Wie ist die Energieverteilung von Licht, wenn es eine unendliche Länge hat?

Wie ist die Energieverteilung von Licht, wenn es eine unendliche Länge hat?

Sie verwechseln hier zwei Frameworks, anstatt sie zu verschmelzen.

Licht ist klassischerweise eine elektromagnetische Welle, die sich mit der Geschwindigkeit c ausbreitet. Es trägt Energie und diese ist durch den Poynting-Vektor gegeben .

Der Poynting-Vektor stellt die gerichtete Energieflussdichte dar (die Energieübertragungsrate pro Flächeneinheit in Watt pro Quadratmeter ($W·m^{−2}$)) eines elektromagnetischen Feldes

Es beschreibt gut die Energie, die die Erde von der Sonne erhält, die es uns ermöglicht, hier zu sein und zu kommunizieren.

Die Welle, ein Laserstrahl, der für ein Intervall delta(t) auf den Weltraum gerichtet ist, bewegt sich mit der Geschwindigkeit c und löst sich schließlich winkelig in einzelne Photonen auf . Daher gibt es für einen Lichtstrahl keine unendliche Wegstrecke.

Photonen sind das Lichtquant, das kleinste Lichtteilchen, das sich mit der Geschwindigkeit c fortbewegt und einen Teil der Energie des ursprünglichen Strahls as trägt$E=h\cdot\nu$.

Photonen bewegen sich im leeren Raum, bis sie auf ein Ziel treffen, wo sie entweder Energie verlieren oder ihre Energie genug abgebaut wird, um in einem Atom/Molekül absorbiert zu werden, indem das Energieniveau eines Elektrons erhöht wird.

In beiden Formen gibt es also einen Ausdruck für Energie, und die Welle zerfällt in sehr großen Entfernungen in einzelne Photonen, die schließlich wie oben erklärt verschwinden können. Einzelne Photonen, die nicht auf Hindernisse treffen, reisen sehr weit, wie das Licht zeigt, das uns von Sternen und Galaxien und dem Beginn des Urknalls als kosmischer Mikrowellenhintergrund erreicht . Ihre Energie wird durch die gegeben$h\cdot\nu$des Zeitpunkts der Feststellung.

Licht hat keine unendliche Länge, es bewegt sich unendlich weit (wenn es ohne Ablenkung erlaubt ist, dh ohne Energieaufnahme). Sie haben die Glühbirne in Ihrem Haus, die nach dem Prinzip der Heizwirkung des elektrischen Stroms arbeitet. Sobald Sie die Glühbirne einschalten, bewegt sich das Licht mit der Geschwindigkeit von$3X10^8$m/s, stellen Sie sich vor, wie schnell es sein wird. Nehmen wir an, Sie schalten die Glühbirne ein und schnell wieder aus. Lassen Sie uns hypothetisch annehmen, dass Sie die Situation in Zeitlupe sehen. Sobald das Licht ein- und ausgeschaltet wird, wandert das Licht und kollidiert mit den Wänden des Raums. Wenn die Wand Ihres Zimmers ist$30$m von der Glühbirne entfernt, dann sehen Sie die erste Kollision mit der Wand an$3$ns. Am Ende von$1$s Sie hätten ungefähr gesehen$10^8$Kollisionen, wenn es keine Energieaufnahme durch die Moleküle der Wand gäbe. Aber es gibt die Absorption von Energie nach jeder Kollision. Wäre dies nicht der Fall, wäre es nicht erforderlich, die Glühbirne die ganze Zeit eingeschaltet zu lassen, es hätte gereicht, wenn Sie sie einmal ein- und ausschalten würden. Nach jeder Kollision absorbieren Atome der Wand Energie und am Ende$1$s Sie sehen kein Licht (Lichtenergie wird von der Wand absorbiert). Wenn Ihr Raum keine Wände hätte, hätte sich das Licht in alle Richtungen ausgebreitet und es würde eine unendliche Länge zurücklegen (wenn danach keine Energieabsorption erfolgt).