Эксперимент с фотоном

[Alex_Ra]

spyphy - Согласен. Я что - то просто не подумал..прошу прощения.

[Munin]

Если вы закрываете глаза на технические экспериментальные препятствия, то скорость фотона, разумеется, не будет равна $c.$ Поскольку фотон есть как минимум волновой пакет, протяжённый и в пространстве, и во времени, то и у момента его испускания, и у момента его приёма есть неопределённость $\Delta t,$ равная длительности пакета данного фотона (и обратная ширине спектральной линии излучения). На небольших расстояниях и со стабильными источниками можно добиться даже, чтобы неопределённость времени прохождения фотона была того же порядка, или больше, чем само время его прохождения. При этом измеренная скорость может достигать бесконечных и отрицательных значений.

Так что, разумеется, неверно, что скорость у всех фотонов одинаковая. Это можно утверждать только в среднем, усредняя по всем фотонам, испущенным в одинаковых условиях, тогда между всеми такими условиями скорость будет равна.

[Alex_Ra]

Munin в сообщении #410206 писал(а):

Если вы закрываете глаза на технические экспериментальные препятствия, то скорость фотона, разумеется, не будет равна $c.$ Поскольку фотон есть как минимум волновой пакет, протяжённый и в пространстве, и во времени, то и у момента его испускания, и у момента его приёма есть неопределённость $\Delta t,$ равная длительности пакета данного фотона (и обратная ширине спектральной линии излучения). На небольших расстояниях и со стабильными источниками можно добиться даже, чтобы неопределённость времени прохождения фотона была того же порядка, или больше, чем само время его прохождения. При этом измеренная скорость может достигать бесконечных и отрицательных значений.

Так что, разумеется, неверно, что скорость у всех фотонов одинаковая. Это можно утверждать только в среднем, усредняя по всем фотонам, испущенным в одинаковых условиях, тогда между всеми такими условиями скорость будет равна.

Уважаемый Munin ! Вы прекрасно рассмотрели вопрос о скорости одного фотона с чем я согласен. Но тогда интересно Ваше мнение по поводу того, как
определить скорость фотона в случае его узкой спектральной ширины (жаргон увы, но думаю понятно о чем). То есть он должен излучаться очень долго и непрерывно, чтоб его спектральная ширина была заданной и очень очень узкой. То есть фотон излучается...и доходит до приемника. Затем процесс приема идет, а фотон все излучается. Потом второй фотон так же излучается..потом третий. Или одни одновременно могут так излучаться. И как тогда определить скорость? То есть когда надо щелкнуть секундомером, чтоб определить длительность перехода фотона из источника до приемника?
С уважением

[spyphy]

Munin в сообщении #410206 писал(а):

есть неопределённость $\Delta t,$ равная длительности пакета данного фотона

Ну да, это понятное дело, неопределённости Гейзенберга никто не отменял. В любом случае получите естественную неустранимую погрешность в определении скорости в 15-м знаке после запятой, хотя она и будет меньше инструментальной.

Alex_Ra писал(а):

То есть он должен излучаться очень долго и непрерывно, чтоб его спектральная ширина была заданной и очень очень узкой.

Это вряд ли, долго он излучаться не будет.

[Munin]

Alex_Ra
Детектор, по крайней мере, некоторая его часть - классический прибор. Поэтому момент изменения показаний детектора будет вполне конкретен. Забавно, что он действительно может оказаться раньше, чем произойдёт изменение показаний другого детектора, цель которого - засечь момент излучения.

spyphy в сообщении #410544 писал(а):

Ну да, это понятное дело, неопределённости Гейзенберга никто не отменял. В любом случае получите естественную неустранимую погрешность в определении скорости в 15-м знаке после запятой, хотя она и будет меньше инструментальной.

Я как раз указываю, что она может быть далеко не в 15 знаке, и больше инструментальной.

spyphy в сообщении #410544 писал(а):

Это вряд ли, долго он излучаться не будет.

Как насчёт лазеров и мазеров? Конечно, их излучение далеко не однофотонное...

[Alex_Ra]

spyphy в сообщении #410544 писал(а):

Это вряд ли, долго он излучаться не будет.

Как насчёт лазеров и мазеров? Конечно, их излучение далеко не однофотонное...[/quote]
Если я правильно помню у мазеров вообще то очень узкие линии удавалось достичь (конечно относительно их длины волны).

А вообще - то вопрос интересный - какую ширину спектра можно получить в реальном эксперименте. Длина когерентности ( что эквивалентно ширине спектра) 10 метров была достигнута давно с использованием поглощающей ячейки в резонаторе HeNe лазера. Но каковы сейчас эти достижения я не знаю.

Кроме того конечно вопрос можно поствить и так. Если расстояние между двумя атомами мало (ну скажем меньше 5 А), а в это время один атом излучает , а другой поглощает излучение первого атома, то какова скорость...полета фотона в этом случае?

[spyphy]

Alex_Ra писал(а):

Затем процесс приема идет, а фотон все излучается.

Мне кажется, что при столь длинных волнах придется отказаться от термина фотон, и можно работать с уравнениями Максвелла. А скорость распространения э/м волны равна $c$, что вроде как не зависит от порции излучения, а значит и для единичной порции $h\nu$ должна остаться той же.
Касательно технической стороны, измерение производится по действию электрической составляющей волны на проводник. Понятно, что по тем же причинам с уменьшением порции энергии увеличивается и погрешность измерения времени, а значит и скорости.

[Munin]

spyphy в сообщении #410600 писал(а):

Мне кажется, что при столь длинных волнах придется отказаться от термина фотон, и можно работать с уравнениями Максвелла.

Фотоны и так распространяются по уравнениям Максвелла, зачем от них отказываться?

spyphy в сообщении #410600 писал(а):

А скорость распространения э/м волны равна $c$, что вроде как не зависит от порции излучения, а значит и для единичной порции $h\nu$ должна остаться той же.

Дело просто в том, что в серьёзной физике вместо одного понятия "скорость" появляется целый пучок понятий. Наверняка вам знакомы скорость фазовая и групповая. Можно и ещё несколько упомянуть. Так вот, фазовая скорость волны, описывающей фотон, в вакууме конечно будет $c.$ Но это ещё не значит, что именно её мы получим, измеряя скорость фотона в смысле "пройденное расстояние на затраченное время". Основное теоретическое препятствие я, вроде, озвучил.

[spyphy]

Munin писал(а):

Наверняка вам знакомы скорость фазовая и групповая.

Да, слышал о них.
При таком подходе можно смело утверждать, что мы не можем точно измерить скорость ни одно существующего тела или предмета, ибо у него тоже есть своя групповая скорость (включая всякие прочие неопределенности). Но мне показалось это излишним формализмом, выходящим за пределы поднятого вопроса. Хотя, конечно, всё зависит от того, для чего автору топика это было нужно.