Пространственная длина фотона.

[ant224]

Помогите разобраться. Возник такой вопрос:
Если фотон представляет собой квант электромагнитной волны с энергией $E=\hbar\omega$, то получается, что эта энергия не зависит от длительности излучения фотона. Либо, надо предположить, что пространственная длина всех фотонов одинакова?

Вопрос таков: Если любую электромагнитную волну можно представить фотоном, то значит ли это, что если одна волна излучается 1 сек, а другая волна 2 сек (при одинаковой частоте), то их энергии будут одинаковы?
Или надо различать электромагнитную волну как фотон, родившийся в атоме с волной, излученной искусственно?

[nestoronij]

В сущности это время жизни атома в возбуждённом состоянии, т.е. время перехода между уровнями. Но есть ещё возможность оценить изменение излучаемой энергии по соотношениям неопределённости.

[ant224]

nestoronij в сообщении #741723 писал(а):

В сущности это время жизни атома в возбуждённом состоянии, т.е. время перехода между уровнями.

Всё так, но времена переходов могут отличаться в сотни раз, значит, длительность излучения будет разной, а энергия одинакова? (для одной частоты, конечно)

[nestoronij]

Думается, разность энергетических уровней при переходе и определит время перехода. Одно дело со второго на первый или с пятого на первый. И энергия излучения $ \Delta E = E_n - E_m$ частота для разных уровней - разная.

[Munin]

ant224 в сообщении #741709 писал(а):

Если фотон представляет собой квант электромагнитной волны с энергией $E=\hbar\omega$, то получается, что эта энергия не зависит от длительности излучения фотона.

Да. От длительности излучения фотона зависит неопределённость этой энергии. Так что, эта энергия накладывает на длительность излучения фотона только ограничение снизу. А сверху длительность, теоретически, ничем не ограничена.

ant224 в сообщении #741709 писал(а):

Вопрос таков: Если любую электромагнитную волну можно представить фотоном, то значит ли это, что если одна волна излучается 1 сек, а другая волна 2 сек (при одинаковой частоте), то их энергии будут одинаковы?

Нет, не значит.

И вообще, любую электромагнитную волну можно представить не фотоном, а фотонами. В одной волне может быть больше фотонов, а в другой меньше.

ant224 в сообщении #741709 писал(а):

Или надо различать электромагнитную волну как фотон, родившийся в атоме с волной, излученной искусственно?

Волны, конечно, разные. И фотоны в них разные. Но всё это - частные случаи одной общей сущности. Их можно различать, а можно не различать.

ant224 в сообщении #741726 писал(а):

Всё так, но времена переходов могут отличаться в сотни раз, значит, длительность излучения будет разной, а энергия одинакова? (для одной частоты, конечно)

Да.

nestoronij в сообщении #741730 писал(а):

Думается, разность энергетических уровней при переходе и определит время перехода.

Только при прочих равных условиях. Есть факторы, приводящие к сильному изменению времени перехода. В первую очередь - мультипольность излучаемого фотона. Что-то ещё, не помню. И наконец, запрещённые переходы могут происходить очень долго.

[ant224]

nestoronij в сообщении #741730 писал(а):

Думается, разность энергетических уровней при переходе и определит время перехода. Одно дело со второго на первый или с пятого на первый.

Да, похоже, что время жизни перехода определяет длительность излучаемого фотона. Скажем, переход с 5 уровня на 1 будет проходить дольше, чем переход со 2 уровня на 1. И, при этом, частоты их будут разные. Теперь понятно, что энергии фотонов будут разными при разной длительности перехода.

Значит, теперь можно сделать вывод, что чем больше разность энергий при переходе (то есть энергия излученного кванта), тем дольше происходит переход и тем "длиннее" излученный квант?

[Munin]

Время жизни есть у состояния. У перехода - просто время, а не время жизни. Если состояние распадается по нескольким каналам, то это понятия разные: $1/\tau=1/\tau_1+1/\tau_2+\ldots$

ant224 в сообщении #741824 писал(а):

Скажем, переход с 5 уровня на 1 будет проходить дольше, чем переход со 2 уровня на 1.

Наоборот, быстрее. Если он ничем не подавлен.

ant224 в сообщении #741824 писал(а):

Значит, теперь можно сделать вывод, что чем больше разность энергий при переходе (то есть энергия излученного кванта), тем дольше происходит переход и тем "длиннее" излученный квант?

Ровно наоборот, и - при прочих равных. Это важное уточнение, я уже говорил.

[ant224]

Munin в сообщении #741749 писал(а):

Волны, конечно, разные. И фотоны в них разные. Но всё это - частные случаи одной общей сущности.

Вот, скажем, волна, излученная антенной и волна, излученная атомом чем отличаются?
В сущности, те же движущиеся колебания электрических и магнитных полей.
Или надо рассматривать излучение волны антенной, как совокупность элементарных актов излучения отдельных атомов с её поверхности?
Тогда можно ли будет говорить, что результирующая волна получается как совокупность объединения многих фотонов?

-- 30.06.2013, 16:33 --

Munin в сообщении #741833 писал(а):

Наоборот, быстрее. Если он ничем не подавлен.

Почему быстрее? Ведь 5 уровень "дальше" (энергетически) чем 2?

[Munin]

ant224 в сообщении #741837 писал(а):

Вот, скажем, волна, излученная антенной и волна, излученная атомом чем отличаются?

Частотой. Длиной волны. Поляризацией. Направлением распространения.
Когерентностью.

Когерентность - одна из важнейших вещей, отличающих естественный свет от искусственно полученных радиоволн. Когерентность означает, что все фотоны в волне одинаковы, согласованы - или, если излучение некогерентно, то все фотоны "вразнобой". Можно получать некогерентное излучение радиодиапазона, но трудно. Можно получать когерентный свет, и даже гамма-излучение - это делается лазерами, в том числе лазерами на свободных электронах.

Когда у вас излучение когерентно, вы можете описывать его как волну в уравнениях Максвелла. Когда некогерентно - вам придётся описывать его сложнее. (Для простейших целей, можно каждый отдельный фотон описать уравнениями Максвелла, а потом всё возвести в квадрат и сложить, как случайные числа.)

ant224 в сообщении #741837 писал(а):

Почему быстрее? Ведь 5 уровень "дальше" (энергетически) чем 2?

Дальше. То есть, выигрыш энергии больше. И поэтому, такой процесс "хочет" произойти быстрее. Сравните: с высокой горки предметы быстро скатываются, а с низкой - медленно.

Впрочем, квантовая механика - волновая наука, и тут лучше волновые образы. Если у вас две волны с сильно отличающимися частотами (а частота - это энергия уровня), то результат колеблется быстрее - с частотой, равной разности частот. А раз быстрее движется заряд в пространстве, то он и быстрее излучает.

[ant224]

Munin в сообщении #741848 писал(а):

Если у вас две волны с сильно отличающимися частотами (а частота - это энергия уровня), то результат колеблется быстрее - с частотой, равной разности частот. А раз быстрее движется заряд в пространстве, то он и быстрее излучает.

То есть, понимаю так, что чем больше разница энергий, тем быстрее "движется" электрон от одного состояния к другому. А если он "движется" быстрее, то и выходящий фотон будет пространственно короче.

Munin в сообщении #741848 писал(а):

Частотой. Длиной волны. Поляризацией. Направлением распространения.
Когерентностью.

Но разве нельзя построить устройство, которое может искусственно излучить волну с теми-же параметрами, как у "природного" фотона?

[Munin]

ant224 в сообщении #741862 писал(а):

То есть, понимаю так, что чем больше разница энергий, тем быстрее "движется" электрон от одного состояния к другому.

Нет, именно в пространстве. А от одного состояния к другому - могут быть ещё факторы.

ant224 в сообщении #741862 писал(а):

Но разве нельзя построить устройство, которое может искусственно излучить волну с теми-же параметрами, как у "природного" фотона?

Можно. Это будет такой же излучатель, как и в природе. Например, кусок плазмы.

[ant224]

Munin в сообщении #741863 писал(а):

Нет, именно в пространстве.

Согласен, чем больше энергия электрона - тем он дальше (в пространстве) от ядра.

Munin в сообщении #741863 писал(а):

Можно. Это будет такой же излучатель, как и в природе.

Хорошо. А теперь я беру, этот излучатель и атом. Длительность "атомной" волны я регулировать не могу, но могу излучить такую-же волну с помощью излучателя, только по длительности в 2 раза длиннее, чем "атомная". Согласно $E=h\nu$, получается, что их энергии будут одинаковы?
Или искусственную волну надо разделить на 2 последовательных фотона? Тогда с энергией вопроса не возникнет - она будет в 2 раза больше.

[Munin]

ant224 в сообщении #741870 писал(а):

Согласен, чем больше энергия электрона - тем он дальше (в пространстве) от ядра.

Вы можете прочитать и повторить одно и то же?

ant224 в сообщении #741870 писал(а):

А теперь я беру, этот излучатель и атом.

Этот излучатель и есть атом.

ant224 в сообщении #741870 писал(а):

Длительность "атомной" волны я регулировать не могу, но могу излучить такую-же волну с помощью излучателя, только по длительности в 2 раза длиннее, чем "атомная".

Нет, не можете. Иначе это будет другой излучатель.

[rread]

как насчет тормозного излучения?разгоняем электрон и тормозим пока прихожая позволит :)

[Munin]

Излучение как излучение. А чего вы про него спросить хотели?