wechselwirkt, genügend Energie hat, um das Elektron vom Kern zu lösen, was bedeutet, dass E = h f hier die wichtige Gleichung ist. Da jeweils nur ein Photon mit dem Elektron wechselwirken kann, führt das Beschießen eines Elektrons mit vielen niederenergetischen Photonen niemals zu einer Ionisierung.

Wenn Sie sich jedoch stattdessen mit der Energie befassen, die einem makroskopischen Objekt in Form von Wärme durch elektromagnetische Strahlung zugeführt wird, z. B. einer heißen Tasche in einer Mikrowelle, der Intensität der Welle (ungefähr die Anzahl der Photonen, die auf eine Flächeneinheit treffen ) genauso wichtig wie die Energie pro Photon. In diesem Fall entsprechen doppelt so viele Photonen pro Flächeneinheit doppelt so viel Energie pro Flächeneinheit, und da die Quantenmechanik uns sagt, dass das Quadrat der Amplitude$A^2$gleich der Anzahl der Photonen in der Welle ist, führt dies zu etwas Analogem zum klassischen Ergebnis, E ∝$A^2$.

Die physikalische Interpretation von Licht ist der Quantenmechanik nicht so treu wie sie sein könnte, aber ich hoffe, dass sie ausreicht, um Ihr wachsendes Verständnis von Lichtphänomenen zu unterstützen.