Wie lang ist ein Photon?

Einige Fragen, die ähnlich aussehen, wurden schon früher gestellt, und ich finde die Antworten ziemlich verwirrend. Ich beabsichtige, diese Frage so zu stellen, dass deutlich wird, was ich frage.

Stellen Sie sich folgendes Gedankenexperiment vor. (Ich weiß nicht, ob es praktisch ist, das Experiment tatsächlich durchzuführen oder nicht.)

Richten Sie das übliche Doppelspalt-Experiment mit einer Photonenquelle ein, die jeweils ein Photon sendet. Aber ersetzen Sie die doppelten Schlitze durch eine einzelne Lochblende. Nach einiger Zeit sollten Sie ein Beugungsmuster beobachten, das etwa so aussieht:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Legen Sie nun vor das Loch eine Metallscheibe mit eingeschnittenen Schlitzen, die sich drehen kann.

Wenn sich ein Schlitz vollständig vor der Lochblende befindet, sollte er sehr wenig Einfluss auf Photonen haben, die durch die Lochblende gehen. Vielleicht eine minimale Beugung.

Befindet sich die Festkörperscheibe vollständig vor der Lochblende, sollten kaum Photonen durchkommen. Einige nehmen vielleicht den langen Weg um die solide Metallscheibe herum und durch einen Schlitz oder um die Außenkante der Scheibe herum.

Wenn sich die Kante eines Schlitzes in der Nähe der Lochblende befindet, kann dies ein beobachtbares Beugungsmuster erzeugen, das sich von dem offenen unterscheidet. Sie können diese Effekte beobachten, indem Sie die Scheibe in verschiedene Winkel drehen und darauf warten, dass sich das Beugungsmuster bildet.

Wenn sich die Scheibe dreht, können Photonen manchmal durch die Lochblende gelangen und manchmal nicht. Die meisten Photonen sind unabhängig von allen anderen. (Wenn unser Photonen-Emitter sie zu zufälligen Zeiten freisetzt, können sehr selten zwei zu ähnlichen Zeiten durch die Lochblende gehen.)

Je schneller sich die Scheibe dreht, desto kürzer sind die Zeiten, in denen Photonen durchkommen können. Wir können zwei Dinge variieren – die Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe und die „Wellenlänge“ der Photonen.

Meine Annahme aus einer naiven Lesart ist, dass Photonen Punktteilchen sind, die sich mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen. Egal wie schnell sich die Scheibe dreht, es sollte keinen Einfluss auf das Beugungsmuster haben.

Aber klassischerweise kam Strahlung von einer beschleunigten Ladung. Eine einzelne Ladung mit einer oszillierenden Bewegung würde eine Welle erzeugen, und wenn sie tausendmal schwingen würde, könnte die von ihr erzeugte Welle tausend Wellenlängen andauern.

Was passiert in der Realität? Erzeugt unsere Einzelphotonenquelle Punktteilchenphotonen, die von der sich drehenden Scheibe völlig unbeeinflusst bleiben, außer wenn sich eine Kante in der Nähe der Lochblende befindet? Oder produziert es Photonen, die eine Länge haben, die von der sich drehenden Scheibe unterbrochen werden kann? Wenn sie jeweils tausend Wellenlängen lang sind, dann werden sie bei irgendeiner Wellenlänge und bei irgendeiner Rotationsgeschwindigkeit alle beeinflusst. Wenn sie eine Wellenlänge lang sind, werden sie in ähnlicher Weise bei einer bestimmten Geschwindigkeit alle betroffen sein.

Vielleicht stimmt die Realität einfach nicht mit punktförmigen Photonen überein, die spezielle Eigenschaften haben, die sie statistisch wie eine Welle verhalten. Und es passt auch nicht zu wörtlichen Wellen. Wenn diese Konzepte nützliche Lehrmittel sind, die nicht wirklich passen, wäre es interessant, eine klare Vorstellung davon zu bekommen, wodurch sie ersetzt werden können.

Meiner Meinung nach sind Photonen linear abhängig und die Wellenlänge stellt ein Photon dar, das mit einer bestimmten Frequenz über einen vollen Zyklus oszilliert. Siehe „Single Edge Certainty“ billalsept.com
@BillAlsept Ich habe deinen Link gelesen. Ich stelle fest, dass Sie sagten: "Im Gegensatz zum wissenschaftlichen Konsens können die in verschiedenen Spalt- oder Kantenexperimenten beobachteten Streifenmuster aus einzelnen Photonen konstruiert werden." Ich weiß nicht, ob Ihre Ideen dem wissenschaftlichen Konsens widersprechen oder nicht, aber wenn sie es sind, würde das erklären, warum manche Leute nicht Ihrer Meinung sind.
Ich fordere die anonymen Downvoter auf, meine Antwort zu widerlegen, die eine eindeutige Vorhersage des experimentellen Ergebnisses macht. Ich möchte auch noch einmal meine Abneigung gegen anonymes, unmotiviertes Downvoting zum Ausdruck bringen. Solche Stimmen wirken sich zufällig auf die Qualität dieser Seite aus.
@my2cts Ich stimme zu, das Zulassen von Downvoting ohne Diskurs widerspricht dem wissenschaftlichen Prozess und ist kontraproduktiv für die Community.
Nur eine Beobachtung, dass ein Poster sagt, dass ein Photon unendlich lang ist, ein anderes sagt, dass es nicht in Bezug auf die Länge gemessen wird und andere Beispiele dafür liefern, wie es gemessen wird.
@Yukterez Danke!
@Paul Ja, das ist mir aufgefallen. Ich denke, das ist wahrscheinlich eine Sache mit Blinden und Elefanten. Sie halten jeweils einen anderen Teil des Photons fest, sodass es sich für sie anders anfühlt. Ich kann keine einzige kohärente Erklärung erwarten, die zu all den unterschiedlichen Gefühlen passt.

Antworten (6)

Ein Photon ist kein Punktteilchen im klassischen Sinne des Wortes (und auch kein Elektron oder irgendein anderes fundamentales „Teilchen“). Vielmehr ist es ein bequemes Wort, um einige Aspekte des elektromagnetischen Feldes zu beschreiben. Es bezieht sich auf das Vorhandensein von Energie in einem bestimmten „Modus“ des Feldes. Ein Modus kann als erweiterte Entität betrachtet werden; es hat eine wohldefinierte Frequenz und im freien Raum hat es eine wohldefinierte Wellenlänge. Sie entspricht etwa einer ebenen Welle.

Bei der Art des Beugungs- / Interferenzexperiments in der Frage ist das auf dem Bildschirm beobachtete Muster genau so, wie es die klassische Wellentheorie vorhersagen würde, außer dass es eher als eine Reihe von Punkten als als vollständig kontinuierlich erscheint. Da die Frage jedoch das Muster (dh die Dichteverteilung der Punkte) betrifft, können wir die klassische Wellentheorie verwenden, um die Frage zu beantworten.

Die Ringe in dem Muster treten in Winkeln von der Lochblende auf, wie es durch die Beugungstheorie gegeben ist. Bei einer monochromatischen Quelle (ohne den in der Frage vorgeschlagenen Chopping-Effekt) liegt das erste Minimum in einem Winkel, der durch gegeben ist

θ ≃ 1.22 λ / A
Wo λ ist die Wellenlänge und A der Radius der Lochblende.

Wenn wir nun, wie in der Frage vorgeschlagen, die Transmission durch die Lochblende „hacken“, dann ist das durch den Chopper austretende Licht nicht mehr monochromatisch. Es hat jetzt eine Reihe von Frequenzen, deren Verbreitung Δ v liegt in der Größenordnung von

Δ v ≃ 1 / Δ T
Wo Δ T ist die Zeit, für die das Loch geöffnet ist. Folglich hat das aus der zerhackten Lochblende austretende Licht einen Bereich von Wellenlängen. Die Reichweite ist gegeben durch
Δ λ ≃ Δ v | D λ D v | = λ 2 C Δ v = λ 2 C Δ T
Die Wirkung dieses Wellenlängenbereichs besteht darin, das Interferenzmuster zu verwischen. Der Winkel zum ersten Minimum ist proportional zur Wellenlänge, wird also unscharf
Δ θ = 1.22 Δ λ / A .
Es ist sinnvoll, diese Unschärfe mit dem Winkel selbst zu vergleichen:
Δ θ θ = Δ λ λ = λ C Δ T .
So stellen wir fest, dass, wenn die Lochblende so schnell zerhackt wird, dass sie jeweils nur eine Wellenlänge durchlässt, das Beugungsmuster vollständig verwischt wird.

Um die allgemeine Frage „Wie lang ist ein Photon“ zu beantworten, lautet die Antwort, dass ein wirklich monochromatisches Photon unendlich lang ist. Das heißt, es ist eine Art, sich auf einen Erregungszustand einer Mode unendlicher Länge und vollkommen präziser Frequenz zu beziehen. Für physikalisch realistischere Fälle ist die Felderregung nicht unendlich lang; in diesem Fall kann man sich einen Lichtimpuls von endlicher Dauer vorstellen. Allgemeiner ist es die Kohärenzlänge, die die wichtige Größe ist.

Kommentare sind nicht für längere Diskussionen gedacht; Diese Konversation wurde in den Chat verschoben .

Sie wird als Kohärenzlänge bezeichnet. Es hängt davon ab, wie das Photon erzeugt wurde. Ein Photon aus einem kurzlebigen angeregten Zustand hat eine kürzere Kohärenzlänge als ein Photon (gleicher Wellenlänge) aus einem langlebigen Zustand.

Sie können es messen: Der einfachste Weg, dies zu visualisieren, ist ein Interferenz- / Beugungsexperiment, das sich etwas von dem unterscheidet, das Sie beschreiben. Sie nehmen ein Standard-Michelson-Interferometer mit einer Quelle ohne Laser und stellen es so ein, dass es ein Streifenmuster zeigt. Erhöhen Sie nun die Länge eines der Arme. Sie werden immer noch Streifen sehen, je nachdem, ob die ankommenden Wellen gleichphasig oder phasenverschoben sind. Aber wenn Sie die Länge weiter erhöhen, verblasst das Muster und verschwindet schließlich an dem Punkt, an dem die Welle, die den längeren Weg zurücklegt, so spät nach der Welle, die den kürzeren Weg zurücklegt, am Detektor ankommt, dass sich die Photonenwellen nicht überlappen. Die zusätzliche Weglänge, wenn das Muster verschwindet, ist die Länge des Photons.

Danke schön! Ich kann mir das mit der traditionellen Wellentheorie leicht vorstellen. Wenn Sie ein einzelnes Wavelet im Wasser erzeugen – einmal auf und ab – und die Welle durch einen Schlitz geht, können Sie nur drei Interferenzspitzen erhalten. Das Zentrum. Es gibt einen Ort, an dem sich das Auf und das Ab aufheben. Es gibt auf jeder Seite eine Stelle, an der das Aufwärts nicht aufgehoben ist, und darüber hinaus eine Stelle, an der das Abwärts nicht aufgehoben ist. Das ist alles. Bei Lichtwellen, die sich jeweils nur mit sich selbst aufheben, könnten wir etwas Ähnliches bekommen. Wenn jede einzelne Welle nur sagen wir 5 Wavelets lang wäre, dann ....

Folgendes berücksichtigen:

Es gibt kein Photon mit 1000 Wellenlängen, aber es gibt ein Atom, das 1000 Photonen aussendet, diese werden Quanten genannt und sind grundlegend für die Photonen-/Quantentheorie, jedes ist einzigartig und auf seinem eigenen Weg dazu bestimmt, schließlich zu sein von einem anderen Atom/Atome/Moleküle absorbiert werden. Ein Atom braucht Zeit, um ein Photon zu emittieren, so dass ein einzelnes Atom Photonen nicht überlappen kann, aber ein Laser mit vielen angeregten Atomen kann ein "Saat" -Photon haben, das eine Kaskade von vielen Photonen erzeugt, diese Photonen sind räumlich getrennt, je nachdem, wie die Atome sind vereinbart worden.

Stellen Sie sich vor, Ihr Rad hat ein Nadelloch anstelle eines Schlitzes, und betrachten Sie Ihr Rad als angehalten, aber die Nadellöcher sind leicht falsch ausgerichtet. Offensichtlich wird es zu einer Dämpfung kommen, aber einige werden es durch beide Löcher schaffen. Das Ergebnis ist nur ein weiteres kreisförmiges Beugungsmuster wie in Ihrem Bild aber versetzt von Ihrem ursprünglichen. Wenn wir dies über viele Umdrehungen des Rades mitteln, bleibt die Gaußsche (Klecks-)Verteilung übrig. Sie haben das "Interferenzmuster" des einzelnen Schlitzes effektiv zerstört! Ihr Rad ist dem sehr ähnlich, was für das DSE versucht wurde, Sie versuchen, Pfadinformationen zu bestimmen ... was nur eine andere Art zu sagen ist, dass Sie mit den Photonen herumspielen und ihren ursprünglich beabsichtigten Pfad ändern.

Wenn Ihr Rad wirklich sehr schnell war, können Sie die Photonen NICHT ändern oder brechen oder ihre Wellenlänge ändern! Sie werden sich nur quantenmechanisch oder wahrscheinlichkeitstechnisch verhalten ... einige könnten mit Geschwindigkeit V und durchkommen noch weniger bei 2 V, aber bei Geschwindigkeit c wird sicherlich keiner durchkommen ... was für Ihr Rad sowieso unmöglich ist.

Ich habe den Eindruck, dass es mehr als eine Theorie der Photonen gibt. Sie verlangen nicht alle, dass, wenn ein Photon von einem Atom absorbiert wird, es dasselbe einzelne Photon sein muss, das ein anderes Atom emittiert hat. Stellen Sie sich mit der Wellentheorie vor, dass ein Elektron von einem Orbital in ein anderes fällt. Wenn es das tut, während es eine kreisförmige Umlaufbahn um das Atom macht, ist das linear polarisiertes Licht in seiner Ebene und zirkular polarisiertes Licht senkrecht und eine Wellenlänge. Wenn es 1000 Umdrehungen braucht, um das neue Orbital zu erreichen, sind das 1000 Wellenlängen. Wie lange braucht ein Atom, um ein Photon auszusenden? Ich weiß nicht.
@JThomas Es gibt viele alte Theorien und neue Theorien über Photonen, es gibt viele Theorien, die sich mit vielen verschiedenen Aspekten von Photonen befassen, es gibt viel mehr Meinungen als Theorien darüber, was diese Theorien bedeuten! Die Photonenquanten sind grundlegend ... Ich kenne sonst keine Theorien ... aber ich habe ein paar Meinungen gesehen. Auch einige der alten Theorien sind besser als einige der neueren! Ein Atom kann eine ganze Weile (ms) in einem angeregten Zustand bleiben, aber sobald die Wahrscheinlichkeiten im EM-Feld übereinstimmen, ist die Emissionszeit sehr, sehr kurz, eine Wellenlänge über c ist eine gute Annäherung.
@JThomas laut QM sind Orbits nicht kreisförmig, sondern Wahrscheinlichkeitsverteilungen.
Die Quantentheorie beschreibt Dinge, die beobachtet und gemessen werden können. Sie können nicht beobachten, wie ein Atom ein Photon aussendet, ohne es drastisch zu verändern. Aber Sie können den durchschnittlichen Zustand vieler Atome und ihre Varianz messen, und Sie können eine Wahrscheinlichkeitsverteilung für die von ihnen emittierten Photonen erhalten. Es hat keinen Sinn, spezifische Zustände für einzelne Atome anzunehmen, wenn wir nie wissen können, was ihre spezifischen Zustände sind. Wir tun es genauso gut, indem wir annehmen, dass sie niemals einen bestimmten Zustand haben, dass jeder von ihnen eine Wahrscheinlichkeitsverteilung IST.
Wenn wir eine Autobahn aus der Luft beobachten und keine Möglichkeit haben, die Autos voneinander zu unterscheiden, können wir es am besten so beschreiben, als ob jedes Auto einem zufälligen Weg folgt und ein bestimmter Anteil an jeder Ausfahrt abfährt. Für Elementarteilchen ist QM die beste verfügbare Beschreibung. Aber wenn Physiker von der Arbeit nach Hause zu ihren Frauen und Kindern fahren, würden sie sich nicht damit zufrieden geben, zu zufälligen Frauen und Kindern nach Hause zu fahren.
Es gibt mit Sicherheit so etwas wie ein Photon mit einer Länge von 1.000, 10.000 oder einer Million Wellenlängen nach dem gängigsten Verständnis (das darin besteht, die Kohärenzlänge mit der Photonenlänge gleichzusetzen). Ein unendlich langes Photon wird Impuls-Eigenzustandsphoton (ebene Welle) genannt. Die "Long Photon"-Grenze (monochromatische Photonen mit einer einzigen Frequenz (also einem einzigen Impuls)) sind ein Grundnahrungsmittel für Quantenstreuungsberechnungen: siehe z. R. Loudon, The Quantum Theory of Light oder journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.76.062709 oder
@Dast Wie lang ein Photon ist, wird am häufigsten wie in arxiv.org/pdf/0803.2596.pdf beschrieben . Was hier auch diskutiert wird, sind 1000 Photonen, nicht eine spezielle lange Mode eines einzelnen Photons.
@JThomas Wenn Sie ein Hochgeschwindigkeits-Chopperrad mit einem Schlitz anbringen, damit die Autos die Autobahn oder die Ausfahrtstore passieren können, werden Sie hoffentlich feststellen, dass die Autos in einem Stück ankommen ... genau wie Quanten.
@PhysicsDave. Danke für das Teilen des Papiers. Die Idee der "Länge", die sie am Anfang einführen (die in Abb. 2 oder Abb. 3 implizierte), ist genau die, über die ich gesprochen habe. Die Zeitskala, die sie in der gesamten Arbeit betonen (Zerfallszeit des Ausgangsatoms), ist die Umkehrung der Bandbreite des Photons (Frequenzstreuung). Diese Zeitskala, auf die sie sich beziehen, multipliziert mit der Geschwindigkeit des Photons (c im Vakuum) ist die Kohärenzlänge, auf die ich mich beziehe. Ich denke, das OP fragt nach einer Längenskala, die einem einzelnen Photon zugeordnet werden kann (was die Länge eines Photons ist), sodass ein Photon mit langem Modus eine relevante Sache zu erwähnen scheint.

Zeit und Energie in der Quantenmechanik sind konjugierte Parameter, die durch das Unschärfeprinzip verknüpft sind, wobei: (Delta t) x (Delta E) größer oder gleich der Planckschen Konstante/4 Pi ist. Mein Verständnis ist, dass ... wenn Sie eine Quelle mit einem Photon "zu einer Zeit" hätten, der Zeitort / die Koordinate dieses einen Photons und seine Energieeigenschaft durch das obige Unschärfeprinzip verknüpft und gebunden wären. Sie können nie sicher sein, wo sich dieses eine Photon befindet oder welche genaue Energie es hat. Also neige ich dazu, mir ein Photon als ein Punktteilchen vorzustellen, aber mit jedem Photon irgendwo „Unsicher“ innerhalb eines „Pakets“ von beispielsweise Delta t in der „Länge“ und mit einer Amplitudenenergie von beispielsweise Delta E im 3-Raum Maße. Ein Photon würde nur einen Punkt auf dem Bildschirm beleuchten. Wenn die Anzahl der gesendeten Photonen zunimmt, Das Unbestimmtheitsprinzip sagt uns, dass sie mit unterschiedlichen Energien (Eigenschaften) auf verschiedene Orte (Koordinaten) treffen. Was wir dann sehen, ist ein Wellenmuster aus hellen und dunklen Streifen. Dies zeigt tatsächlich eine Wahrscheinlichkeitswelle dafür, wo die Photonen am wahrscheinlichsten landen oder nicht. Dies ist die Bedeutung von „Welle-Teilchen-Dualität“ für Photonen oder tatsächlich für Teilchen wie Elektronen in einer Elektronenbeugungsröhre, wo diese Dualität leicht demonstriert werden kann. Das Wellenmuster und die Intensität/Energie der Streifen, die von der Mitte nach außen abnehmen, wird mathematisch durch Schrödingers Differenzialgleichung zweiter Ordnung beschrieben. Hoffe, das ist hilfreich. Dies zeigt tatsächlich eine Wahrscheinlichkeitswelle dafür, wo die Photonen am wahrscheinlichsten landen oder nicht. Dies ist die Bedeutung von „Welle-Teilchen-Dualität“ für Photonen oder tatsächlich für Teilchen wie Elektronen in einer Elektronenbeugungsröhre, wo diese Dualität leicht demonstriert werden kann. Das Wellenmuster und die Intensität/Energie der Streifen, die von der Mitte nach außen abnehmen, wird mathematisch durch Schrödingers Differenzialgleichung zweiter Ordnung beschrieben. Hoffe, das ist hilfreich. Dies zeigt tatsächlich eine Wahrscheinlichkeitswelle dafür, wo die Photonen am wahrscheinlichsten landen oder nicht. Dies ist die Bedeutung von „Welle-Teilchen-Dualität“ für Photonen oder tatsächlich für Teilchen wie Elektronen in einer Elektronenbeugungsröhre, wo diese Dualität leicht demonstriert werden kann. Das Wellenmuster und die Intensität/Energie der Streifen, die von der Mitte nach außen abnehmen, wird mathematisch durch Schrödingers Differenzialgleichung zweiter Ordnung beschrieben. Hoffe, das ist hilfreich. mathematisch durch Schrödingers Differentialgleichung zweiter Ordnung beschrieben. Hoffe, das ist hilfreich. mathematisch durch Schrödingers Differentialgleichung zweiter Ordnung beschrieben. Hoffe, das ist hilfreich.

Wenn ein Photon ein Punktteilchen ist, das sich mit Lichtgeschwindigkeit mit einiger Unsicherheit über seinen Ort oder seine Zeit fortbewegt, würde ich erwarten, dass die meisten von ihnen im Wesentlichen ohne Wechselwirkung durch einen Schlitz in der Scheibe gehen oder die feste Scheibe nicht passieren. Die sich drehende Scheibe sollte also wenig Einfluss auf das Beugungsmuster haben, egal wie schnell sie sich dreht. Aber wenn das Photon eher wie ein reisendes Liniensegment ist, das Zeit braucht, um seine Quelle zu verlassen, und genauso viel Zeit, um einen Punkt zu passieren, dann kann die Scheibe es beeinflussen. Wissen Sie, was wahr ist?
Ich vermute, dass die sich drehende Scheibe die Ränder dunkler macht. Angenommen, die Schlitze sind ein Zehntel von 360 Grad, dann würde ich erwarten, dass die Intensität der Streifen ein Zehntel der Intensität beträgt, die ohne eingesetzte Scheibe zu sehen ist.
Danke schön. Wenn ich verstehe, dass die Schlitze die Hälfte der Fläche der Scheibe einnehmen, die Photonen erreichen könnten, wird nur die Hälfte von ihnen durchkommen, sodass die Ränder dunkler sind. Halb so viele Photonen würden zu halben Erkennungen führen, obwohl dies möglicherweise nicht die Hälfte der wahrgenommenen Helligkeit ist.
Die Geschwindigkeit der Schlitze auf Ihrer 'Gedankenexperiment' rotierenden Scheibe würde nirgendwo die Größenordnung der Lichtgeschwindigkeit benötigen. Ich würde also nicht an die Slots denken, die das unter Das Unsicherheitsprinzip beschriebene „Wahrscheinlichkeitspaket“ für das Photon stören. Meine Vermutung wäre, dass die Scheibe nur die Anzahl der vorwärts gehenden Photonen und damit die Intensität der Streifen reduziert. Hoffe das hilft. Beifall.
Klassischerweise wäre das Problem nicht die Lichtgeschwindigkeit, sondern die Frequenz. Wenn eine Welle einen ganzen Zyklus durchlaufen muss, um tatsächlich eine Welle zu sein, und das bei einem Hertz, ist das eine ganze Sekunde, die sie beim Durchlaufen eines Schlitzes stören könnte. Wenn eine Ladung tatsächlich tausend Zyklen auslöst, sind das tausend kohärente Zyklen, und sie können einen Detektor stärker beeinflussen als nur hundert Zyklen. Aber Punktphotonen würden nichts davon zeigen.
Meine Antwort wurde von 3 sachkundigen PhysicsStack-Leuten bearbeitet ... und anschließend abgelehnt ... Also habe ich sie jetzt rückgängig gemacht ... und mir wurde ein Cleanup-Abzeichen verliehen, was auch immer das bedeutet ... Es ist nicht sehr ermutigend oder hilfreich für jemanden, nur um eine Antwort ohne konstruktive Erklärung für irgendjemanden abzulehnen, insbesondere für den Urheber der Frage ...
Die Strahlungslebensdauer kann in einem Gas bei niedrigem Druck in einem Rohr gemessen werden. Erregen Sie die Elektronen mit einem Wechselfeld aus einer Spule, die um die Röhre gewickelt ist. Modulieren Sie das Wechselfeld. Messen Sie die Phasenverzögerung zwischen den Eingangs- und Photonenausgangssignalen. Dies ergibt die Strahlungslebensdauer.
Danke schön! Wenn ich nach "Strahlungslebensdauer" schaue, bekomme ich meistens Dinge über Halbleiter. Wenn ein Elektron in ein höheres Orbital gebracht und nicht stimuliert wird, dauert es eine zufällige Zeit, bis es strahlt. Ich verstehe nicht, wie das mit meiner Frage zusammenhängt, aber es gibt dort viele interessante Informationen, die sich auf viele Dinge beziehen.

Oft, wie in einigen Antworten hier, werden die Begriffe Photon und elektromagnetische Welle als Synonyme verwendet. Sie bedeuten jedoch sehr unterschiedliche Dinge. Eine EM-Welle hat Wellenlänge, Frequenz und Kohärenzlänge und -zeit. Ein Photon hat nur Energie, Impuls und Spin. Soweit wir wissen, ist es ein dimensionsloses Punktteilchen. Die Welle beschreibt die Wahrscheinlichkeit, Photonen mit gegebener Energie, Impuls und Spin an einem gegebenen Ort und zu einer gegebenen Zeit zu finden. Sie ähnelt in dieser Hinsicht einer Elektronenwellenfunktion.

In Ihrem Gedankenexperiment ist die Übertragung nicht nur positionsabhängig, wie beim herkömmlichen Spalt, sondern auch zeitabhängig. Klassisch bedeutet dies, dass Ihre ursprüngliche monochromatische Welle amplitudenmoduliert ist und nun aus einem Frequenzband besteht. In Bezug auf Photonen werden Sie eine Verteilung von Photonenenergien beobachten, die jeweils ihrer eigenen Wahrscheinlichkeitsverteilung oder ihrem eigenen Beugungsmuster folgen. In der Praxis sind solche Effekte jedoch nicht beobachtbar, da mechanisches Zerhacken bei optisch relevanten Frequenzen nicht durchgeführt werden kann. Sie werden nur das gleiche Interferenzmuster beobachten wie ohne Zerhacken, aber zerhackt.

Warum wird die richtige Antwort abgelehnt? Das ist schlechtes Urteilsvermögen.
Ich fordere die anonymen Downvoter auf, meine Antwort zu widerlegen, die eine eindeutige Vorhersage des experimentellen Ergebnisses macht. Ich möchte auch noch einmal meine Abneigung gegen anonymes, unmotiviertes Downvoting zum Ausdruck bringen. Solche Stimmen wirken sich zufällig auf die Qualität dieser Seite aus.
Für mich sieht es so aus, als ob Ihre Vorhersagen mit den Vorhersagen von Andrew Steane übereinstimmen (aber er hat etwas Mathematik verwendet, um es genauer auszudrücken) und sich von den Vorhersagen von user291781 unterscheiden. Wahrscheinlich war die Ablehnung aus einem anderen Grund als den vorhergesagten Ergebnissen.
@my2cts Anfangs habe ich abgelehnt, aber ich habe es gerade geändert. Ich gebe zu, es wurde hastig auf das angewendet, was Sie meiner Meinung nach gesagt haben. Obwohl ich die Idee eines Photons anders als Sie betrachte, sehe ich in Ihrer Antwort nicht unbedingt etwas, dem Sie nicht zustimmen könnten. Ich weiß nichts über ein Punktteilchen, aber ich glaube, dass alle Photonen die gleiche Größe haben und alles, was mit Länge zu tun hat, sich auf die Entfernung beziehen muss, die ein Photon während eines vollständigen Schwingungszyklus zwischen Amplituden zurücklegt. Der orts- und zeitabhängige Aspekt von Photonen wird in Polarisatorexperimenten proportional zu cos2theta bemerkt.
@my2cts Ich gehöre nicht zu deinen Anhängern. Aber meine Vermutung für den Grund ist (1) Sie haben Recht, aber eine bessere Antwort würde mich davon überzeugen, dass sie richtig ist, indem sie Beweise (z. B. Links, Zitate) oder ein überzeugendes Argument liefert. Nicht nur eine platte Aussage von „soweit wir wissen, ist dies der Fall“. (2) Photonen haben mehrere Bedeutungen von "Länge": Wellenlänge, Kohärenzlänge und möglicherweise haben sie auch einen endlichen Radius. Sie diskutieren nur das letzte davon. Die Titelfrage des OP fragt nach dem Radius, aber ihr vorgeschlagenes Experiment wählt die Kohärenzlänge aus, während die Wellenlänge diejenige ist, von der jeder gehört hat.
@Dast ja ich stimme dem Radiusaspekt eines Photons zu. Wenn Polarisatoren ausgerichtet sind, haben Photonen kein Problem, durchzugehen, aber senkrecht passen sie nicht.
@Dast Also auf Korrektheit kommt es nicht mehr an. Antworten sollten die Menschen mit wortreich illustrierten Antworten oder vielleicht einem Video in eine angenehme Illusion des Verstehens versetzen. Willst du Popcorn?
@my2cts Ich bin kein Anhänger. Aber ich würde sagen, dass das vorgeschlagene Experiment basierend auf der Wahrscheinlichkeit und der Position des Slots bestimmte Quanten durchlässt. Die Quanten selbst (z. B. rote Laser) werden in keiner Weise verändert, daher bin ich mir nicht sicher, was Sie mit einem Frequenzband meinen. Ich würde auch sagen, dass Photonen Größeneigenschaften haben ... Punktpartikel pro Standardmodell haben ihre eigenen Auswirkungen / Einschränkungen ... aber für das Standardmodell ist es eine hilfreiche Definition.
@Dast Das OPs-Experiment wird kein Maß für die Kohärenzlänge erzeugen ... ein Grund dafür ist, dass es aus einzelnen Photonen besteht. Für die Kohärenzlänge benötigen wir eine Population von Photonen.
@PhysicsDave Hängt die Kohärenzlänge von einer statistischen Eigenschaft einer großen Anzahl von Photonen ab oder könnte sie auf eine Eigenschaft einzelner Photonen zurückzuführen sein, die sich bei großen Zahlen zeigt? Polarisation und Beugung sind eine Eigenschaft einzelner Photonen. Ein einzelnes Photon interferiert mit sich selbst, wenn es zwei Schlitze passiert. Es braucht kein zweites Photon, um zu interferieren.
@JThomas Es wäre interessant zu überlegen, "jeweils ein Photon in das Interferometer zu senden" ... wie würde das Muster aussehen und wie wäre die Längenmessung? Unendlich, Null oder nur na (nicht zutreffend) oder nur Lambda selbst. Ein "Photon interferiert mit sich selbst" ist nur eine historische und etwas irreführende Aussage, ein moderneres Verständnis ist, dass jedes Photon in der Lage ist, seinen eigenen Weg zu bestimmen .... also ist die wirklich wichtige Frage, wie es dazu in der Lage ist?
@PhysicsDave Danke. Es ist schwer, die richtige Formulierung zu finden. Das Interferometer gibt Ihnen zwei Pfade, die unterschiedliche Zeiten zum Durchlaufen benötigen. Eine Welle würde sich selbst stören, wenn verschiedene Teile derselben Welle gleichzeitig ankommen. Ein traditionelles Teilchen würde nur einen Weg nehmen und sich überhaupt nicht stören. Was tatsächlich passiert, muss etwas anderes sein.
Soweit ich das beurteilen kann, sagt die moderne Physik, dass QM die richtigen statistischen Ergebnisse liefert, also ist es wahr. Aber niemand hat eine verständliche Möglichkeit, sich das vorzustellen. Eine ideale Visualisierung würde nicht nur ein Gefühl dafür vermitteln, warum Dinge passieren, sondern auch, warum die Dinge, die nicht passieren, nicht passieren. Es ist vielleicht nicht "wahr", aber es würde im Allgemeinen korrekt vorhersagen, was passiert.
@JThomas Stellen Sie sich ein Photon als eine gut lokalisierte Wanderwelligkeit in einem Feld vor, das als EM-Feld bezeichnet wird. Siehe eine meiner Antworten hier zu "Interferenz": physical.stackexchange.com/questions/623648/…
@JThomas Hier ist ein weiteres: physical.stackexchange.com/questions/589681/… Entfernen Sie das Wort "Interferenz", wenn Sie auf Quantenebene verstehen möchten, dass ein einzelnes Photon nicht einmal in ein Interferometer eindringt, wenn das Set vorhanden ist Weglängen sind nicht ideal (Vielfache der Wellenlänge) ... das Photon wird einfach reflektiert, genau wie wenn Sie einen Spiegel vor Ihr Teleskop stellen ... es hat Millionen von Jahren gedauert, um hierher zu gelangen, und wir können es einfach senden es weg.
Ich habe nicht abgelehnt, aber ich werde die Aussage kommentieren: "Es ist ein dimensionsloses Punktteilchen, soweit wir wissen." Manchmal sagen die Leute das, um zu sagen, dass das Photon nicht zusammengesetzt ist – dass es einem Grundfeld im Lagrangian des Standardmodells entspricht. Mit dieser Bedeutung ist es wahr. Aber im Zusammenhang mit der Frage könnte die Bezeichnung als dimensionsloses Punktteilchen auf eine Interpretation verborgener Variablen hindeuten. Mit dieser Bedeutung ist es anmaßend: Die Quantentheorie funktioniert gut ohne diese Idee, selbst wenn die Idee zum Funktionieren gebracht werden kann (und soweit ich weiß, nicht im gleichen Umfang wie QED).
@Chirale Anomalie Dies deutet nicht mehr auf eine Interpretation versteckter Variablen hin, als wenn man ein Elektron als Punktteilchen bezeichnet. Das ist Mainstream-Physik. Siehe en.wikipedia.org/wiki/Elektron
Was Wikipedia als Obergrenze für die Größe eines Elektrons beschreibt, ist ein Ergebnis über den Maßstab, in dem Elektronen untersucht wurden, ohne dass Beweise für die Zusammensetzung gefunden wurden (der erste Teil meines Kommentars). Gute Texte erklären dies sorgfältig, aber nicht jeder schätzt diese Nuance. Ohne Klärung könnte eine Person die Punkt-Teilchen-Sprache so interpretieren, dass sie etwas bedeutet wie „Zu jedem bestimmten Zeitpunkt ist das Elektron an einem bestimmten Punkt lokalisiert, unabhängig davon, ob wir seinen Standort messen oder nicht“, was das klassische Beispiel für eine verborgene Variable ist Deutung.
@ChiralAnomaly Die Photonengröße ist im folgenden Sinne null: „Darüber hinaus können die Wechselwirkungen des Teilchens als Überlagerung von Wechselwirkungen einzelner Zustände dargestellt werden, die lokalisiert sind. ... in diesem Sinne können Physiker über die intrinsische "Größe" eines Teilchens diskutieren: Die Größe seiner inneren Struktur, nicht die Größe seines Wellenpakets. Die "Größe" eines Elementarteilchens in diesem Sinne ist genau null.' en.wikipedia.org/wiki/Point_particle
Ja, das stimmt, zumindest in der nichtrelativistischen QM. (Randbemerkung: Es ist in der relativistischen QFT nur ungefähr wahr, weil Teilchenerzeugungsoperatoren in der relativistischen QFT nicht mit lokalen Observablen pendeln, aber die Annäherung ist für diese Frage gut genug.) Ebenso ein Eigenzustand des Drehimpulsoperators mit Spin "nach oben" entlang der z -Achse kann als Überlagerung von mehr als einem Spin-Wert entlang der geschrieben werden j -Achse. Ich habe nur kommentiert, dass eine Person, die die Antwort liest, möglicherweise nicht weiß (oder fälschlicherweise annimmt), was Sie mit "Punktteilchen" gemeint haben.

Wir können die gegebene Photonendauer bestimmen:

  1. Sonnenlichtstrom von 1370 W / M 2
  2. Sonnenlicht Photonenfluss von 10 18 / M 2

Watt ( J / S ) pro Photon des Sonnenlichts = 1.37 ⋅ 10 15

Energie des grünen Lichtphotons (Mittelpunkt des Sonnenlichtspektrums, durchschnittliche Energie) = 4.3 ⋅ 10 − 19 J ( H ⋅ F )

Teilen Sie die Energie des Photons durch die Leistung des Photons, um die Zeitdauer pro Photon zu bestimmen ( J / W ) = 3.13 ⋅ 10 − 4 S .

Multiplizieren Sie die oben gefundene Zeit mit C Länge zu erhalten: 93.837,4 M pro Photon.

Dies gilt seither für alle Photonen, nicht nur für sichtbares Licht H ist in J S / C j C

Zusätzlich teilen H bis zu diesem Zeitpunkt gibt uns die Energie pro Zyklus der Feldverschiebung

Damit ist die Frage nicht beantwortet. Sobald Sie über einen ausreichenden Ruf verfügen , können Sie jeden Beitrag kommentieren . Geben Sie stattdessen Antworten an, die keine Klärung durch den Fragesteller erfordern . - Aus Bewertung
Die Antwort wird geliefert: „Multipliziere mit c, um Länge zu erhalten: 93.837,4 m“
Wie lang ist ein Photon?
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