Welche Wirkung hat die Quantenwelt auf Radiowellen? Wenn ich mich zum Beispiel zusammenschrumpfen und auf dem Kern (oder noch kleineren subatomaren Teilchen, aus denen der Kern besteht) mit einem Gerät stehen könnte, das Radiowellen der umgebenden Welt messen könnte (dh mit allen Signalen, die die moderne Menschheit produziert), Welche Messwerte würde ich abholen? Wären sie die gleichen wie normal oder würden die Quantenaspekte irgendwie die Signale beeinflussen und wenn ja, auf welche Weise würden sie beeinflusst werden?
Wenn Sie ein Elektron in einem Atom sind und ein gewisses energetisches Spektrum haben, kann eine Radiowelle Ihre Übergänge von einer Ebene zur anderen verursachen. Dein Quantencharakter manifestiert sich in deinen diskreten Energieniveaus.
Wenn Sie ein Elektron in einem festen Zustand sind, zum Beispiel in einem Metall, dann kann Ihr Spektrum kontinuierlich sein und alle Energien sind erlaubt. In diesem Fall verhalten Sie sich wie eine klassische Ladung.
Ich bin KEIN Physiker, aber ich denke, es gibt hier ein paar Konzepte, die verwirrt sind.
Zuerst wird eine Antenne auf eine bestimmte Funkfrequenz "abgestimmt", dh. Es ist besser, ein Wechselstromsignal (freie Elektronen) bei Längen in Resonanz zu bringen, die etwa einer Wellenlänge entsprechen.
Zweitens absorbiert ein Elektron ein Quantum EMF um ein Atom herum, indem es von einer Ebene in eine andere übergeht. Ihr Quantencharakter manifestiert sich darin, Elektronen zu finden, die diskrete Energieniveaus erreichen können, wenn sie die Quanten der EMF absorbieren (denken Sie an die doppelte Natur der EMF, dass, obwohl ihre Wellenlänge 160 Meter betragen kann, sie von einem einzelnen Elektron absorbiert werden muss.
Ich gehe davon aus, dass die Wahrscheinlichkeit, dass ein Elektron ein EMF-Quanten absorbiert, bei einer kleineren Antenne nicht größer ist als bei einer größeren Antenne, eher ein Faktor der Querschnittsfläche, die ich erwarte.
Ob ein freies Elektron in einer Antenne mitschwingt, wird durch Faktoren wie SWR und Antennengeometrie/-länge bestimmt, NICHT durch Quanteneffekte
Alle Wechselwirkungen von Materie mit Radiowellen – einschließlich derer, die wir als klassisch wahrnehmen – sind im Kern quantenmechanisch. Insbesondere reagieren die freien Elektronen in einer Metallantenne auf die elektrischen Felder in Radiowellen ähnlich wie klassische Teilchen, weil es bei Leitungsbandenergien ein Kontinuum erlaubter Energien gibt und die Elektronen effektiv (im technischen Sinne) frei sind.
Die wirkliche Art und Weise, wie sich offensichtlich quantenmechanische Effekte zeigen, ist, wenn die Photonenenergien der EM-Strahlung (die gleich sind oder ein Vielfaches davon) sind vergleichbar mit der Energiedifferenz zwischen zwei diskreten Energiezuständen. Da Radiowellen am unteren Ende des EM-Spektrums liegen, muss diese Energiedifferenz sehr klein sein ( in der Größenordnung von meV oder kleiner ).
Das beste Beispiel für diese kleinen Energieunterschiede in Aktion ist wahrscheinlich die Hyperfeinstruktur von Wasserstoff , die den geringen Energieunterschied widerspiegelt, der durch magnetische Wechselwirkungen zwischen den magnetischen Momenten von Elektron und Proton (letzteres ist sehr klein) verursacht wird, je nachdem, ob ihre Spins parallel oder antiparallel sind. Dies sind zwei Zustände mit diskreten Energien, und Übergänge zwischen ihnen verursachen eine Absorption und Emission von Mikrowellen bei etwa 21 cm Wellenlänge.
Aufgrund ihrer langen Wellenlänge ist es schwierig, einzelne Radiophotonen zu erkennen. (Tatsächlich ist es möglich, aber immer noch eine ziemliche Meisterleistung, einzelne Photonen zuverlässig zu erzeugen und zu detektieren. Dies kann im sichtbaren und im IR-Bereich erfolgen, aber diese Art von Optik bei längeren Wellenlängen wird zunehmend schwieriger.) Andererseits ist es einfach um ziemlich intensive Radiowellen (wie die von Radiosendern routinemäßig verwendeten MW-Leistungen) zu erzeugen, indem einfach eine große Anzahl von Photonen gesendet wird.
Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Fehlanpassung zwischen der Radiowellenlänge (in der Größenordnung von 1 m) und Atomwellenlänge (in der Größenordnung von 0,1 nm) die Wechselwirkung zwischen den beiden erschwert. Dies ist bereits ein Problem für optische Wellenlängen in der Größenordnung von 400 nm und bedeutet einfach, dass Strahlung dieses Typs in der Dipolnäherung behandelt werden sollte, die das elektrische Feld als lokal konstant behandelt. Dies bricht nur für EM-Strahlung mit Röntgenfrequenz und darüber, die ganz anders mit Materie interagiert.
Soweit ich weiß, ist die von einem Atom emittierte Radiowelle mit der niedrigsten Frequenz die Wasserstoff-21-cm-Linie (~ bei 1,4 GHz).
Wenn Sie also ein Elektron im Wasserstoffatom wären, würden Sie das Photon mit einer Wellenlänge von 21 cm als Energieänderung ( eigentlich als Hyperfeinübergang ) sehen. Wenn es eine längere Wellenlänge hätte, würden Sie ein örtlich konstantes elektrisches Feld sehen, das sich mit der Zeit ändert.
In diesem Fall interagiert das elektrische Feld mit dem Elektron ähnlich wie ein klassisches Bild ( dh es beschleunigt es in eine bestimmte Richtung), aber quantenmechanisch gesehen werden Sie sich nicht "verändern". Ihr Energieniveau wird immer noch dasselbe sein, und wenn Sie an ein Atom/Molekül gebunden sind, wird absolut nichts passieren.
Wenn Sie andererseits ein freies Elektron sind, werden Sie in Richtung des elektrischen Feldes beschleunigt und mit der gleichen Frequenz, mit der das einfallende elektrische Feld oszilliert.
Eine Radiowelle ist nichts anderes als ein Photon. Ein Photon kann man sich als unscharfes Teilchen vorstellen, dessen Abmessungen etwa der Wellenlänge entsprechen. Es ist also viele zehn Meter groß. Die Wahrscheinlichkeit einer Wechselwirkung zwischen einer Antenne mit nuklearen Abmessungen und einem so großen Photon ist extrem gering.
Björn W