Фотоны в современной трактовке

[Munin]

warlock66613 в сообщении #750359 писал(а):

Что касается фотона, то да, получается, что всё-таки не материальный объект (т. к. материальный объект должен иметь форму, а фотон - сам является формой).

С тем, что написано в скобочках, я не согласен. Физика элементарных частиц имеет дело с частицами, а они формы не имеют, в подавляющем большинстве. И что они, нематериальны? Или, какую форму имеет электромагнитное поле?

Насчёт фотона... дело в том, что имхо, физика вышла на такие просторы, на которых философия уже не действует и за физикой не поспевает. Мучиться вопросом "материален фотон или нематериален" просто незачем. Для физики это не имеет ни малейшего значения. Философия может удовлетвориться любым ответом, но ей не достанется такой роскоши, как однозначность этого ответа. Физика имеет дело с математическими моделями, которые могут быть по-разному изложены, если в них сместить некую "точку отсчёта" (в условном смысле, например, выбрать другую калибровку, или переопределить вакуум). Вычисления наблюдаемых в эксперименте величин при этом останутся теми же самыми, а вот "ответы на философские вопросы" - нет. И я не вижу в этом ничего плохого.

Конкретно насчёт фотона: можно его считать материальным. Но тогда по той же логике, приходится считать материальным фонон (рассчитываю, что вы знаете, что это такое, и как он в ФТТ вводится). Это уже несколько необычно. (Напомню, что спектр квазичастиц в разных средах разный, и даже в одной среде в разных условиях разный.) Кроме того, приходится считать материальными такие вещи, как состояния квантовых систем, например, атомов, а они могут комбинироваться в суперпозиции, и для материальных сущностей это непривычные свойства. С другой стороны, если отказывать в материальности фотону, то получается, что "материальность" - не есть что-то постоянное, имманентное, присущее реальности самой по себе, а меняется по мере нашего познания реальности: сначала мы считали материальными атомы, потом фотоны, теперь уже их не считаем материальными, а отодвигаем "материальность" дальше, приписываем её только квантованному полю. А если в будущем мы и поле осознаем как некую вторичную сущность по сравнению с чем-то более глубоким (теми же струнами)? Тогда и поле придётся признать нематериальным. Такое положение дел тоже чувства удовлетворения не оставляет.

dvb в сообщении #750364 писал(а):

Максимум, что можно выдавить из этой схемы: фотон рождается в точке и поглощается в точке. Что с ним происходит в промежутке мы можем только гадать.
И будем это делать, пока не начнем изучать экспериментально.

Пока не начнём изучать экспериментально что?

Что происходит с фотоном в промежутке - это экспериментально изучается и изучено давным-давно. С 1948 года. Называется "радиационные поправки в квантовой электродинамике". Так что не надо здесь пропаганды невежества в духе "и я ничего не знаю, и вы ничего не знаете".

dvb в сообщении #750364 писал(а):

До тех пор, пока ВФ считалось амплитудой вероятности

Она и сейчас считается амплитудой вероятности.

dvb в сообщении #750364 писал(а):

то есть чем-то не очень материальным

А вот это бросьте.

Волновая функция - это самое фундаментальное описание объекта, которое у нас есть. Если её не считать материальным, то что же?

dvb в сообщении #750364 писал(а):

но теперь-то, хвала Аллаху, пришли к концепции квантовых полей

К ней пришли в том же году, в котором и к волновой функции (1926). Причём даже с опережением: Борн, Гейзенберг и Йордан квантовали поле по модели Гейзенберга (1925), ещё до того, как появилась модель Шрёдингера (1926).

dvb в сообщении #750364 писал(а):

Но, скажем, на частоте 50Гц я не знаю, как можно излучить ровно один фотон.

Да, это трудно. Потому что у него будет очень малая энергия, порядка $10^{-13}\text{ эВ}.$ Скорее всего, придётся использовать сверхпроводимость и одноэлектронные устройства. Но нереалистичного в этом ничего нет, просто, может быть, выходит за пределы нынешних возможностей.

В радиоволнах один фотон можно излучить и атомно-молекулярными системами. Например, знаменитая радиоволновая линия 21 см испускается атомами водорода, и значит, по одному фотону за раз.

[warlock66613]

Munin в сообщении #750509 писал(а):

Конкретно насчёт фотона: можно его считать материальным. Но тогда по той же логике, приходится считать материальным фонон (рассчитываю, что вы знаете, что это такое, и как он в ФТТ вводится). Это уже несколько необычно. (Напомню, что спектр квазичастиц в разных средах разный, и даже в одной среде в разных условиях разный.) Кроме того, приходится считать материальными такие вещи, как состояния квантовых систем, например, атомов, а они могут комбинироваться в суперпозиции, и для материальных сущностей это непривычные свойства. С другой стороны, если отказывать в материальности фотону, то получается, что "материальность" - не есть что-то постоянное, имманентное, присущее реальности самой по себе, а меняется по мере нашего познания реальности: сначала мы считали материальными атомы, потом фотоны, теперь уже их не считаем материальными, а отодвигаем "материальность" дальше, приписываем её только квантованному полю. А если в будущем мы и поле осознаем как некую вторичную сущность по сравнению с чем-то более глубоким (теми же струнами)? Тогда и поле придётся признать нематериальным. Такое положение дел тоже чувства удовлетворения не оставляет.

Ну то есть всё что требуется - это дать такое определение "материальности", чтобы оно было вполне удовлетворительным. В таком случае, я думаю, надо исходить не из того, насколько сущность фундаментальна, первична, а наоборот - из того, насколько чётко она определена, отграничена, насколько она важна для описания происходящего, насколько эмерджентные свойства, ей присущие, являются определяющими. Я думаю, если пойти в этом направлении, то можно придумать хорошее определение фундаментальности.

-- 30.07.2013, 21:45 --

dvb в сообщении #750364 писал(а):

Максимум, что можно выдавить из этой схемы: фотон рождается в точке и поглощается в точке.

Ну а спрашивать, точечен ли фотон или нет, пока он летит и ни с чем не взаимодействует - бессмысленно. Мы же не можем это проверить. Ну то есть вообще никак, в принципе.

[Veter]

warlock66613 в сообщении #750574 писал(а):

Ну а спрашивать, точечен ли фотон или нет, пока он летит и ни с чем не взаимодействует - бессмысленно

Первый вопрос по поводу фотона это существует ли фотон в полете (в суперпозиции состояний) как материальный объект.
Точечный он или нет это вторично.

[dvb]

warlock66613 в сообщении #750574 писал(а):

Ну а спрашивать, точечен ли фотон или нет, пока он летит и ни с чем не взаимодействует - бессмысленно.

Согласен. Я даже не уверен, что к нему можно применить понятие "летит". Я бы сказал, что между актами излучения и поглощения он имеет место в пространстве резонатора (под резонатором я понимаю все пространство, в котором есть шанс его поглотить). Для начала в качестве такового приму все пространство лаборатории, потом буду выставлять всякие преграды и постепенно выясню, куда и с какой вероятностью он имеет шанс попасть и в какое время между излучением и поглощением. Очень скоро выяснится, что фотон не шарахается по углам, а как-то придерживается оптических путей. А уж там я с ним разберусь.
Единственное, что мне нужно для этого: достаточно точно знать момент испускания и момент поглощения. И еще мне нужно точно знать, что я испустил ровно один фотон, иначе я с ними с ума сойду. Вот не знаю, наступило ли сейчас время, когда эти условия можно реализовать в лаборатории, а не на бумаге. А уж точечный он, при каких условиях и в какой степени - это вопрос экспериментальный.

[Munin]

warlock66613 в сообщении #750574 писал(а):

Ну то есть всё что требуется - это дать такое определение "материальности", чтобы оно было вполне удовлетворительным.

Ага, и вопрос, зачем и кому это нужно :-)

Моё личное определение "материальности" для внутреннего пользования: материально всё, что имеет лагранжиан :-D

dvb в сообщении #750590 писал(а):

Очень скоро выяснится, что фотон не шарахается по углам, а как-то придерживается оптических путей.

А вот и нет. См. популярную (!) книжку Фейнмана "КЭД: странная теория света и вещества". ("Как-то" можно говорить о пространстве с шириной $\lambda^2/d.$)

dvb в сообщении #750590 писал(а):

Единственное, что мне нужно для этого: достаточно точно знать момент испускания и момент поглощения. И еще мне нужно точно знать, что я испустил ровно один фотон, иначе я с ними с ума сойду. Вот не знаю, наступило ли сейчас время, когда эти условия можно реализовать в лаборатории, а не на бумаге.

С одним фотоном всё просто: достаточно прикрутить крантик на источнике настолько, чтобы он плевался фотонами редко-редко.

С моментами испускания и поглощения всё хуже, там соотношение неопределённостей Вернера нашего Гейзенберга. Ну, вы знаете, что это такое.

[Veter]

dvb в сообщении #750590 писал(а):

Очень скоро выяснится, что фотон не шарахается по углам, а как-то придерживается оптических путей.

Вероятность того что фотон будет найден шарахающимся по углам мала, а вероятность того что фотон будет найден в районе оптических путей велика.
Фотон "размазан" по всей вселенной с разной плотностью вероятности.

[warlock66613]

Veter в сообщении #750675 писал(а):

Фотон "размазан" по всей вселенной с разной плотностью вероятности.

Насколько я знаю, для фотона это не совсем верно, а точнее совсем не верно. На масштабах меньше того самого $\lambda^2/d.$ он по пространству уже не "размазан", у него вообще нет какой-либо координатной волновой функции. Если я правильно понимаю, именно это имел в виду Munin:

Munin в сообщении #750596 писал(а):

А вот и нет. См. популярную (!) книжку Фейнмана "КЭД: странная теория света и вещества". ("Как-то" можно говорить о пространстве с шириной $\lambda^2/d.$)

[Munin]

warlock66613 в сообщении #750708 писал(а):

Насколько я знаю, для фотона это не совсем верно, а точнее совсем не верно. На масштабах меньше того самого $\lambda^2/d.$ он по пространству уже не "размазан", у него вообще нет какой-либо координатной волновой функции.

Ну, с волновой функцией у фотона вообще проблемы, а вот что вы имеете в виду, я не очень понял.

[Veter]

warlock66613 в сообщении #750708 писал(а):

Насколько я знаю, для фотона это не совсем верно, а точнее совсем не верно. На масштабах меньше того самого $\lambda^2/d.$ он по пространству уже не "размазан", у него вообще нет какой-либо координатной волновой функции.

размазан было в кавычках.
Вероятность обнаружить ваш лабораторный фотон в окрестностях Альфа-Центавра не равна 0.

[dvb]

Veter в сообщении #750758 писал(а):

Вероятность обнаружить ваш лабораторный фотон в окрестностях Альфа-Центавра не равна 0.

Это не страшно. Теми, которые устремятся к Альфа-Центавра я доверяю заняться Вам. Запишу в погрешности и буду скорбеть об утрате. Сам займусь только теми, которые следуют оптическим путям.

[Veter]

dvb в сообщении #750813 писал(а):

Это не страшно. Теми, которые устремятся к Альфа-Центавра я доверяю заняться Вам. Запишу в погрешности и буду скорбеть об утрате. Сам займусь только теми, которые следуют оптическим путям.

Они не устремятся. Они там находились в потенции. То есть в потенциальной возможности обнаружить их там.

Если вы говорите о движении фотона то тем самым оперируете локализованным объектом.
Нелокализованный объект не может двигаться. В этом случае меняется плотность вероятности в пространстве.

[Munin]

dvb в сообщении #750813 писал(а):

Запишу в погрешности и буду скорбеть об утрате.

Одна проблемка: эта "погрешность" расходится.

Veter в сообщении #750815 писал(а):

Если вы говорите о движении фотона то тем самым оперируете локализованным объектом.

Не городите чушь.

Veter в сообщении #750815 писал(а):

Нелокализованный объект не может двигаться.

Волна на воде, например, движется.

[Veter]

Munin в сообщении #750840 писал(а):

Волна на воде, например, движется.

Волна на воде локализована. У нее есть минимум и максимум в определенных местах.

[Munin]

Veter в сообщении #750842 писал(а):

Волна на воде локализована.

(Где здесь смайлик, крутящий пальцем у виска?)

Veter в сообщении #750842 писал(а):

У нее есть минимум и максимум в определенных местах.

Это не называется "локализована". Почитайте теорию волн хотя бы на уровне курса "Общей физики".

[Veter]

Munin в сообщении #750848 писал(а):

Это не называется "локализована". Почитайте теорию волн хотя бы на уровне курса "Общей физики".

http://www.slovarnik.ru/html_tsot/l/lokal5nost5.html