Фотоны в современной трактовке

[Lvov]

Corund в сообщении #752468 писал(а):

Lvov в сообщении #752409
писал(а):
Я то убежден, что в данном случае редкость срабатывания детекторов связана с сильным ослаблением непрерывных электромагнитных волн.

Много лет назад, еще в школе, я тоже так думал - пока не познакомился с внешним фотоэффектом - ну никак непрерывные эм-волны не могут объяснить энергию выбитых электронов.

Г. Corund, я не понимаю, на чем основано Ваше заявление: "никак непрерывные эм-волны не могут объяснить энергию выбитых электронов". Наоборот из совместного решения уравнения Дирака (для ненормированной электронной волновой функции) и уравнения Максвелла в приближении первого порядка следует соотношение между частотами осцилляции связанного электрона $\omega_0$, э-м поля $\omega_1$ и выбитого электрона $\omega_2$

$$\omega_2=\omega_0+\omega_1-E/ \hbar$$

Здесь $E$ - энергия связи электрона. После умножения обеих частей равенства на $\hbar$ получается требуемое соотношение для энергии электрона в начальном и конечном состоянии и якобы корпускулярного фотона.

warlock66613 в сообщении #752448 писал(а):

Я думаю, в случае такой надёжно установленной, многократно проверенной на опыте, непротиворечивой и не содержащей парадоксов теории, как квантовая теория, ошибочность того, что изложено в учебниках (именно "в учебниках", а не к каком-то конкретном учебнике) полностью исключается.

Говорите: "не содержащей парадоксов теория", но вот Вам парадокс номер 1 - корпускулярно-волновой дуализм. Нам говорят: фотон - квант э-м поля. Но что значит квант поля? Если это некоторый цуг э-м волн, то как быть с квазиточечностью фотона-корпускулы? Если же это точечный объект, как объяснить эффекты интерференции и дифракции при наблюдении отдельных фотонов?
Говорите: многократно проверено на опыте. Но результаты экспериментов можно интерпретировать по-разному. Что же касается решающего эксперимента по сбору статистики, различающейся для цугов э-м волн и фотонов, разделяемых на полупрозрачной пластине, то здесь ответ скорее в пользу цугов э-м волн, чем фотонов. Я имею в виду эксперименты Алана Аспекта и Л.Л.Регельсона, проведенные примерно в одно и то же время в 80-годы. Первые говорят в пользу фотонов-корпускул, вторые в пользу э-м цугов.
Регельсон дискутировал по поводу своих экспериментов на настоящем форуме в теме "Расщепление волнового цуга", где он кроме обоснования строгости своих эксперименов, указывал на некоторые ошибочные положения в экспериментах Аспекта.
С экспериментами Регельсона можно познакомиться в РЖ Физика "Регельсон Л.Л., Березин А.А., Корнилов Б. А.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОГО ДУАЛИЗМА ДЛЯ
ВИДИМОГО СВЕТА 1986, 8 " или на его сайте http://www.regels.org/wave-corpusc-experiment2.htm
Результаты диспута можно найти в архивах форума или на сайте Л.Л.Регельсона http://www.regels.org/Discussion.htm.
С критикой экспериментов А.Аспекта можно познакомиться на сайте Регельсона: "В чем ошибся Алан Аспект?" http://www.regels.org/Alan-Aspect-error.htm.

С уважением О.Львов

[Munin]

Lvov
Вы знаете, что такое "захват темы"? Вы знаете, что за это модераторы наказывают?

[Corund]

(Оффтоп)

Lvov в сообщении #752695 писал(а):

Corund, я не понимаю, на чем основано Ваше заявление: "никак непрерывные эм-волны не могут объяснить энергию выбитых электронов". Наоборот из совместного решения уравнения Дирака (для ненормированной электронной волновой функции) и уравнения Максвелла в приближении первого порядка следует соотношение между частотами осцилляции связанного электрона $\omega_0$, э-м поля $\omega_1$ и выбитого электрона $\omega_2$

$$\omega_2=\omega_0+\omega_1-E/ \hbar$$

Здесь $E$ - энергия связи электрона. После умножения обеих частей равенства на $\hbar$ получается требуемое соотношение для энергии электрона в начальном и конечном состоянии и якобы корпускулярного фотона.

Вы убеждены, что эм-волны непрерывны: "редкость срабатывания детекторов связана с сильным ослаблением непрерывных электромагнитных волн", но приводите решение для "якобы корпускулярного фотона" ?
Вас не беспокоит красная граница фотоэффекта, когда срабатывание детектора прекращается, несмотря на огромный суммарный поток энергии?
зы. я тут последнее время вообще перестаю что-либо понимать :)

[Aer]

Уважаемый Lvov. Я понимаю, что Вы, возможно, не удовлетворены тем, что Вам не удалось убедить собеседников в необходимости переработки квантовой теории. Но это не повод для того, чтобы постоянно заставлять других участников заниматься беспокоящими Вас вопросами.

[Lvov]

Munin в сообщении #752699 писал(а):

Lvov
Вы знаете, что такое "захват темы"? Вы знаете, что за это модераторы наказывают?

Aer в сообщении #752876 писал(а):

Уважаемый Lvov. Я понимаю, что Вы, возможно, не удовлетворены тем, что Вам не удалось убедить собеседников в необходимости переработки квантовой теории. Но это не повод для того, чтобы постоянно заставлять других участников заниматься беспокоящими Вас вопросами.

Уважаемый г. Aer, я согласен с Вашими замечаниями, и оставляю участников темы в покое. На отказ собеседников (г.dvb и других) обсуждать мое видение фотонов я не в обиде, все новое, непривычное воспринимается нелегко.
Но мне трудно согласиться с обвинением г. Munin'а в попытке захвата темы: "Фотоны в современной трактовке". Ведь, именно, новую трактовку корпускулярного проявления э-м волн (фотонов) я и предлагал рассмотреть.

С уважением О.Львов

[Munin]

Lvov в сообщении #753156 писал(а):

На отказ собеседников (г.dvb и других) обсуждать мое видение фотонов я не в обиде, все новое, непривычное воспринимается нелегко.

Проблема ваших взглядов не в новизне, а в ошибочности. Кстати, новизны в них как раз никакой нет: такими ошибочными попытками люди занимались с начала 20 века.

Lvov в сообщении #753156 писал(а):

Но мне трудно согласиться с обвинением г. Munin'а в попытке захвата темы: "Фотоны в современной трактовке". Ведь, именно, новую трактовку корпускулярного проявления э-м волн (фотонов) я и предлагал рассмотреть.

Современная - это значит, принятая в современной науке. А не такие домыслы, которые в науке не приняты, и которые вы называете новыми. Надеюсь, после этого пояснения вы больше ничего не будете в этой теме предлагать.

[Lev65]

Гравитационные поля оказывают влияние на фотоны. Это воздействие особенно иллюстративно в случаях с черными дырами. Объяснить данное воздействие можно только наличием у фотона массы. В то же время, наличие у фотона хоть какой то массы невозможно с точки зрения ОТО. Как трактует это противоречие современная теоретическая физика?

[Munin]

Lev65 в сообщении #756324 писал(а):

Объяснить данное воздействие можно только наличием у фотона массы.

Это неверно.

Причём, это типичная ошибка для читателей популярной литературы.
1. В теории Ньютона воздействие гравитации на тела и тел на гравитацию связано с их массой. Это так, но в этой теории нет ни чёрных дыр, ни взаимодействия света с гравитацией.
2. В ОТО есть и чёрные дыры, и взаимодействие фотонов с гравитационным полем. Но зато, неверны становятся некоторые положения теории Ньютона. Чтобы тело воздействовало на гравитацию, ему нужно обладать не массой, а энергией. А чтобы гравитация воздействовала на тело, телу вообще ничем не нужно обладать, достаточно просто быть где-то в пространстве. Гравитация воздействует даже на абстрактные линии, поскольку меняет геометрию пространства-времени.

Lev65 в сообщении #756324 писал(а):

В то же время, наличие у фотона хоть какой то массы невозможно с точки зрения ОТО.

Вообще-то ОТО плевать, есть у фотона масса, или нет. То, что у фотона нет массы, следует из классической электродинамики Максвелла. Конечно, когда электродинамика Максвелла включается в рамки ОТО, чтобы вести расчёты для света в гравитационном поле, то безмассовость фотона становится и фактом ОТО.

Lev65 в сообщении #756324 писал(а):

Как трактует это противоречие современная теоретическая физика?

Нету никакого противоречия, а есть просто путаница в базовых положениях. Она происходит от невнимательного и бессистемного чтения популярной литературы, а иногда - от искажения фактов в самой популярной литературе. Тут можно посоветовать переходить от популярной литературы к серьёзным учебникам. При этом можно получать не меньше удовольствия: бывают учебники, не менее увлекательные и занимательные, чем популярная литература.

[Lev65]

Munin: Соглашусь с вами в том,что чтение фундаментальных работ по физике может вызвать много положительных эмоций,уж не говоря уж о пользе...В этой связи,что бы вы посоветовали почитать фундаментального, касающегося именно проблемы наличия(отсутствия) массы у фотона и его взаимодействия с гравитационными полями?

[Munin]

Отсутствие массы у частиц, движущихся со скоростью света - это СТО.
Участие частиц в гравитационном взаимодействии, гравитационное поле - это ОТО.
Конкретно фотон, как квантовая частица - это КЭД. Но это сложная наука, копать так глубоко не обязательно, можно удовольствоваться классическим ответом (СТО, выше).
Чего почитать - см. «Ищу литературу по…» (в частности, там и я советы высказывал).

Проблемы тут никакой нет, а есть давно известные положения хорошо разработанных и принятых на вооружение теорий.

[dvb]

VladimirKalitvianski в сообщении #758039 писал(а):

Munin в сообщении #758024 писал(а):

Ошибки не вижу, всё правильно, "некоторые математические манипуляции". В том числе, устремление объёма к бесконечности. После чего, набор колебаний ничем не ограничен, но остаётся счётным.

Тут будет достаточно взять объем несколько больший размера волнового пакета и не обязательно бесконечный. Волну конечного размера (ограниченную функцию) можно разложить в ряд Фурье на конечном интервале, хоть ряд и дискретный. "Промежуточную" частоту получим из суперпозиции полного набора базисных функций.

Цитата:

В том числе, устремление объёма к бесконечности. После чего, набор колебаний ничем не ограничен, но остаётся счётным.

Счетным он останется только для периодической функции. Загляните в математический справочник - разделы "ряд Фурье" и "интеграл Фурье". Не так-то просто формально из континуума сделать дискретный набор. Тут нужно иметь определенное теоретическое мужество...

Если Вы имеете волновой пакет, то в конечном объеме он действительно может быть разложен в ряд Фурье, и Вы получите ДИСКРЕТНЫЙ спектр. Никакие линейные математические манипуляции с этим спектром не дадут Вам частот вне этого набора. Измените объем - получите другой набор. Но устремляя объем к бесконечности, вы получите для того же пакета НЕПРЕРЫВНЫЙ спектр, и вместо ряда - интеграл Фурье, в котором набор частот КОНТИНУУМ. Тут г. Lvov прав. И это соответствует тому, что ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ Фоковский свободный фотон может иметь ЛЮБУЮ частоту, а не только частоту из какого-то счетного набора. Это, однако, не мешает нам перейти в импульсное представление, поскольку ВСЕ гармонические функции с разными частотами ортогональны. Таким образом возникает модель свободного поля в виде КОНТИНУУМА квантовых осцилляторов (мод). Можно ли (и как) прямым экспериментом доказать, что в реальных системах из всего континуума возбуждается только счетное множество мод, каждая со своим числом заполнения? Не знаю. Косвенных же указаний на корректность такой модели - сколько угодно.
Классическая электродинамика свободного поля была бы хороша, если бы не то обстоятельство, что реальные физические системы не излучали и не поглощали бы излучение некими "порциями". Никто, однако экспериментально не доказал, что эти порции строго монохроматические, что соответствовало бы Фоковским фотонам. Тем не менее формализм квантовой оптики дает определенные предсказания результатов оптических экспериментов и они подтверждаются.
И наоборот, кое-какие предсказания классической электродинамики некоторые эксперименты опровергают.
Собственно, эту тему я завел не с целью обсуждать или изобретать теоретические модели фотона, а для того, чтобы обсудить, можно ли, и как, осуществить "чистый однофотонный" эксперимент, с тем, чтобы "пощупать" реальный фотон в пространстве и времени.

[npduel]

dvb в сообщении #758086 писал(а):

Собственно, эту тему я завел не с целью обсуждать или изобретать теоретические модели фотона, а для того, чтобы обсудить, можно ли, и как, осуществить "чистый однофотонный" эксперимент, с тем, чтобы "пощупать" реальный фотон в пространстве и времени.

Интересующие Вас эксперименты описаны в книгах Я.Перина "Когерентность света", 1974 и Дж.Гринштейн, А.Зайонц "Квантовый вызов", 2008.

[Munin]

dvb в сообщении #758086 писал(а):

Счетным он останется только для периодической функции.

Нет, не только, для любой непрерывной.

dvb в сообщении #758086 писал(а):

Загляните в математический справочник - разделы "ряд Фурье" и "интеграл Фурье".

Это вы не тот раздел справочника смотрите. Надо "функциональный анализ" и "пространства функций".

dvb в сообщении #758086 писал(а):

Не так-то просто формально из континуума сделать дискретный набор.

Вот только не надо путать континуум и мощность континуума. Континуум и дискретный набор могут как раз легко переходить друг в друга.

dvb в сообщении #758086 писал(а):

Можно ли (и как) прямым экспериментом доказать, что в реальных системах из всего континуума возбуждается только счетное множество мод, каждая со своим числом заполнения?

А это, вообще говоря, неверно. Есть так называемые "мягкие фотоны" (или "инфракрасные"), то есть со стремящейся к нулю частотой, и вот их-то излучается неопределённо много.

dvb в сообщении #758086 писал(а):

Никто, однако экспериментально не доказал, что эти порции строго монохроматические, что соответствовало бы Фоковским фотонам.

Простите, а какая разница? Можно взять суперпозицию "фоковских фотонов", и будут немонохроматические фотоны. Ведь слово "фотон" означает возбуждение с действием $2\pi\hbar,$ а не обязательно одного осциллятора.

dvb в сообщении #758086 писал(а):

Собственно, эту тему я завел не с целью обсуждать или изобретать теоретические модели фотона, а для того, чтобы обсудить, можно ли, и как, осуществить "чистый однофотонный" эксперимент, с тем, чтобы "пощупать" реальный фотон в пространстве и времени.

Да их полно. Вон по ссылкам, оказывается, всё ещё круче, чем я полагал.

[fizeg]

dvb
Я хочу напомнить знатокам преобразований Фурье, что чисто монохроматический фотон (чисто одна Фурье-мода) равномерно размазан по всему пространству...

[fizeg]

Почитал немного тему... уфф...

Прежде всего не понимаю какой смысл не называть одним фотоном любое однофотонное состояние, а только Фоковское А дальше вот что. Мне кажется есть такая проблема - многие люди почему-то считают, что однофотонные состояния это просто классический волновой пакетик с определенной энергией. Вот только это совсем не так. Квантовое электромагнитное поле отличается от классического также как квантовая точечная частица от классической - относитесь к значениям полей в каких-либо точках также как к координатам частицы. И также как точечная частица может не иметь определенной координаты, также и поле может не иметь определенного классического значения. Посчитайте матожидание электрического поля например для однофотонного Фоковского состояния

Проследить это можно через так когерентность второго порядка $g^{(2)}(\tau)=\frac{\langle I(t+\tau) I(t)\rangle}{\langle I(t)\rangle\langle I(t+\tau)\rangle}$. Для классических полей $g^{(2)}(0)\geq 1$. Но для квантовых (и в эксперименте) вполне получается и меньше единицы. Для однофотонного состояния (и это используют как критерий "однофотонности") $g^{(2)}(0)=0$, т.е. в некотором смысле оно самое неклассическое.