Я продолжаю тему о предрассудках, связанных с фотонами.
Световой вектор определяет величину и направление переноса той части энергии электромагнитного излучения, которая может быть воспринята визуально, то есть светового потока.
Путаница, связанная с этим понятием, возникла после открытия фотонов и рождения химеры – корпускулярно-волновой теории: в данном конкретном случае перемешались понятия «световой вектор» и «вектор напряженности электрического поля».
С XVII и до начала XIX века в экспериментах по интерференции света применялся исключительно солнечный свет: не монохроматический, не когерентный и не поляризованный. Интерференция, тем не менее, при использовании такого света наблюдалась.
В середине XIX века Максвелл начал разрабатывать электромагнитную теорию света, а в конце этого века уравнения Максвелла были преобразованы в векторный вид и появились понятия векторов напряженности электрического и магнитного поля, используемые для описания электромагнитных волн.
Следует отметить, что спектр солнечного света – практически непрерывный, то есть все фотоны имеют разные длины волн:
На данной картинке показана сплошная лента перехода от красного до фиолетового света, разбитая на 50 полос по 60 ангстрем. Картинка была позаимствована отсюда:
High resolution solar spectrum
Кроме того, следует также отметить, что у каждого фотона – своя собственная поляризация. Тем не менее, как я уже указывал выше, при использовании солнечного света интерференционные явления вполне успешно наблюдались.
По определению световой вектор должен быть направлен вдоль направления движения фотона и перпендикулярно вектору напряженности электрического поля.
Каким образом в учебниках оказались перепутанными понятия светового вектора и вектора напряженности электрического поля – непонятно, но в современных презентациях можно встретить, например, вот такие пояснения:
На изображенных выше картинках векторы напряженности разных фотонов для неполяризованного света попытались совместить в один и обозвали это безобразие световым вектором:
Абсурд получается полнейший: «вектор» направлен в разные стороны.
Результатом сложения векторов напряженности электрического поля всех фотонов, находящихся на поперечном срезе солнечного луча, будет вектор со случайным направлением и ничтожной величиной, изменяющейся хаотически.
Картинку, изображающую результат прохождения через поляризатор, рисуют так:
Опять видим «вектор», направленный в разные стороны.
Если же имелся в виду результат сложения векторов, то снова получаем ничтожную случайную величину.
Допустим теперь, что вместо солнечного света применяется монохроматический свет, создаваемый лазером.
В случае использования в качестве излучателя лазерного диода, например, в лазерной указке, свет расходится под широким углом, а затем собирается в направленный луч при помощи линзы. На срезе такого луча суммарная напряженность будет результатом сложения напряженностей фотонов, прошедших пути разной длины по воздуху и внутри линзы:
Теперь средняя величина напряженности электрического поля на поперечном срезе луча, возможно, уже не случайная, но по-прежнему ничтожная.
В устройствах массового применения – принтерах, мышках, указках – в качестве источника монохроматического излучения применяются именно лазерные диоды.
Но, допустим, что мы имеем дело с лучом лазера, а не лазерного диода. Допустим, что излучение не только монохроматическое, но и когерентное.
Следующая проблема заключается в том, что фотон – это не синусоида, а, предположительно, некое колебание синусоидальной формы, ограниченное по длительности. Какую форму и какую длительность оно имеет – никто не знает, предположения выдвигались самые разнообразные.
При попытке вычислить среднюю величину напряженности «голова» одного фотона будет складываться с «хвостом» другого. Результат сложения опять будет невразумительный.
Несмотря на все, перечисленное выше, усредненную напряженность электрического поля в луче – «среднюю температуру по больнице» – физики-теоретики с удивительным упорством пытаются использовать в математических расчетах.
Комментарии
Это вы про вектор Умова-Пойнтинга, который векторное произведение E- и Н-компонент электромагнитного поля?
Нет, это я про абсурдный «световой вектор».
Само название «световой вектор» было заимствовано из фотометрии: скрестили световой вектор и вектор Умова-Пойнтинга, получился очередной гибрид ежа с ужом.
это Вы его скрестили- не разобравшись в терминологии и путая терминологию начала прошлого века и современную. хорошо, что вы еще до массы покоя не добрались :-). там ваще все интересно и весело было бы.
Вы опять блещете необразованностью. причем дважды.
Первое- когда приводите различные определения "из интернетов" для термина "световой вектор", вместо того, чтобы взять это определение из какого-нибудь нормального учебника физики, а в учебниках физики под термином световой вектор в наше время (это важно! в наше время) всегда и везде понимается вектор, определяющий величину и направления переноса световой энергии. это раз.
и во-вторых, когда пытаетесь поймать современных физиков (это важно! современных) на путанице в определениях с этим световым вектором, потому что у нас-то как раз путаницы и нет! она была сто лет назад, когда терминология была не устоявшейся, и некоторые школы физики под световым вектором понимали направления колебания векторов напряженности электрического или магнитного полей в световой волне. Но потом, годов так с пятидесятых- все пришли к единому определению, а потом еще дальше пошли- чтоб путаницу совсем убрать вместо "световой вектор" стали его называть "вектор Умова-Пойнтинга" у нас, и просто "Пойнтинга" у них.
Ваши рассуждения про то, что понятия векторов напряженности электрического и магнитного полей появились только после того, как уравнения Максвелла из кватернионовой формы переписали в дивергентную- ваще полная лажа, так как сам Максвелл свои кватернионные уравнения уже писал на основе именно векторов напряженности полей, просто он из компонент этих векторов и их производных собрал кватернионы и в этих кватернионах записал уравнения. Ему лично кватернионы были понятны и просты, и ему так было удобнее- но он на то и гений, чтоб думать не так, как нормальные люди.
Ваши рассуждения про сложение напряженностей полей от разных фотонов- опять же демонстрируют Вашу тотальнейшую недопонимательную способность. Средняя напряженность электрического поля в световом потоке реально нулевая. Что в поляризованном свете, что в неполяризованном- среднее значение вектора напряженности что Е, что В- нулевое, хоть по времени осредняй, хоть по пространству. А вот среднее значение (и по т и по х) квадратов этих векторов- очень даже не нулевое и вполне себе точно соответствует плотности энергии в световом потоке :-). прямо вот в соответствии с тем самым вектором Умова-Пойнтинга- потому что как бы там ни прыгали Е и В- их произведение всегда в световом потоке имеет один и тот же знак для любой поляризации и любой поток фотонов складывается в суммарно ненулевой вектор Умова-Пойнтинга. правда, есть нюанс- вектор Умова-Пойнтинга- это вектор из классической физики, а фотоны- из квантовой, и переход между ними- это сильно заумная штука не для текстовых переписок на АШе- это надо карандашиком на бумаге долго и нудно расписывать- че там и как во всей этой статистике фермионов складывается и как на макроуровень осредняется- оно местами очень неочевидно происходит.
П.С. для читателей- изучайте физику настоящим образом, тогда грубые ошибки в рассуждениях критиков этой самой физики будут хорошо заметны, а заодно и разберетесь, где в этой самой физике реально на сегодняшний день есть странное и интересное. это сложно, но интересно.
+++
Как и среднее напряжение в бытовом проводе 220В, равное нулю. Однако если голой мокрой рукой схватитесь - вас убъет. Невзирая на нулевое среднее напряжение. ))
Я демонстрирую наглядно, какой хаос наблюдается в разделе электродинамики сегодня и сейчас.
Посмотрите, например, пояснения к задаче 4.1 вот здесь:
Интерференция света - Задачи
Нет там никакого хаоса. Задачник для школьного курса физики.
--
Мне видится что момент когда у Вас возникла идея что физики врут, это
- вы преподаёте физику и принесли нам типичные ошибки школьников. Потроллить в своё удовольствие
- вы как-то пропустили самое начало всей этой электродинамики включая квантовую
Конкретно не разобрались в явлении магнитного поля вокруг проводника с током. Это опыты начала 19в, Эрстед.
Повторите, покажите что он ошибался и вся современная физика с электроникой и связью станет неправильной.
Начало описания задачи прочитали?
(Задача 4.1)
И? Не понял что вы спросили.
Выше tiriet уверяет меня, что эта величина равна нулю.
Среднее за период ноль, амлитудное и действующее, оно же среднеквадратичное, нет.
Смысл задачи выяснить влияние поляризатора на световою волну произвольной поляризации.
Луч света в задаче представлен, как синусоидальная волна.
Это уровень середины XIX века.
Нет в луче никакой амплитуды напряженности.
Нет напряжённости - нет поля - нет энергии - нет фотона. Всё правильно.
Осталось только выяснить каким макаром, что вам разогревает на завтрак сосики в СВЧ печке.
У отдельного фотона напряженность есть, а «средняя температура по больнице» – нулевая.
Всё правильно. Если пара световых потоков имеют хаотичную поляризацию или фазу фотонов, интерференции не наблюдается.
Начало XIX века, используется солнечный свет, отверстия, щели и зеркала. Свет не монохроматический, не когерентный, не поляризованный.
Интерференцию от двух щелей или от двух зеркал – наблюдали.
А от пары световых лучей нет. Не наблюдали.
От щелей или зеркал к экрану в упомянутых экспериментах шли именно два узких луча.
Эти уже и поляризованы одинаково (примерно) и синфазны.
Какая поляризация? Какая синфазность?
Щель поляризует свет? Или делает его когерентным?
Свет был солнечный, не монохроматический, не когерентный, не поляризованный. У каждого фотона – своя, отличная от соседей по лучу, длина волны и поляризация.
Так и есть. Точнее, из общего числа на экран интерферометра попадут фотоны
- близкие по поляризации
- близкие по длине волны. Остальные улетают в другое место.
"близкие" в смысле что этот процесс имеет вероятностный характер.
с точки зрения волновой теории света- именно что щель делает свет когерентным. и это важно- щель должна быть узкой!
а с точки зрения квантовой физики- все вообще иначе устроено, и даже никаких колебаний напряженности нет в фотонах, ни длины, ни ширины ни толщины. А то, что мы как бы видим в результате колебания напряженности - так это нам кажется! потому что фотоны с нашей катушкой там или антенной иди детектором так взаимодействуют, что нам мерещится волновая теория света. это важно- нам именно мерещится волновая теория света с колебаниями напряженности полей. Но она (волновая теория) вполне себе неплохо позволяет предсказывать поведение антенн, линз, интерферометров и голографических пластинок с поляризационными фильтрами, потому мы ей пользуемся, вполне себе нормально. А Вы постоянно путаете волновую теорию и квантовую. то Вам хочется волны сделать фотонами, то Вам хочется фотоны сделать волнами- и у Вас ничего не сходится. Потому что не сходится классическая физика с квантовой! не сходится! границы применимости классической теории не содержат квантовых явлений. у фотона нет соседей по лучу. и длина волны и поляризация у него- разные. Только вот поляризация- это квантовое свойство! она у него не "вертикальная" или "горизонтальная"- она у него и та и та и ваще- описывается квантовой матрицей из трех чисел! не из двух, и не из одного, а из трех! а в потоке да, куча фотонов складывается как бы в волну с одной нормальной обычной понятной поляризацией. но тоже, кстати, описываемой тремя числами- две амплитуды в перпендикулярных направлениях и один сдвиг фазы между ними.
Спасибо: целых два предрассудка!
Щель делает свет когерентным? Это даже с точки зрения волновой теории неправдоподобно: прошел белый свет сквозь щель и вдруг сделался, например, красным или зеленым?
Фотоны как-бы складываются в волну с определенными амплитудами магнитной и электрической составляющих?
Опять же, неправдоподобно. Как раз об этом моя статья и написана.
с точки зрения волновой теории- некогерентный свет представляет собой вообще поток когерентных волн с переменной фазой. А щель нужна только для того, чтобы из потока волн, идущих с разных направлений расходящимся пучком выбрать поток волн, идущих узкими пучками и ровно с двух направлений- чтобы можно было выделить в явном виде зоны интерференции двух отдельных пучков. две узких близко стоящих щели выхватывают из этого потока близкие колебания- а эти близкие колебания имеют одинаковую или очень близкую фазу. не зависимо от длины волны! поэтому все компоненты белого света, прошедшие через щель- будут не совсем когеррентными, конечно, но близкими по фазам, и чем ближе щели- тем когерентнее будут потоки после них. А для улучшения когерентности свет не сразу пускают на две щели, а сначала пропускают через одну узкую щель- эта узкая щель уже выбирает из всего размазанного по пространству потока разнофазных и разночастотных колебаний только очень узенький пучок, в котором колебания хотя и остаются разной частоты, но зато после прохода этой первой щели остаются только колебания одной фазы для каждой из частот. А если предварительно на щель пустить свет после призмы- то мы и полосу частот сузим- и тогда после первой узкой щели останется вообще поток волн с очень близкой частотой и одной фазой (хотя эта фаза и может меняться со временем- но тут Фурье нам знатно помогает, если в нем разобраться).
А с квантовой точки зрения у нас вообще каждый фотон проходит через обе щели одновременно и интерферирует сам с собой- это ваще неправдоподобно, но в экспериментах по одиночным фотонам они именно так себя и ведут- как будто каждый отдельный фотон проходит сразу по всем возможным путям и сам с собой на всех возможных местах интерферирует. :-)
Про превращение белого в зеленый- нет, белый как состоял из потока красного и зеленого, так и остается. просто от разных частей Солнца, например, к нам идут потоки красного и зеленого с разными фазами, то есть, то, что прилетает сейчас с правого края- имеет одну фазу, а с левого- имеет другую. Но на детекторе постоянно приходят и красные и зеленые и со всех сторон в среднем равномерно- и мы видим однородный белый диск Солнца. А после щели мы из этого всего разнообразия выбираем только очень узкие пучки, идущие из одной части, и в этих пучках уже нет никакого разброса фаз- в них могут быть колебания фазы, но эти колебания происходят одновременно по всему волновому фронту, в целом фаза всего фронта остается одинаковой. поэтому мы после двух щелей имеем белый когерентный свет. когерентный не значит, что в нем только одна частота представлена- это значит, что в нем все колебания друг с другом согласованы, в белом свете- это значит, что у него всегда плоский фронт и фазы всех колебаний в нем (хоть бы и разных цветов) совпадают! а это вполне может быть в белом свете- возьмите меандр, разложите в Фурье- получите белый свет со всеми частотами, но когерентный вполне, и интерференция для него будет очень даже нормально наблюдаться на экране :-).
именно! как бы складываются, и это неправдоподобно, но физике совершенно пофиг на Ваше мнение, она вот такая вот и плевала на то, правдоподобно это, или нет. интерференция одиночных электронов тоже неправдоподобна, а подикожты. И ОТО ваще неправдоподобная, а опять же- работает и плевать хотела на то, нравится оно Вам, или нет :-). и это не предрассудки! это, мать его, эксперимент! вот как хочешь, так и объясняй, почему красный свет любой интенсивности и яркости и сфокусированности- не вызывает фотоэффекта и ионизации паров ртути, а синий- сколь угодно малой интенсивности и яркости и хоть как расфокусированный- вызывает. И почему атомы излучают только на строго фиксированных частотах, а на других- не излучают. и много еще чего такого :-)
И так, на самом деле функция щели вовсе не в том, чтобы сделать свет когерентным.
Щель, подобно призме, раскладывает свет на спектральные составляющие. Некоторый разброс по длинам волн после прохождения щели у фотонов все равно остается.
И остается открытым вопрос: взаимодействуют ли между собой фотоны с различной длиной волны?
я ничего из того, что Вы только что написали- не говорил, с написанным Вами категорически не согласен, вопрос взаимодействия фотонов считаю полностью исследованным еще при создании Стандартной модели и ответ на него считаю абсолютно надежно известным- нет, фотоны не взаимодействуют. Существующий теоретически возможный канал взаимодействия фотонов в природе встречается пренебрежимо редко, как распад протона- если и встречается- то единичные события на всю Вселенную за миллиард лет.
-- Вы привели картинку спектра для солнечного света. Но в нем линейчатые спектры в видимом диапазоне не равны друг другу. И линии водорода и гелия преобладают над линиями кобальта или циркония...
И Физо и Саньяк использовали солнечные лучи после призмы (желто-зелёную полосу-линию). Для двух щелей достаточно монохроматического света(длины волн в цуге совпадают). Достаточно для равноплечевого интерферометра, так как проходят равные дистанции.
Повышенные требования к когерентности возникает для разноплечевого интерферометра. Но, грубо говоря на Солнце более-менне стабильная температура для возбуждения источника и потому длина волны постоянная на длительном интервале. А диод при питании от батарейки через резистор получает нестабильный ток и потому длина волны начинает гулять....
Выделение луча определенного цвета при помощи призмы не делает свет монохроматическим, при этом только сужается диапазон длин волн фотонов.
У каждого фотона по-прежнему своя, отличная от соседей по лучу, длина волны и поляризация.
-- А в конце 19го века воспользовались достижениями Бунзена. Начали использовать горелки и фонари с натрием.(желтые линии. )
-- Такой же фонарь в экспериментах Майкельсона-Морли:
Вы че на меня клевещете-то, совсем охамели в конец? Я утверждал, что среднее значение напряженности в волне- нулевое. Вы разницу между "амплитудой" и "средним значением", "средним квадратом значения" и "квадратом среднего значения" не сечете? а я- секу! амплитуда- это не среднее, а среднее- это не амплитуда. Я про амплитуду ничего не утверждал ваще.
Если желаете, чтобы вас понимали правильно, выражайте мысль короче и яснее.
Так что там с амплитудой напряженности электрического поля в солнечном и в лазерном луче? Какая она с вашей точки зрения?
куда яснее и короче? какое из слов Вам непонятно? из этой формулировки можно только одно слово выкинуть- "реально". все остальные- значимые, и если убрать или заменить любое из них- то формулировка перестанет быть верной. и где тут "амплитуда"?
не понял вопрос. чем-то напоминает вопрос "в каком году Мамай Наполеона победил". вроде и ответить нельзя, и при этом как-то стыдно, что-ли... за вопрошающего... Что значит- какая? в каком луче? в какой среде? в какой момент? импульсный лазер или непрерывный? средняя мощность, скважность, радиус луча, распределение мощности по радиусу? пульсации-биения есть?
Задачи в задачниках ставятся примитивно, без учета всех перечисленных вами подробностей.
Традиция такая, с XIX века.
Считается, что луч света – это плоская электромагнитная волна, с определенной амплитудой напряженности электрического поля.
Неправдоподобно.
Я не знаю, возможно ли такое в принципе хоть при каких-то условиях.
если все так примитивно- то берем среднюю мощность луча, делим на среднюю площадь луча, и по Умову-Пойнтингу определяем интересующие нас амплитуды Е и В.
ну в лазере же получается плоская волна с определенной напряженностью- почему нет? а она там прям экспериментально получается- прямо вот плоская и прямо с постоянной фазой и амплитудой. лазерные гироскопы на этом работают, например- на постоянстве фазы генерируемой лазером волны. они колебания этой фазы ловят и угол поворота по ним определяют.
кстати, про "неправдоподобно"- https://www.youtube.com/watch?v=WhSLqh8LxUI&t=447s эксперимент с отложенным квантовым ластиком. детское такое описание для начальной школы. Посмотрите, где в физике реально "неправдоподобно" :-). а это эксперимент! прямо почти классический опыт Юнга, в котором одновременно и интерференционная картина как от волн, и две полосы, как от частиц, и при этом реально неправдоподобно, потому что та хрень, которая влияет на интерференцию или ее отсутствие- происходит сильно позже того, как фотоны падают на наблюдательный экран! не просто в другом месте находится- а находится далеко и в будущем.
Ну с ним не так то и просто разобраться.
Это неверно. Связь и электроника, - это прикладные навыки использования явления. А не глубокое понимание его принципов.
Даже закон Ома не работал бы как сейчас. Даже на постоянном токе наверное не говоря уже о прочем
А закон Ома и не работает. Потому что это вообще не закон. Это удобная для инженеров запись всеобщей договорённости о том как надо интерпретировать явления происходящие в цепи.
Вы демонстрируете свою неспособность читать! "световой вектор Е" означает, что в данной точке пространства есть какое-то поле электрическое поле, у него есть какой-то вектор напряженности Е, и часть этой напряженности определяется какими-то внешними там условиями или еще чем, а часть этой напряженности- определяется падающим светом, и речь идет именно о той части вектора Е, которая определяется световым потоком. это не какой-то "световой вектор" который Е, как какой-то "вектор Е", который принадлежит "свету"! Поздравляю, шарик, ты балбес!
и ссылаетесь Вы на какой-то сайт, на котором выложена какая-то методичка с какими-то задачами с каким-то текстом, написанным каким-то может быть даже белковым автором. Может быть- даже Вами. это не в электродинамике хаос. это Вы- хаос, в голове.
Коллега, вы подняли чрезвычайно важную и необныкавенна интересную тему - вектор... состояния фотона. Да, не удивляйтесь тому, что я называю вас коллегой. Ибо... эмм... ибо... кароч, вам осталось сделать всего пару шагов, чтобы перейти от классических векторов к квантовым. И тогда вы утрёте нос Тириету и прочим... )
На официальных схемах обычно представлена поперечная, от вектора распространения, поляризация.
И совершенно отсутствует предположение о продольной(типа невписывается в предлагаемую теорию)
Притом что предлагаемая теория предполагает фазу активного электромагнитного проявления фотона как волны.
Тем не менее, активной фазы электромагнитных свойств лично я в публикуемых опытах так и не наблюдал при отсутствии в непосредственной близи материальных объектов с выраженным электромагнитными свойствами.
Что позволяет предположить, что этих электромагнитных свойств у пассивного(движение с постоянной скоростью и отсутствие других взаимодействий, кроме собственно потока) фотона нет.
Что косвенно подтверждается игнорированием фотонами собственно электрических или магнитных полей.
Стоит предположить, что механизм фотона сложен на иных принципах, совместимых с механизмами атомарного строения, но не электромагнитными.
Мы знаем, что уравнения Эйлера газодинамики выводятся из уравнения Больцмана вычисляя моменты в пространстве скоростей. В результате получаем уравнения сплошной среды - газа. Уравнение Больцмана квантовано, так как описывает частицы. При вычислении моментов квантованость исчезает как результат усреднения. Так и должно быть. Но никому не приходит в голову квантовать уравнения Эйлера, то есть из сплошной среды выделять частицы - всё понимают, что это бред (кроме американцев, разумеется). Тем более при усреднении многое теряется.
Уравнения Максвелла, своего рода аналог газодинамики, описывают распространение волн в сплошной среде. Логично предположить, что должно быть мастер-уравнение, описывающее частицы, моменты которого и должны дать именно уравнения Максвелла. Оно неизвестно, но на его существование указывает, например, уравнение переноса излучения, тоже являющимся другой аппроксимацией того неизвестного мастер-уравнения. Есть смысл поискать это мастер-уравнение. Там и появятся настоящие фотоны.
Но! Пендос, нарцисс, телеучёный и позёр Файнман решил совершить немыслимое: проквантовать уравнения Максвелла! И проквантовал, чёрт американский, сплошную среду! В результате имеем американское говно под брэндом “квантовая электродинамика”.
Жуйте, Шура, жуйте, чи-и-и-збургеры - они американские... Говно к зубам не липнет, нет?
Не знаю, док, Балаганов куда-то запропастился. Да, эт я про нашего туриста-любителя. Кстати, как я вам в роли Бендера, похож на настоящего квантового физика-теоретика?
Подбираю ещё персонажа на роль Паниковского. У вас нет никого на примете?)
Яна! Как вам? Паниковский в юбке?
Эмм... может быть, всё же лучше пригласить Яну на роль Эллочки-людоедки?)
https://aftershock.news/?q=comment/16139013#comment-16139013
Электромагнитная волна состоит из фотонов. Нет-нет, не подобно тому, как волна на поверхности воды состоит из молекул. Отнюдь...
С чем бы это можно сравнить? Пожалуй, с фракталом. То есть, каждый отдельный фотон это электромагнитная волна в миниатюре... с предельной минимально допустимой амплитудой, меньше которой не бывает. Подумайте над этим... )
Причём тут фракталы?
Фотон характеризуется энергией, E = hν, и поляризацией. Амплитуда - это из квантования уравнений Максвелла. Предположили, что так можно, в результате получили дичь, но никого (почти никого) это не смущает.
Когда мы смотрим на фрактал через лупу, то видим те же самые структуры, что и невооружённым глазом. Только в случае с фотоном немножко не так...
Кароч, если мы посмотрим на электромагнитную волну, то увидим... расширяющуюся со скоростью света окружность. Надеюсь, вы не поняли меня буквально? Окей, идём дальше. Если теперь мы посмотрим на один-единственный фотон, испущенный атомом, то увидим... ту же самую окружность. Ну, теперь понятно?)
Может к луносрачу добавить и фотоносрачь?
Страницы