Фотоны в современной трактовке

[Lev65]

Munin: Спасибо за ссылку. Тема очень глубокая,фундаментальная,ну и, конечно же, очень интересная!

[Munin]

Я рад за вас! И приятно слышать благодарность. Нечасто это бывает :-)

[dvb]

Lev65 в сообщении #758511 писал(а):

Munin: Спасибо за ссылку.

Присоединяюсь и сожалею, что вовремя не поступил так же.

Вот цитата из популярной статьи Игоря Иванова
"Закрученный свет и закрученные электроны: обзор последних результатов"
отсюда:
http://elementy.ru/lib/432009

Цитата:

закрученность и циркулярная поляризация — это два совершенно разных явления, две независимые степени свободы, которые вы можете «внедрить» в свет. Бывает свет с поляризацией, но без закрученности (это как раз обычный случай), бывают волны с закрученностью, но без поляризации (например, не свет, а акустические закрученные волны), бывают волны с тем и с другим, или же без того и без другого.
Разница тут вот в чем. Картинка с циркулярной поляризацией нарисована для плоской волны. Она показывает ориентацию электрического поля в разных точках вдоль луча. При этом считается, что эта ориентация одна и та же во всей поперечной плоскости. Картинка же с закрученным светом показывает не электрическое поле, а именно волновой фронт. Он не плоский, тут фаза волны меняется не только при движении вдоль луча, но и при смещении в поперечной плоскости

Там дальше речь идет и о закрученных электронах, но да бог с ними... Ограничимся фотоном. На классически-полевом уровне для электромагнитной волны я как-то еще могу это представить: следим за полем в двух плоскостях через период - при круговой поляризации направления совпадают, а тут вот нет - поле вращается быстрее!
Но вот у нас ровно один фотон. Я как-то привык, что фотон, как любая элементарная частица, характеризуется набором каких-то квантовых чисел. Тогда что за параметр "закрученность"? Или это коллективное свойство совокупности фотонов? А если нет, тогда собственным состоянием какого оператора является состояние "один закрученный фотон"? Какой момент переносит такой фотон? Как такой фотон взаимодействует с классическим поляризатором?

[Munin]

dvb в сообщении #759839 писал(а):

Присоединяюсь и сожалею, что вовремя не поступил так же.

Если вы про сказать спасибо, то никогда не поздно :-) (Ну, пока я ещё не помер.)

dvb в сообщении #759839 писал(а):

На классически-полевом уровне для электромагнитной волны я как-то еще могу это представить: следим за полем в двух плоскостях через период - при круговой поляризации направления совпадают, а тут вот нет - поле вращается быстрее!

По-моему, это неправильно. Закрученное поле - это вот что такое. Представьте себе отмеченные в пространстве точки гребней волны. В плоской волне они образуют, очевидно, плоскости. Но можно расположить их и иначе. Пусть они образуют винтовые поверхности (как винтовая лестница, но с очень большим радиусом). В центре, на оси, разумеется, поля вообще не будет. Но оно нам и не интересно. Вокруг оси поле будет интересное: локально оно выглядит как плоская волна, повёрнутая под углом к оси. Разумеется, такая волна будет распространяться с некоторым расхождением в стороны от оси. Но это не страшно. Например, обычная плоская волна тоже расходится (если пучок ограничен в поперечном направлении).

dvb в сообщении #759839 писал(а):

Но вот у нас ровно один фотон. Я как-то привык, что фотон, как любая элементарная частица, характеризуется набором каких-то квантовых чисел. Тогда что за параметр "закрученность"?

У каждой частицы есть два угловых момента: собственный (спин) и орбитальный. Например, когда частица крутится вокруг другой частицы, она имеет орбитальный момент. Аналогично орбитальный момент может иметь и квантовая частица. Например, в атоме водорода электрон на $2p_+$-орбитали (напомню, $2p_+=\tfrac{1}{\sqrt{2}}(2p_x+i\,2p_y)$). Из квантовой механики следует, что орбитальный момент квантован, и имеет величину, кратную целому числу $\hbar.$ В этом его отличие от спина: спин может быть полуцелым. Квантование возникает из требования, чтобы волновая функция была непрерывна во всём пространстве, не имела поверхностей разрыва. Тогда при обходе по любому контуру, она изменяется либо на множитель единицу, либо на $e^{i\,2\pi k}.$ Разумеется, если в. ф. по контуру совершает обороты на комплексной плоскости, то этот контур охватывает линию, на которой в. ф. зануляется. Для электрона на $2p_+$-орбитали - это ось $z.$ Для описанной мной выше "винтовой волны" - это ось винта.

[Nikitin]

В теме "Помогите решить / разобраться" не нашел раздела про СТО, квантовую механику, раздел "Прочее" - архивный. Вопрос: почему фотоны могут жить только двигаясь со скоростью света? Как нулевая масса покоя связана с этим? В состоянии покоя его энергия равна нулю . Это разве означает, что фотон не может существовать с сост. покоя, и тем более, двигаться со скоростью напр. 50% скорости света? Почему при попытке замедлить фотон, он должен обязательно поглотиться?

Объяснение , что замедляясь (речь идет про фотон в вакууме) фотон теряет энергию и нарушается закон сохранения энергии, выглядит каким-то искусственным. Выведенные людьми законы не могут быть причиной физ. явлений.

[DimaM]

Nikitin в сообщении #783874 писал(а):

Вопрос: почему фотоны могут жить только двигаясь со скоростью света? Как нулевая масса покоя связана с этим? В состоянии покоя его энергия равна нулю . Это разве означает, что фотон не может существовать с сост. покоя, и тем более, двигаться со скоростью напр. 50% скорости света?

У частицы с нулевой массой (выражение "масса покоя" устарело, лучше его не употреблять) энергия равна нулю не только в покое, но и при любой досветовой скорости.

[Nikitin]

Цитата:

энергия равна нулю не только в покое, но и при любой досветовой скорости.

Почему это? Энергия равна произведению частоты и постоянной Планка. Следовательно, частота может меняться. Но это опять ручной метод. "Фотон нельзя замедлить, потому что энергия будет равна нулю". Фотон не в курсе про слово "энергия". Пытаемся замедлить фотон. Почему он исчезает? В чем суть явления?

[DimaM]

Nikitin в сообщении #783907 писал(а):

Почему это?

Потому что энергия равна $\gamma mc^2$ - при $m=0$ выходит ноль для любой $v<c$.

[Nikitin]

DimaM в сообщении #783909 писал(а):

Nikitin в сообщении #783907 писал(а):

Почему это?

Потому что энергия равна $\gamma mc^2$ - при $m=0$ выходит ноль для любой $v<c$.

К слову, при скорости света получается неопределенность вида 0/0?

Но опять-таки, если у нас в формулах получается нуль, это разве влияет на физ. процесс? Физическому процессу должно быть по барабану на наше мнение и наши теоретические выкладки, он происходит даже независимо от существования людей.

[DimaM]

Nikitin в сообщении #783918 писал(а):

К слову, при скорости света получается неопределенность вида 0/0?

Ага. Это такой тонкий намек на то, что основные характеристики - энергия и импульс.

Nikitin в сообщении #783918 писал(а):

Но опять-таки, если у нас в формулах получается нуль, это разве влияет на физ. процесс?

Есть мнение, что формулы адекватно отражают окружающую действительность. То есть, "у нас в формулах получается нуль" эквивалентно тому, что у частицы в действительности получается нуль. А у реальных частиц энергия положительна.

[Nikitin]

Цитата:

То есть, "у нас в формулах получается нуль" эквивалентно тому, что у частицы в действительности получается нуль

Могу я не согласиться с таким доказательством?

[bocharov]

Nikitin в сообщении #783946 писал(а):

Могу я не согласиться с таким доказательством?

На Ваши вопросы теория ответы навряд ли даст.Мне кажется,для этого нужно использовать хоть какие то аналогии.Напр.так-представим себе обычное облако объектом,оно представляет собой совокупность молекул,движущихся со скоростями порядка километров в секунду,в различных направлениях,но в целом облако имеет скорость порядка единиц километров в час.Допустим,что какая то малая часть молекул с одинаково направленными скоростями оказалась рядом,и перестала сталкиваться с остальными молекулами,в результате эта часть покинет облако,и будет двигаться со скоростью порядка километров в секунду.Вот эту часть и будем считать фотоном,а облако какой либо другой частицей.При этом будем иметь ввиду,что скорость света(скорость отдельной молекулы в облаке),кинематическая характеристика пространства,и ни от каких сил и процессов не зависит.

[Nikitin]

bocharov в сообщении #783951 писал(а):

Nikitin в сообщении #783946 писал(а):

Могу я не согласиться с таким доказательством?

На Ваши вопросы теория ответы навряд ли даст.Мне кажется,для этого нужно использовать хоть какие то аналогии.Напр.так-представим себе обычное облако объектом,оно представляет собой совокупность молекул,движущихся со скоростями порядка километров в секунду,в различных направлениях,но в целом облако имеет скорость порядка единиц километров в час.Допустим,что какая то малая часть молекул с одинаково направленными скоростями оказалась рядом,и перестала сталкиваться с остальными молекулами,в результате эта часть покинет облако,и будет двигаться со скоростью порядка километров в секунду.Вот эту часть и будем считать фотоном,а облако какой либо другой частицей.При этом будем иметь ввиду,что скорость света(скорость отдельной молекулы в облаке),кинематическая характеристика пространства,и ни от каких сил и процессов не зависит.

Строго говоря, еще нужно доказать, что скорость, с которой летят фотоны и та константа , которая входит в преобразования Лоренца ( которая является "кинематическая характеристика пространства,и ни от каких сил и процессов не зависит"), - это одно и тоже.

[DimaM]

Nikitin в сообщении #783954 писал(а):

Строго говоря, еще нужно доказать, что скорость, с которой летят фотоны и та константа , которая входит в преобразования Лоренца ( которая является "кинематическая характеристика пространства,и ни от каких сил и процессов не зависит"), - это одно и тоже.

Это было доказано как раз Лоренцем.

-- 03.11.2013, 16:25 --

Nikitin в сообщении #783946 писал(а):

Могу я не согласиться с таким доказательством?

Конечно можете.

(Оффтоп)

Правда, на мой взгляд, тогда у вас безнадега - более фундаментального объяснения, чем на уровне формул, не бывает. Но это уже ваш выбор.

[npduel]

Nikitin в сообщении #783946 писал(а):

Цитата:

То есть, "у нас в формулах получается нуль" эквивалентно тому, что у частицы в действительности получается нуль

Могу я не согласиться с таким доказательством?

Если вы от нечего делать смотрите на непонятные формулы, Вы можете с ними соглашаться или не соглашаться, или вообще убрать их с экрана. Но если Вас действительно интересует этот вопрос, но математический ответ Вам представляется неубедительным (нестрогим, ошибочным...), то напишите, в чём нестрогость (ошибочность) доказательства. Так в научном (!) обсуждении или Вы поймёте доказательство, или Ваш собеседник поймёт, что был неправ. А бытовое - "это мне не нравится" - не для научного форума, тем более не для дискуссионного.