Механизм электромагнитного излучения ускоренными зарядами

[Munin]

wrest в сообщении #1149828 писал(а):

Попадаются иногда тексты типа такого

А нефиг лженауку читать. Её сейчас в сети много.

[arseniiv]

wrest в сообщении #1149839 писал(а):

с орбиты на орбиту

Можно же уже начать говорить правильно «орбиталь». Орбит у электрона в атоме нет.

wrest в сообщении #1149839 писал(а):

Здесь (в таком пояснении механизма "на пальцах") понятен момент излучения, понятна причина.

То, что электрон может сменить энергию, не вынуждает того, что должен излучиться фотон. Наоборот, если бы он не мог излучаться, электрон в атоме остался бы в таком состоянии (если это состояние с определённой энергией), в каком был. Как именно электроны связаны с фотонами, говорит соответствующая вершина КЭД. Или кусок лагранжиана.

wrest в сообщении #1149839 писал(а):

Вот что-то подобное хотелось бы прочитать и про механизмы излучения ускоренными зарядами.

Сначала определитесь, в квантовой теории или классической. Если в классической, никаких атомов и фотонов у нас нет. Если в квантовой, определите, что такое ускоренные заряды, когда у нас в самом простом случае волновая функция (а в более точном — квантовое поле).

wrest в сообщении #1149839 писал(а):

То есть складывается понятная картина, виден физический механизм явления.

Это выглядело бы хорошо, если бы фотон с определённой энергией (= частотой) мог бы быть излучен атомом. Только волна с определённой частотой никогда не начинается и не кончается…

[Munin]

wrest в сообщении #1149828 писал(а):

Как мячики опасно, окей, а рассматривать что-то физическое как бесконечное в пространстве и времени -- не опасно?

Подразумевается на самом деле не бесконечное, а просто очень большое. Больше, чем рассматриваемая система. Больше настолько, что поправочные величины типа $D/L,$ где $D$ - размер системы, а $L$ - размер окружающего пространства, становятся малы, и не влияют на расчёты. Это всё стандартная техника, её должны были проговорить. Если не проговорили - вина преподавателей. Если вы забыли - ну сами виноваты.

wrest в сообщении #1149839 писал(а):

Ну я в первом посте написал, что примерно мне понятно объяснение, что когда в атоме вдруг внезапно электрон перепрыгивает с орбиты на орбиту, то на разность энергий испускается фотон.

Это довольно странно, потому что это как раз очень сложное объяснение и немеханистическое.

wrest в сообщении #1149839 писал(а):

Здесь (в таком пояснении механизма "на пальцах") понятен момент излучения, понятна причина.

Вот только момента излучения там нет. Точнее, их много разных, момент излучения имеет свою неопределённость.

В антенне, по сути, происходит то же самое, что и в атоме, только с такими уточнениями:
- Электрон "размазан" не по атому, а по всему объёму антенны. Это описывается в физике твёрдого тела (ФТТ). В результате, существует очень много уровней ("орбит") электронов, так много, что они плотно занимают шкалу энергии, и переходы с одного уровня на другой могут показаться "плавными".
- Электронов на самом деле много, и уровни заполнены ими очень многие. Есть такая энергия $E_F,$ что ниже неё почти все уровни заполнены, а выше неё - почти все пусты. Небольшие колебания вокруг этой энергии - это и есть наши обычные явления проводимости, токов в металле, и всего, что описывает макроскопическая физика.
- Во время излучения радиоволны антенной, сразу много электронов падают с верхних уровней на нижние, и таким образом испускают сразу много фотонов. Все эти процессы происходят синхронизировано, "когерентно", так что получается слаженный коллектив фотонов, в котором складываются вместе все их отдельные колебания электрического и магнитного поля, и получается макроскопическая электромагнитная волна.

wrest в сообщении #1149839 писал(а):

Касательно более или мене продвинутой математики. Приведу классический пример эпициклов Птолемея

Вот это тоже лженаучные песни, откуда бы вы их ни взяли. Наука далеко ушла от Птолемея, и сегодня математику квантовых явлений давно упростили бы, если бы это было возможно. Увы, невозможно, и это доказано.

wrest в сообщении #1149846 писал(а):

Я задал простой вопрос -- есть ли где-то понятное описание физического механизма явления.

Понимаете ли, все новички типа вас под "механизмами" понимают каждый что-то своё, смутное и наивное. Есть понятное описание того, что физики считают механизмом, но новичков это обычно не устраивает.

wrest в сообщении #1149878 писал(а):

Если у меня спросят "а как происходит излучение", я конечно могу напустить туману про дивергенцию и ротор, поправить очки на носу и добить спрашивающего преобразованием Фурье, но это только покажет мою неспособность объяснить суть явления вследствие либо непонимания вопроса либо каких-то дефектов в способности ясно излагать мысли.

Для специалистов дивергенция, ротор и Фурье - это не туман. Это как раз и есть те самые "мячики", точнее, их аналоги. Простые, знакомые и понятные.

И именно они лучше всего приспособлены объяснять суть явления.

А миф о том, что существует какая-то ещё "настоящая суть", и если человек не может её рассказать - это его "дефекты в способности излагать мысли" - это тоже типичная сказочка, очень любимая лжеучёными.

-- 07.09.2016 18:47:56 --

arseniiv в сообщении #1149894 писал(а):

Можно же уже начать говорить правильно «орбиталь». Орбит у электрона в атоме нет.

Лучше всё-таки "уровень". Хотя надо понимать, что энергетический уровень - это не только точка на шкале энергии, но и какая-то волновая функция в пространстве, с узлами и пучностями.

-- 07.09.2016 18:48:34 --

...очень рекомендую Мессиа. Квантовая механика, последнюю главу.

[arseniiv]

Munin в сообщении #1149896 писал(а):

Лучше всё-таки "уровень".

Просто тогда вырождение по энергии ещё надо будет обсуждать, а лично я не готов.

[Munin]

Зачем? Про него достаточно не вспоминать, вот никто не вспомнит - и обсуждать не надо будет :-)

[wrest]

realeugene в сообщении #1149889 писал(а):

wrest в сообщении #1149878 писал(а):

Я же пояснил какой уровень желателен, выше, там где писал про излучение связанным электроном.

Электрон у вас вращается по орбите и не излучает при этом?

Ну я не писал что он вращается или вообще движется, я писал "переходит" и "перепрыгивает" с "орбиты" на "орбиту", причем "внезапно". То, что электрону запрещено излучать при нахождении на "орбите" вокруг ядра или ядер, я принимаю как часть модели\механизма, с этим проблем нет.

Если меня спросят (мой сын школьник, к примеру), вот как вы спросили "а ведь электроны же движутся вокруг ядер, почему же они не излучают, до сих пор не попадали на атомные ядра и Вселенная все еще не схлопнулась", то я отвечу, что "потому что, детка, законы электродинамики, а также законы ома и кирхгофа и многие другие там не применимы, так вот все устроено". И добавлю "но при определенных условиях, например когда действуют очень сильные поля тяготения как в нейтронных звездах, электроны могут вдавливаться в протоны и в результате получаются нейтроны, из которых и состоят нейтронные звезды".

Но к чему это?

[Cos(x-pi/2)]

wrest

Жизненный опыт показывает, что про "механизм отрыва электромагнитных волн от антенны" очень любят спрашивать радиолюбители, плохо знающие электродинамику (классическую и тем более квантовую). Мой опыт обсуждения с ними подобной темы, к сожалению, отрицательный: почти ничего не удалось объяснить, потому что не удалось уговорить их всё-таки начать изучать уравнения Максвелла и анализировать хотя бы простейшие приближённые решения.

Полагаю, что без уравнений, наверное, единственная возможность ну хоть как-то, хоть в какой-то мере наглядно :-) пояснить картину электромагнитного излучения - вести речь в терминах силовых линий электрического поля.

Грубо говоря, это вот какая картина. Представьте себе, что заряженная частица в вакууме долго-долго покоилась (или двигалась равномерно и прямолинейно - тогда можно рассмотреть её в точно таким же образом движущейся инерциальной системе отсчёта, и частица будет выглядеть покоящейся). Из неё "торчат во все стороны" силовые линии, протянувшись сколь угодно далеко, - так можно пытаться наглядно вообразить себе электрическое поле покоящейся частицы.

И пусть теперь мы эту частицу начнём дёргать туда-сюда (ускорять, стало быть). Что произойдёт с силовыми линиями? Ведь они не смогут начать двигаться вместе с частицей сразу во всём пространстве, потому что скорость распространения любых изменений в картине поля конечна и не может превысить величину фундаментальной постоянной $c.$

Значит, поначалу вдали от частицы картина силовых линии останется прежней, как будто частица всё ещё покоится. И, значит, вблизи частицы её линии начнут изгибаться туда-сюда, и такие возмущения (изгибы линий) побегут вдоль линий, удаляясь от частицы со скоростью $c.$ Кстати, подобная картинка - с изгибами силовых линий - есть в учебниках по физике; например, см. Э. Парселл "Электричество и магнетизм": § 5.7 "Поле начинающего двигаться или останавливающегося заряда".

Так вот: поперечная (к направлению на заряженную частицу) часть электрического поля, образовавшаяся в каждом месте, грубо говоря, где силовые линии уже изогнуты, это и есть электрическая составляющая электромагнитной волны. Движение упомянутых изгибов силовых линий это и есть наглядное пояснение для движения волны, никакого другого "механизма отрыва" волны от заряда не требуется придумывать.

Ну, а самое интересное - обоснованный расчёт динамики подобной картины поля (включая магнитную составляющую) во времени и в пространстве, и расчёт соответствующего потока энергии, связанного с движением волны, - всё это на пальцах не объясняется: необходимо вникать в уравнения Максвелла и их решения. Из уравнений выясняется, что продольная часть поля вдали от заряда (кулоновская часть, только она и имеется в случае стационарно покоящегося заряда) убывает с расстоянием $r$ как $1/r^2$, а поперечная часть, обусловленная ускорением заряда, убывает с расстоянием не столь резко - лишь как $1/r,$ и поэтому-то именно она преобладает на больших расстояниях от ускоренно движущегося заряда, и с ней связан поток энергии.

[wrest]

Munin в сообщении #1149896 писал(а):

В антенне, по сути, происходит то же самое, что и в атоме, только с такими уточнениями:

...

...очень рекомендую Мессиа. Квантовая механика, последнюю главу.

Спасибо, ваши ответы очень полезны (это без сарказма).

Есть вопросы по вашему описанию, мне надо подумать как сформулировать, еще напишу тут :)

[arseniiv]

wrest в сообщении #1149911 писал(а):

То, что электрону запрещено излучать при нахождении на "орбите" вокруг ядра или ядер, я принимаю как часть модели\механизма, с этим проблем нет.

Ну и зря, потому что почему они не излучают без перехода, вносит ясность и в остальное. А не излучают, грубо говоря, потому что тогда у волновой функции меняется только фаза, и нет никаких перераспределений заряда.

Да и, кстати, внезапные переходы тоже не внезапные. Как только вы приготовили систему из атома в возбуждённом состоянии и электромагнитного поля без фотонов (так удобнее), так сразу же в любой следующий момент времени она уже будет находиться в суперпозиции этого состояния и такого, в котором атом уже в основном (и ещё наверняка кучи других). Правда, амплитуда этого второго слагаемого станет значительной только через характерное время жизни этого возбуждённого состояния. Состояния атома и поля будут запутаны, кстати говоря (только в начальный момент состояние системы мы по определению выбрали представимым тензорным произведением выбранных состояний атома и поля).

[amon]

wrest в сообщении #1149668 писал(а):

электроны движутся туда-сюда, вокруг антенны возникают волны, а как и почему фотоны вообще "отрываются" от электронов в этом случае?

Боюсь, что такое объяснение Вас не очень удовлетворит, но в нем содержится почти вся правда. Источником электромагнитных волн является переменный электрический ток. В атоме для электрона в стационарном состоянии ток равен нулю, и возникает он только при переходах между разными состояниями. Аналогично, при ускорении/замедлении заряда тоже возникает переменный ток. Поэтому ускоренный заряд излучает. Для макроскопических систем (антенн) слово "фотон" лучше не вспоминать, оно суть дела только запутывает. Фотонов в излучении антенны слишком много, и пытаться разбираться в излучении антенны на языке фотонов все равно, что объяснять работу ткацкого станка с точки зрения атомно-молекулярной теории.

[Pphantom]

wrest, посмотрите примечание к post1149828.html#p1149828 и учтите на будущее.

[Munin]

wrest в сообщении #1149911 писал(а):

Если меня спросят (мой сын школьник, к примеру), вот как вы спросили "а ведь электроны же движутся вокруг ядер, почему же они не излучают, до сих пор не попадали на атомные ядра и Вселенная все еще не схлопнулась", то я отвечу, что "потому что, детка, законы электродинамики, а также законы ома и кирхгофа и многие другие там не применимы, так вот все устроено".

Интересно оказывается, что на самом деле, законы электродинамики там применимы! Правда, они проходят преломление через непростую (математически и понятийно) процедуру квантования, после чего они становятся законами квантовой электродинамики (КЭД). Собственно, и само слово (и понятие) "фотон" закономерно появляется только в рамках КЭД, а до этого - это только смутное представление, используемое зачастую неправильно.

[madschumacher]

(испорченность)

wrest в сообщении #1149668 писал(а):

мы смотрим на вибратор откуда-то издалека

ни разу не видел, чтобы в научной литературе так осциллятор называли...

[warlock66613]

(Оффтоп)

madschumacher в сообщении #1149945 писал(а):

ни разу не видел, чтобы в научной литературе так осциллятор называли...

Вибратор Герца

[Pavia]

Munin

Цитата:

Собственно, и само слово (и понятие) "фотон" закономерно появляется только в рамках КЭД, а до этого - это только смутное представление, используемое зачастую неправильно.

А можно подробнее где можно прочитать правильное определение фотона?

Munin

Munin в сообщении #1149896 писал(а):

Больше настолько, что поправочные величины типа $D/L,$ где $D$ - размер системы, а $L$ - размер окружающего пространства, становятся малы, и не влияют на расчёты. Это всё стандартная техника, её должны были проговорить.

Впервые вижу это у вас.
В книжках обычно идёт отсылка к малым величинам притом без обоснования или с попытками обосновать.