Wie wird ein Photon gemessen?

Wenn Photonen die elektromagnetische Kraft übertragen, was ist beobachtbar: das Photon oder das Elektron? Messen wir jemals ein Photon direkt oder messen wir nur seine Wirkung auf Elektronen? Nehmen wir zum Beispiel an, ich strahle mit einem Laser auf eine Wand. An der Wand wird ein roter Punkt sichtbar. Wir können dies anhand der Bewegung von Photonen verstehen; sie bauen sich im Laser auf, sie werden fokussiert, um sich in eine Richtung zu bewegen, dann streuen sie von der Wand und erreichen mein Auge. Alternativ könnten wir dies in Bezug auf die Bewegung von Elektronen verstehen. Wenn sie in verschiedene Energiezustände übergehen, veranlassen die Elektronen ihre Nachbarelektronen, ebenfalls bestimmte erlaubte Energiezustandsübergänge vorzunehmen. Dieser Prozess setzt sich aus dem Laser heraus, durch die Luft, gegen die Wand und in meine Augen fort. In diesem Fall wurden die Photonen nie direkt beobachtet. Wir beobachteten Elektronen, die sich im Laser und Elektronen in der Wand bewegten, und folgerten, dass dazwischen Photonen gewesen sein müssen, um die Energie und den Impuls zu übertragen. Ich denke, meine Frage ist, ob Photonen eine beobachtbare Sache sind oder nur zur Buchhaltung verwendet werden? „Existieren“ die Photonen zwischen den Elektronen?

Sie haben nicht gesagt, was etwas real machen würde, aber elektromagnetische Wechselwirkung kann sowohl Energie als auch Impuls übertragen, was für mich real genug ist, egal wie Sie sie modellieren (Wellen oder Photonen).
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Wenn Photonen die elektromagnetische Kraft übertragen, was ist beobachtbar: das Photon oder das Elektron? Messen wir jemals ein Photon direkt oder messen wir nur seine Wirkung auf Elektronen? Nehmen wir zum Beispiel an, ich strahle mit einem Laser auf eine Wand

Machen wir uns klar, dass Photonen (und auch Elektronen) quantenmechanische Elementarteilchen sind , und klassische elektromagnetische Wellen (Licht) aus Zillionen von Photonen in Synergie entstehen .

Auch der Laser ist makroskopisch gesehen einer der "Beweise" der Quantenmechanik, dh wenn die quantenmechanische Teilchennatur des Lichts nicht da wäre, hätten wir keine Laser.

Ich denke, meine Frage ist, ob Photonen eine beobachtbare Sache sind oder nur zur Buchhaltung verwendet werden? „Existieren“ die Photonen zwischen den Elektronen?

Dies wird dann zu einer philosophischen Frage. "Beobachtbare Dinge" sind das, was uns unsere fünf Sinne individuell sagen, woraus wir einen Konsens darüber haben, was Realität und wirklich ist. Dann wurde ein System entwickelt, um gemeinsame "Beobachtungen" zu klassifizieren, bis hin zur Entwicklung mathematischer Modelle für diese Beobachtungen, die neue Beobachtungen vorhersagten und mit unseren Intuitionen übereinstimmten. Als einige Beobachtungen für den mikroskopischen Teil der Materie nicht mehr mit unseren mathematischen Modellen der physikalischen Realität übereinstimmten, musste die Quantenmechanik erfunden werden, ein mathematisches Modell, das für die kleinen Dimensionen geeignet ist. Photonen als Elementarteilchen sind Teil der "Sprache", die entwickelt wurde, um experimentelle Daten zu verstehen, und Elektronen und Protonen usw. sind andere. Ein Photon ist so real wie ein Elektronoder ein Proton. Wir beobachten all dies durch experimentelle Proxys (Analoga, die Informationen enthalten). Ein Photon ist so real wie Temperatur. Der Proxy für die Temperatur ist ein Thermometer und schließlich ein Programm in unserem Gehirn, das alles interpretiert.

Nachdem wir nun festgestellt haben, was wir im Mikrokosmos mit real meinen, besteht das rote Laserlicht aus Zillionen von Photonen. Diese werden durch das elektrische Feld der Atome an der Wand gestreut, ohne Energie zu verlieren, da Sie sie rot gehen und kommen sehen, und einige von ihnen erhöhen die Energieniveaus in den Zapfen in der Netzhaut Ihres Auges, um das Signal an das Gehirn zu senden von "rot", durch andere elektromagnetische Wechselwirkungen, die auf Neuronen usw. wandern und in das Gehirnmodell eintreten. Es sind alles Modelle, das quantenmechanische gut validiert, das Gehirn noch in der Forschung, aber es ist alles eine erfolgreiche Modellierung dessen, was wir beobachten.

Ok, wenn ich das richtig verstanden habe, sind das alles nur Geschichten, die wir erzählen, da wir diese Dinge sowieso nicht mit unseren Sinnen wahrnehmen können. Soweit ich QFT verstehe, brauchen wir sowohl Elektronen als auch Photonen, um EM zu beschreiben. Wenn es zum Experiment passt, wen kümmert es, wie wir es nennen. Danke, das ist ein Denkanstoß.
Ja, ja, Geschichten, aber geschrieben in schöner mathematischer Sprache mit Vorhersagekraft. Ja, Modelle ganz oben, um "Schildkröten ganz unten" (ein primitives Modell der Erde) zu passen.
Photonen werden nicht durch das elektrische Feld gestreut – sie werden durch Elektronen gestreut.
@Ruslan Wenn die Elektronen frei sind, ja. Wenn sie sich in einem Atom oder einem festen Zustand wie einer Wand befinden, gibt es ein kollektives Feld, mit dem die Photonen interagieren. Optische Frequenzen haben eine viel größere Wellenlänge als atomare Entfernungen.
Ich würde nicht sagen, dass die Photonen mit dem elektromagnetischen Feld interagieren. Photon-Photon-Wechselwirkung ist vernachlässigbar. Die eigentlich interessante Wechselwirkung besteht in diesem Fall zwischen Elektronen, Kernen und Photonen, wodurch die Photonen gestreut werden.
@Ruslan, es ist die kombinierte Überstrahlung des elektrischen Feldes, das gleiche, das die Van-der-Waals-Kräfte ergibt.
@Ruslan-Atome haben eine Größenordnung von Angström, rotes Licht hat etwa 7000 Angström.
@annav Ich fürchte, ich kann Ihrer Behauptung, dass Photonen von elektrischen Feldern gestreut werden, keinen Sinn geben. Es ist allgemein bekannt, dass lineare Reflexion und Brechung vollständig durch die Wechselwirkung zwischen dem EM-Feld und polarisierbaren Medien erklärt werden. Lichtstreuung durch ein elektrisches Feld wäre ein winziger, vernachlässigbarer Beitrag zur Reflexion. Tatsächlich habe ich es noch nie im Zusammenhang mit Reflexion (das Thema hier) diskutiert gehört.
@garyp und was sind polarisierbare Medien außer Medien mit einer Polarisation des elektrischen Feldes? Ich glaube, wir reden hier aneinander vorbei. Licht besteht insgesamt aus einer großen Anzahl von Photonen. Dass die Reflexion kohärent genug ist, um ein Bild zu übertragen, bedeutet, dass die Photonen ihre Phasenbeziehungen zueinander beibehalten. klassische Studien sind nützlich, aber man könnte den Gesang und Tanz der Photonen in einem Ensemble durchgehen. In metallischen Oberflächen (hinter Spiegeln), wo Elektronen Bänder bilden, ist es einfacher zu sehen, dass es sich um eine kollektive Wechselwirkung mit vielen Elektronen handelt, die vom Gitter geteilt werden.
@annav "Was sind polarisierbare Medien außer Medien mit einer Polarisation des elektrischen Feldes?" Elektrische Felder werden nicht im Sinne einer Dipolpolarisation polarisiert. Vielleicht verwenden Sie eine nicht standardisierte Terminologie? Diese Formulierung im Zusammenhang mit dieser Frage ist bestenfalls irreführend.
@garyp vielleicht ist es mein griechisch-englisch. Anzeigepolarisation durch Induktion ? Wenn Sie Dipole aneinanderreihen, gibt es eine elektrische Gesamtfeldrichtung. Jedenfalls ist dies für die Hauptfrage irrelevant

Sowohl Photon als auch Elektron sind real. Elektron hat Ruhemasse, während Photon eine Energieform ist, die an Masse gewinnt, wenn sie sich mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegt.

„Nehmen wir zum Beispiel an, ich bewege einige Elektronen in meinem Laser herum, diese Elektronen bewegen die Elektronen an der Wand herum, und dann bewegen sich diese Elektronen um einige Elektronen in meinen Augen herum, also sehe ich einen roten Fleck an der Wand“ ---- was ist das, kann ich nicht verstehen. Bitte korrigieren.

Ja, Photonen sind real, die Quantenmechanik beinhaltet die Theorie der Photonen, also denke ich, dass sie real ist.

Ja, Photonen sind aber nicht die einzige Möglichkeit, die Länge zwischen den Teilchen unter Verwendung des Beugungskonzepts zu bestimmen.

Felder wurden zuerst als Werkzeug für die „Buchhaltung“ erfunden oder um zu verfolgen, wie eine Ladungskonfiguration eine Ladung an einem entfernten Punkt bewirken würde, aber es wurde bald erkannt, dass das Feld selbst viel „realer“ ist als nur eine bequeme mathematisches Werkzeug.

Der erste Grund, warum wir das Feld als separate reale Sache behandeln, ist die theoretische Tatsache, dass Sie keine Details über die Quellengebühren beschreiben müssen, die ein bestimmtes Feld erzeugen, wenn Sie bereits eine Beschreibung des Felds selbst haben, nur eine Beschreibung das Feld selbst beschreibt vollständig die mechanischen Wirkungen/Kräfte auf alle anderen Ladungen.

Der zweite Grund, warum wir Felder als unabhängig real behandeln, ist, dass eine sich bewegende Ladung an einem Ort nicht sofort alle anderen Ladungen beeinflusst, sondern dass sich die Änderung mit endlicher Geschwindigkeit (dh Lichtgeschwindigkeit) ausbreiten muss. "Bewegende Elektronen in Ihrem Laser" verlieren also Energie, während Elektronen in der Wand und / oder Ihrem Auge Energie gewinnen, aber nicht gleichzeitig . Nachdem also die Elektronen im Laser Energie verloren haben, aber bevor die anderen Ladungen Energie gewonnen haben, wohin ist die Energie gegangen? Die Antwort ist, es ist im Feld. Wenn Sie nicht an die "echte" Existenz von Feldern glauben, dann verlieren Sie eine Welt, in der alle Effekte lokal sind und Energie erhalten bleibt, denn wenn reale Felder keine Energie zu entfernten Ladungen transportieren, dann ist die Alternative Energie Verschwinden Sie einfach von einem beliebigen Ort und tauchen Sie nach einer angemessenen Zeit an einem anderen Ort im Universum wieder auf.

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