Импульс фотона

[tasfinder]

Фотон от удаленного источника прошел сразу через две щели и поглотился экраном в геометрической тени. Получил какой нибудь импульс первый экран? Если получил, то можно ли оценив импульс предсказать точку попадания?

[whiterussian]

Задача поставлена принципиально неверно. Попробуйте сформулировать еще раз.

[Munin]

Конструкция из щелей, экранов, дифракционной картины - это картина волновой оптики, "рисуемая" множеством фотонов. Для отдельных фотонов она играет роль вероятностного описания: интенсивность света в какой-то точке есть вероять обнаружить там фотон. Отдельные фотоны "проходят" по этой картине, согласно этим вероятностям, и в конце концов поглощаются где-то. И вот тут наступает момент квантового поведения фотона: в итоге всего этого приключения фотон ни с чем не взаимодействует, ни обо что не ударяется, кроме только того объекта, которым он поглотился, и вот ему он передаёт полностью тот импульс и ту энергию, которые у него есть.

На уровне правил диаграмм Фейнмана, типичная история многих квантовых частиц, например, электронов, состоит из многих взаимодействий - соударений, попаданий в другие объекты и столкновений с ними. На фоне этого, начало и конец истории, где электрон был порождён, и где будет уничтожен, могут быть незаметны. У фотона другая история: его линия может только начинаться или заканчиваться где-то, но не сталкиваться или упруго отражаться. Когда отражается или преломляется свет, на самом деле, старые фотоны поглощаются, и переизлучаются новые. Поэтому, для фотона не бывает промежуточных столкновений, по которым можно предсказать его дальнейшее движение.

[tasfinder]

Munin в сообщении #559204 писал(а):

И вот тут наступает момент квантового поведения фотона: в итоге всего этого приключения фотон ни с чем не взаимодействует, ни обо что не ударяется, кроме только того объекта, которым он поглотился, и вот ему он передаёт полностью тот импульс и ту энергию, которые у него есть.

Этот ответ конечно самый удобный из всех остальных, но и он вызывает много вопросов. Получается, что пролетев через щель/щели и изменив направление движения на, скажем, 90 градусов, (один из миллиарда так и сделает) , он двигаясь в новом направлении куда то далеко в сторону Марса или еще дальше, несет с собой импульс перпендикулярный направлению своего нового движения?? То есть движется в одну сторону, а импульс у него совсем в другую сторону? Непонятно как то.

[Munin]

tasfinder в сообщении #559237 писал(а):

Этот ответ конечно самый удобный из всех остальных

Он не "самый удобный", он просто правильный. Так ведут себя фотоны, это обнаружено в экспериментах, и описано в теории. Я просто излагаю её вкратце (и без формул, что, в общем-то, нехорошо).

tasfinder в сообщении #559237 писал(а):

Получается, что пролетев через щель/щели и изменив направление движения на, скажем, 90 градусов, (один из миллиарда так и сделает) , он двигаясь в новом направлении куда то далеко в сторону Марса или еще дальше, несет с собой импульс перпендикулярный направлению своего нового движения??

Нет, он несёт импульс, направленный в сторону своего нового движения. Но получил он этот импульс от источника света, а не от щелей и препятствий.

Бывают случаи, когда частица имеет импульс, не сонаправленный с направлением движения, но они более сложные. Таким свойством может обладать виртуальная частица, и квазичастица в сплошной среде. В теоретической физике понятие "импульс" определяется не так, как в школе, не по соотношению $\mathbf{p}=m\mathbf{v},$ а иначе, и поэтому в такой несонаправленности нет, в принципе, ничего удивительного.

[Alex-Yu]

tasfinder в сообщении #559198 писал(а):

Фотон от удаленного источника прошел сразу через две щели и поглотился экраном в геометрической тени. Получил какой нибудь импульс первый экран? Если получил, то можно ли оценив импульс предсказать точку попадания?

Поскольку фотон в результате измерения на втором экране оказался в определенной точке этого экрана, тангенциальный к экрану импульс неопределен. Тогда и импульс, переданный щелям, тоже неопределен.

[tasfinder]

Alex-Yu в сообщении #559253 писал(а):

Поскольку фотон в результате измерения на втором экране оказался в определенной точке этого экрана, тангенциальный к экрану импульс неопределен. Тогда и импульс, переданный щелям, тоже неопределен.

Как это неопределен? После прохождения неопределен, а после поглощения экраном мы можем измерить и величину и направление импульса который получил экран.

[Alexandr007]

Munin в сообщении #559245 писал(а):

Но получил он этот импульс от источника света, а не от щелей и препятствий.

Тут есть непонятки. На узкую щель падает плоская волна с нулевым разбросом по импульсу. После прохождения щели прошедшая волна будет иметь заметный разброс импульса. Вроде бы единственный источник этого разброса - экран.

[tasfinder]

Munin в сообщении #559245 писал(а):

Нет, он несёт импульс, направленный в сторону своего нового движения. Но получил он этот импульс от источника света, а не от щелей и препятствий.

Хорошо. Я понимаю что с точки зрения фотона его излучение и поглощение это практически один взаимосвязанный процесс, поскольку он движется со скоростью света и по его собственному времени и то и другое происходит одновременно. Но как это выглядит с точки зрения наблюдателя? Фотон испущенный звездой пять лет назад получается до сих пор не получил импульса от атома а атом еще не знает какой импульс он отдал? Мы можем пропустить фотон через три щели и развернуть его на 180 градусов перед поглощением. Когда в ИСО Земли атом узнает какой импульс он отдал? сейчас, или еще через пять лет?

-- 12.04.2012, 14:12 --

Alexandr007 в сообщении #559263 писал(а):

Тут есть непонятки. На узкую щель падает плоская волна с нулевым разбросом по импульсу. После прохождения щели прошедшая волна будет иметь заметный разброс импульса. Вроде бы единственный источник этого разброса - экран.

Если экран со щелями получит импульс от изменившего направление движения фотона, то тут уж точно никакой неопределенности не будет, будет полная определенность.

[Alex-Yu]

tasfinder в сообщении #559266 писал(а):

Фотон испущенный звездой пять лет назад получается до сих пор не получил импульса от атома а атом еще не знает какой импульс он отдал?

Именно так и есть согласно КМ. Все это кажется совершенно неправдоподобным, но, -- черт побери! -- все эксперименты показывают, что все так и есть на самом деле.

Эти вопросы очень широко обсуждались лет так 80 назад (знаменитая дискуссия Эйнштейна с Бором). Показать противоречивость КМ так и не удалось. Хотя с КМ "воевали" и наиболее выдающиеся физики всех времен и народов, "войну" они проиграли, совершенно честно проиграли, без каких-либо подтасовок. Можете, конечно, тоже ввязаться в эту "войну", но знайте заранее, это "война" практически с нулевой надеждой на успех. Примитивно-простеньких рассуждений на счет импульса атома, испустившего фотон, тут не хватит. Тут нужно что-то несравнимо более нетривиальное. Это нетривиальное пока никому найти не удалось. Хотя старательно искали наиумнейшие люди планеты.

[tasfinder]

Alex-Yu в сообщении #559281 писал(а):

Именно так и есть согласно КМ. Все это кажется совершенно неправдоподобным, но, -- черт побери! -- все эксперименты показывают, что все так и есть на самом деле.

Мне тоже кажется это немного неправдоподобным. Получается добавляя или убирая систему из трех щелей и разворачивая часть фотонов в другую сторону мы управляем импульсом источника света в пяти световых годах отсюда. Получается какой то сверхсветовой передатчик сигналов, небольшой и экономичный, можно сказать карманный.

-- 12.04.2012, 15:50 --

Рабочее тело представляет собой невесомую отражающую пленку висящую в воздухе и отклоняющую луч лазера под углом 90 градусов (с переизлучением фотонов). Отражатель удерживается в рабочей зоне ламинарными потоками воздуха. В качестве приемника используется конструкция из трех щелей отклоняющая часть фотонов в обратную сторону и при необходимости перекрываемая заслонкой. Вопрос: через какое время после закрытия заслонки изменится импульс рабочего тела?

[tasfinder]

Ну что, может быть кто ни будь возьмется численно оценить эффект? Источник когерентного излучения- полупроводниковый лазер (лазерная указка) - мощность 10 мВт, длина волны 780 нм. Рабочее тело - пьезокристалл с посеребренным торцом массой 1г. Приемник излучения - четырехгранная пирамидка из дифракционных решеток заключенная в непрозрачный шарик открытый с одной стороны. Шарик находится в крутящемся барабане с прорезями для регистрации импульсов на пьезокристалле.

[Alex-Yu]

tasfinder в сообщении #559299 писал(а):

Получается какой то сверхсветовой передатчик сигналов, небольшой и экономичный, можно сказать карманный.

А вот этого как раз и не получается! Давным-давно проанализировано. Своего рода "сверхсветовая корреляция случайных процессов" -- получается. А сверхсветовая передача информации -- нет.

Попробуйте поискать по ключевым словам "парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена". То, о чем Вы говорите, это по существу он и есть, лишь модифицировано по сравнению с оригинальным (но это не принципиально). У Эйнштейна и пр. рассматривалась ситуация, более легко реализуемая экспериментально. Но суть та же. Это очень старая тема

Полезно еще почитать книжку Гайзенберга "Часть и целое" (совершенно популярного уровня). И многое-многое другое. Но вот чтобы об этом рассуждать, надо сначала основательно изучить КМ вместе со всей ее математикой. Это очень необычная теория. И самое удивительное при этом в том, что она соответсвует действительности. Проверенно на чертову прорву рядов

[Munin]

Alexandr007 в сообщении #559263 писал(а):

Тут есть непонятки. На узкую щель падает плоская волна с нулевым разбросом по импульсу. После прохождения щели прошедшая волна будет иметь заметный разброс импульса. Вроде бы единственный источник этого разброса - экран.

Верно (читая "экран" как "экран с щелями", а не как "экран, на котором наблюдается дифракционная картина"). Но возникать этот разброс будет за счёт тех фотонов из плоской волны, которые будут поглощаться экраном, а не за счёт тех, которые будут проходить сквозь щели. Забывать про эти поглощённые фотоны нельзя. Если вы возьмёте только прошедшие фотоны, и попытаетесь составить падающую волну только из них, она вовсе не будет плоской. Она будет такой же дифракционной картиной в пространстве, только развёрнутой во времени, "сфокусированной" на щелях.

А забывать про эти фотоны забывают часто. Ещё бы, ведь они в конечном результате не участвуют. Хотя их - подавляющее большинство из тех, которые пришли от источника.

tasfinder в сообщении #559299 писал(а):

Мне тоже кажется это немного неправдоподобным. Получается добавляя или убирая систему из трех щелей и разворачивая часть фотонов в другую сторону мы управляем импульсом источника света в пяти световых годах отсюда.

Нет, если вы учтёте импульс фотонов, испущенных этим источником света, и поглощённых экраном с щелями. Просто импульс всего света по-разному раскладывается на импульсы прошедшего и поглощённого света. В свете самом по себе отдельных фотонов нет, можно говорить только об их суммарном количестве (и то, с некоторой неопределённостью). Какие именно фотоны будут выделены из света - и определяется системой препятствий.

[m_sb]

Munin в сообщении #559245 писал(а):

tasfinder в сообщении #559237 писал(а):

Этот ответ конечно самый удобный из всех остальных

Он не "самый удобный", он просто правильный. Так ведут себя фотоны, это обнаружено в экспериментах, и описано в теории. Я просто излагаю её вкратце (и без формул, что, в общем-то, нехорошо).

tasfinder в сообщении #559237 писал(а):

Получается, что пролетев через щель/щели и изменив направление движения на, скажем, 90 градусов, (один из миллиарда так и сделает) , он двигаясь в новом направлении куда то далеко в сторону Марса или еще дальше, несет с собой импульс перпендикулярный направлению своего нового движения??

Нет, он несёт импульс, направленный в сторону своего нового движения. Но получил он этот импульс от источника света, а не от щелей и препятствий.

Бывают случаи, когда частица имеет импульс, не сонаправленный с направлением движения, но они более сложные. Таким свойством может обладать виртуальная частица, и квазичастица в сплошной среде. В теоретической физике понятие "импульс" определяется не так, как в школе, не по соотношению $\mathbf{p}=m\mathbf{v},$ а иначе, и поэтому в такой несонаправленности нет, в принципе, ничего удивительного.

Странно, в обсуждаемой проблеме речь идет о реальных фотонах, а не о виртуальных, переносчиках электромагнитного взаимодействия. Излученный реальный фотон уже "забыл" об источнике света.