Was passiert explizit, wenn EM-Strahlung von A nach B wandert?

Ich bin in meinem vierten Jahr eines Master-Physik-Kurses und bin ziemlich besorgt, dass ich das nicht ganz verstehe.

Angenommen, ein Photon wird am Punkt A emittiert und am Punkt B absorbiert , der eine Lichtminute entfernt ist. Wir „betrachten“ das System 20 Sekunden nachdem das Photon emittiert wurde. Definieren Sie Punkt C als den Punkt, der ein Drittel der Strecke zwischen A und B liegt .

  1. Wie soll das Licht beschrieben werden? Ich möchte sagen "das Photon befindet sich am Punkt C ", aber ich weiß, dass Fock-Zustände unphysikalisch sind und kohärente Zustände Licht am besten beschreiben. Aber ist diese Überlagerung der Photonenzahlen immer noch am Punkt C oder gibt es auch eine räumliche Verteilung? Wenn es eine räumliche Verteilung gibt, besteht dann nicht die Chance, dass sie bei B zB bei 59s oder 61s absorbiert wird ?
  2. Wo werden die magnetischen und elektrischen Felder verändert? Ist es gerade bei Punkt C ; überall entlang des Weges von A nach B (auf dem Informationen scheinbar schneller als Licht reisen); überall zwischen A und C ; ein Gauß-ähnliches Volumen um C herum ; etwas anderes?
  3. Wie werden die E- und B-Felder modifiziert? Ich "weiß", dass es von sin(kx-wt) ist, aber abhängig von der Antwort auf Q2 kann das verschiedene Dinge bedeuten. (Wenn z. B. E und B nur zwischen A und C wechseln , "schalten" sie sich einfach ab, sobald es bei B absorbiert ist (was wiederum Fragen zur Lokalität aufwirft), oder dämpft die Größe mit der Zeit, nachdem sie sich anfänglich geändert hat? Im Allgemeinen, wie Sie ändern sich mit der Zeit und bei verschiedenen Ereignissen (Emission, Absorption, 'das Phtoton passiert den Punkt C '?)
  4. Was bedeutet es zu sagen, dass E und B senkrecht zueinander stehen? Variieren sie buchstäblich räumlich, dh wenn ich mich mit meinem Detektor von C nach oben bewege, lese ich ein B, aber kein E-Feld, während ich mich seitwärts bewege, erhalte ich ein E, aber kein B-Feld? Wenn nein, worauf bezieht sich die Rechtwinkligkeit?

Das Fettgedruckte sind meine Fragen (offensichtlich); Danach sind meine Vermutungen bei Antworten und / oder Hinweisen darauf, wo ich verwirrt bin, aber Sie können diese gerne ignorieren und über alles sprechen, was für die Beantwortung relevant ist.

Um es klar zu sagen, ich frage nicht, ob ich tatsächlich eine Messung an Punkt C durchgeführt habe , ich frage, was wir aus den Gleichungen usw. ableiten können, die wir kennen und die Licht und das EM-Feld beschreiben. (Denken Sie daran, zu berechnen, wo ein Ball, den ich in die Luft werfe, nach 0,2 Sekunden sein wird, anstatt ihn nach 0,2 Sekunden zu fangen und zu messen und damit den Rest der Bewegung zu ändern.)

Außerdem suche ich nach einem Modell dessen, was passiert, und (soweit möglich) nach der einfachsten vollständigen Erklärung, warum. (Ich habe versucht, einen Dozenten zu fragen, aber er fing an, über Fourier-Transformationen und Dinge zu sprechen, deren Relevanz ich nicht wirklich verstand / sah, und gab keine direkte Antwort "sie sind so modifiziert", daher diese Notiz.)

Wenn Sie sich in Ihrer Antwort auf Modi von EM-Wellen / -Feldern beziehen (oder sich besonders großzügig fühlen), definieren Sie bitte auch genau, was Sie damit meinen - oft habe ich gegoogelt und verstehe diese immer noch nicht ganz.

Vielen vielen Dank!

@Xander, wir hatten Streiks, die dazu führten, dass meine formellen Fourier-Transformationsstunden verpasst wurden, und das einzige Mal, dass ich vorher wirklich mit ihnen gearbeitet hatte, war kurz in einem Computerkurs, wo ich mehr über den Code als über die Physik nachdachte. Ich kann keine "Teilchenphysik" von Griffiths finden, es sei denn, Sie beziehen sich auf seine "Einführung in Elementarteilchen"?
Ich glaube, ich habe die Frage so bearbeitet, dass sie jetzt Sinn macht.
In (2) und (3) scheinen Sie die Relativität der Gleichzeitigkeit außer Acht zu lassen. Wenn Sie beispielsweise zwei gleiche Ladungen haben, die eine Lichtsekunde voneinander entfernt sind (wie die Erde und der Mond), und sich eine Ladung plötzlich auf die andere zubewegt, dann würde die sich bewegende Ladung die Abstoßung sofort zunehmen spüren, aber die andere Ladung würde die Abstoßung spüren Anstieg erst nach einer Sekunde. Ändern Sie nun das Bezugssystem auf das Ruhesystem der ersten Ladung und die Situation kehrt sich um. Dies beantwortet nicht Ihre Frage, zeigt jedoch, dass sich Licht mit der Geschwindigkeit der Zeit bewegt.
Hallo Angus, +1 und ich habe meinen Kommentar gelöscht. Ich bin mir nicht sicher, ob Griffith Ihre spezifischen Fragen beantwortet, aber wenn Sie keine Antwort erhalten (da es hier weitaus bessere Leute als mich gibt), werde ich es versuchen. Viel Glück damit
@safesphere Verzeihen Sie mir, ich bin mir nicht sicher, wo die Gleichzeitigkeit für meine Frage relevant ist? Ich möchte wissen, wie die E & B-Felder vor, nach und am / um Punkt C aussehen , wenn 20 Sekunden vergangen sind, im Restframe von A und B . Wo kommt die Relativität der Gleichzeitigkeit ins Spiel (abgesehen von meinen Vorbehalten, dass es zwischen C und B eine E & B-Feldmodifikation gibt )?
Entschuldigung, ich meinte Gleichzeitigkeit im Allgemeinen ("jetzt" hier ist nicht dasselbe wie "jetzt" dort). In Nr. 2, wo Sie angeben, " überall auf dem Weg von A nach B (wobei Informationen scheinbar schneller als Licht reisen) ". In meinem obigen Beispiel spürt die sich bewegende Ladung überall auf dem Weg sofort eine Zunahme der Abstoßung, aber das bedeutet nicht, dass sich Informationen schneller als Licht ausbreiten. Ebenso reisen Informationen in Ihrem Fall nicht schneller als Licht, wenn Sie den entsprechenden Rahmen verwenden. Das Ruhesystem von A unterscheidet sich also vom Ruhesystem von B T in Ihrer Gleichung hängt vom Rahmen ab.
Es sieht so aus, als ob hier viel Verwirrung herrscht – vielleicht wäre es am besten, mit dem Verständnis des klassischen Falls zu beginnen? Nur ein Lichtimpuls. Sobald Sie das verstanden haben, können Sie alles quantisieren.

Antworten (1)

Angenommen, ein Photon wird am Punkt A emittiert und am Punkt B absorbiert, der eine Lichtminute entfernt ist. Wir „betrachten“ das System 20 Sekunden nachdem das Photon emittiert wurde. Definieren Sie Punkt C als den Punkt, der ein Drittel der Strecke zwischen A und B liegt.

Es sieht so aus, als ob Sie glaubten, dass das Photon von A nach B geht, indem es der geraden Linie zwischen diesen Punkten folgt. Ich habe auch einige Zweifel an Ihrer Formulierung "ein Photon wird an Punkt A emittiert". Sie sagen es nicht, aber es scheint, dass die Emission von Photonen zu einem genauen Zeitpunkt stattfindet.

Ich würde eine ausführlichere Erklärung bevorzugen, etwa so:

"Ein Atom wird in Position A eines Inertialrahmens platziert. Angenommen, das Atom hat nur zwei (nicht entartete) Energieniveaus, E 0 , E 1 (oder die anderen können vernachlässigt werden). Seit langer Zeit befindet sich das Atom auf seinem niedrigsten Niveau E 0 . Durch einen richtig gewählten Laserpuls wird es auf Niveau gebracht E 1 , in sehr kurzer Zeit. Also können wir das zu gegebener Zeit sagen T = 0 es ist in diesem Zustand. Danach zerfällt es unter Emission eines Photons, zB über einen elektrischen Dipolübergang, dessen mittlere Lebensdauer beispielsweise kurz ist 10 N S .

In einer Entfernung von 1 Lichtminute ist im Rahmen von A eine Reihe von Detektoren platziert. Zum Zeitpunkt T = 1 M ich N einer von ihnen, sagen wir B, erkennt das Photon.“

Dann könnten Ihre Fragen folgen. Wir werden gleich sehen.

Wir „betrachten“ das System 20 Sekunden nachdem das Photon emittiert wurde. Definieren Sie Punkt C als den Punkt, der ein Drittel der Strecke zwischen A und B liegt.

Das macht Sinn.

Ich möchte sagen "das Photon ist am Punkt C"

Sie verstehen sicherlich, dass dies keine vernünftige Option ist. Zu diesem Zeitpunkt nimmt das Photon keine genaue Position im Raum ein. Photonenemission ist keine "Nadelstrahlung", wie Einstein glaubte. Sie könnten das Photon überall in einer Entfernung von etwa 20 Lichtsekunden von A finden. Auch Detektor B hat nur eine (geringe) Wahrscheinlichkeit, das Photon zu entdecken. Es könnte stattdessen von jedem anderen Detektor erkannt werden.

aber ich weiß, dass Fock-Zustände unphysikalisch sind und kohärente Zustände Licht am besten beschreiben.

Moment mal. Wo haben Sie gelernt, dass Fock-Zustände unphysikalisch sind? Das kommt mir neu vor. Vielleicht war das genaue Argument anders. Könnten Sie eine Referenz geben?

Kohärente Zustände sind in Ordnung, um einen Zustand eines EM-Feldes darzustellen, das einer makroskopischen EM-Welle ähnelt. Aber in unserem Fall, wo wir wissen, dass genau ein Photon vorhanden ist, ist dies alles andere als ein kohärenter Zustand. In einem kohärenten Zustand ist die Anzahl der Photonen unbestimmt. es ist eine Überlagerung von Zuständen mit unterschiedlichen Photonenzahlen. Vielleicht wissen Sie, dass es eine Unschärferelation zwischen Photonenzahl und Feldphase gibt?

Fortfahrend: Ich kann Ihre Frage 2 nicht verstehen. Entschuldigung.

  1. Wie werden die E- und B-Felder modifiziert?

Geändert wrt was? Ich fürchte, Sie haben einige Missverständnisse in Bezug auf die ganze Angelegenheit der Quantenfelder. Haben Sie diesbezüglich Kurse besucht? E und B sind Operatoren , die im Fock-Raum definiert sind (sorry :-) ). Es macht keinen Sinn, von „modifizieren“ zu sprechen. Ihr Quantensystem wird mathematisch ausgedrückt als Hilbert-Raum (Fock-Raum) und darin definierte Operatoren (z. B. E, B, aber auch der Hamilton-Operator usw.).

Wir argumentieren über freie Felder (mit etwas Missbrauch). In Schrödingers Bild entwickelt sich der Zustand des elektromagnetischen Feldes mit der Zeit. In meiner Beschreibung habe ich vage den Zustand zum Zeitpunkt nahe beschrieben T = 0 . Sicher ist nur, dass nach - sagen wir - T = 50 N S es ist ein Eigenzustand der beobachtbaren "Photonenzahl", bei Eigenwert 1. Der Zustand ändert sich mit T , die eine Photonenausbreitung von der Quelle nach außen zeigt.

  1. Was bedeutet es zu sagen, dass E und B senkrecht zueinander stehen?

Nun, E und B sind Vektoren. Dies bedeutet, dass sie Operatoren im Fock-Raum sind, genauer gesagt zwei Tripletts von Operatoren, um Komponenten des em-Felds darzustellen. Diese Operatoren sind so definiert, dass eine Identität E → ⋅ B → = 0 hält. Ich kann hier nicht darauf eingehen, aber Sie werden es in Kap. von 1 bis 3 (je nach Organisation des Buches) jedes Buches über QFT.

Vielen Dank für Ihre Antwort! Vielleicht verwechsle ich hier klassische und Quantenmodelle, was meine Frage verwirrend macht; Entschuldigen Sie. Was mich stört, sind solche Diagramme , die mich zB fragen lassen, ob sich die Felder nach 20s überall ändern, mich beunruhigen, dass Fock-Zustände keine sinusförmigen Felder ergeben usw. Klärt das meine Fragen?
Es ist klar, dass mein Quant etwas Arbeit braucht, ich hatte keine Ahnung, dass zB "Sie das Photon überall in einer Entfernung von etwa 20 Lichtsekunden von A finden könnten." Wie Sie vermutet haben, bin ich auch sehr neu in Quantenfeldern, also im Grunde ein Nachtrag zu meinem obigen Kommentar / meiner obigen Frage - mische ich einfach klassische / Quantenmodelle und verwirre mich daher selbst / stelle unsinnige Fragen? Vielen Dank für Ihre Geduld!
Was passiert explizit, wenn EM-Strahlung von A nach B wandert?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v