Как измеряется фотон?

Если фотоны передают электромагнитную силу, то что наблюдаемо: фотон или электрон? Измеряем ли мы когда-либо непосредственно фотон или измеряем только его влияние на электроны? Например, предположим, что я светю лазером в стену. На стене будет видна красная точка. Мы можем понять это с точки зрения движения фотонов; они накапливаются внутри лазера, фокусируются на движении в одном направлении, затем рассеиваются от стены и достигают моего глаза. В качестве альтернативы мы могли бы понять это с точки зрения движения электронов. Когда они переходят в разные энергетические состояния, электроны побуждают соседние электроны также совершать определенные разрешенные переходы энергетических состояний. Этот процесс продолжается из лазера, через воздух, против стены и в мои глаза. В этом случае фотоны никогда не наблюдались напрямую. Мы наблюдали электроны, движущиеся в лазере, и электроны, движущиеся в стенке, и сделали вывод, что между ними должны быть фотоны для передачи энергии и импульса. Я предполагаю, что мой вопрос в том, являются ли фотоны наблюдаемой вещью или они просто используются для ведения бухгалтерского учета? Фотоны «существуют» между электронами?

Вы не сказали, что сделало бы что-то реальным, но электромагнитное взаимодействие может передавать как энергию, так и импульс, что для меня достаточно реально, независимо от того, как вы их моделируете (волны или фотоны).
Физика — это описание реальности, по онтологическим вопросам обращайтесь на этот форум: philosophy.stackexchange.com

Ответы (3)

Если фотоны передают электромагнитную силу, то что наблюдаемо: фотон или электрон? Измеряем ли мы когда-либо непосредственно фотон или измеряем только его влияние на электроны? Например, предположим, что я светю лазером на стену.

Выясним, что фотоны (а также электроны) являются квантово-механическими элементарными частицами , а классические электромагнитные волны (свет) возникают из миллионов фотонов в синергии.

Кроме того, лазер является одним из «доказательств» квантовой механики на макроскопическом уровне, т.е. если бы не квантово-механическая корпускулярная природа света, у нас не было бы лазеров.

Я предполагаю, что мой вопрос в том, являются ли фотоны наблюдаемой вещью или они просто используются для ведения бухгалтерского учета? Фотоны «существуют» между электронами?

Тогда это становится философским вопросом. «Наблюдаемые вещи» — это то, что наши пять органов чувств сообщают нам по отдельности, исходя из чего у нас есть консенсус относительно того, что является реальностью и реальностью. Затем была разработана система классификации общих «наблюдений», вплоть до разработки математических моделей для этих наблюдений, которые предсказывали новые наблюдения и соответствовали нашей интуиции. Когда некоторые наблюдения за микроскопической частью материи перестали согласовываться с нашими математическими моделями физической реальности, пришлось изобретать квантовую механику, математическую модель, подходящую для малых размеров. Фотоны как элементарные частицы являются частью «языка», разработанного для понимания экспериментальных данных, а электроны, протоны и т. д. — другими. Фотон так же реален, как электронили протон. Все это мы наблюдаем через экспериментальные прокси (аналоги, несущие информацию). Фотон так же реален, как и температура. Заместителем температуры является термометр и, в конечном счете, программа в нашем мозгу, интерпретирующая все.

Теперь, когда мы установили, что мы подразумеваем под реальным в микромире, красный лазерный свет состоит из миллионов фотонов. Они рассеиваются электрическим полем атомов на стене без потери энергии, поскольку вы видите, как они движутся и приближаются красным цветом, а некоторые из них повышают энергетические уровни в колбочках сетчатки вашего глаза, чтобы дать сигнал мозгу. «красного» посредством других электромагнитных взаимодействий, перемещающихся по нейронам и т. д. и т. д., входящих в модель мозга. Это все модели, квантово-механическая хорошо проверенная, мозговая модель все еще находится в стадии исследования, но все это успешное моделирование того, что мы наблюдаем.

Итак, если я правильно понял, это всего лишь истории, которые мы рассказываем, поскольку мы все равно не можем наблюдать ни одну из этих вещей нашими органами чувств. Из того, что я понимаю о КТП, нам нужны и электроны, и фотоны, чтобы описать ЭМ. Если это совпадает с экспериментом, кому какое дело до того, как мы это называем. Спасибо, это пища для размышлений.
Да-да, истории, но написанные красивым математическим языком с предсказательной силой. Да, модели до самого верха, чтобы подогнать «черепах до самого низа» (примитивная модель земли).
Фотоны не рассеиваются электрическим полем — они рассеиваются электронами.
@Ruslan Если электроны свободны, да. Если они находятся в атоме или твердом состоянии, как стена, то существует коллективное поле, с которым взаимодействуют фотоны. Оптические частоты имеют гораздо большую длину волны, чем атомные расстояния.
Я бы не сказал, что фотоны взаимодействуют с электромагнитным полем. Фотон-фотонное взаимодействие незначительно. Фактическое интересное взаимодействие в этом случае происходит между электронами, ядрами и фотонами, что заставляет фотоны рассеиваться.
@Руслан, это комбинированное распространение электрического поля, то же самое, что дает силы Ван-дер-Ваальса.
Атомы @Ruslan имеют порядок ангстрем, красный свет составляет около 7000 ангстрем.
@annav Боюсь, я не могу понять твое утверждение о том, что фотоны рассеиваются от электрических полей. Хорошо установлено, что линейное отражение и преломление полностью объясняется взаимодействием ЭМ поля с поляризуемыми средами. Рассеяние света электрическим полем было бы крошечным, пренебрежимо малым вкладом в отражение. На самом деле, я никогда не слышал, чтобы это обсуждалось в контексте рефлексии (тема здесь).
@garyp а что такое поляризуемые среды кроме сред с поляризацией электрического поля? Я думаю, что мы говорим о противоположных целях здесь. Свет в совокупности состоит из большого числа фотонов. То, что отражение достаточно когерентно для передачи изображения, означает, что фотоны сохраняют свои фазовые отношения друг с другом. классические исследования полезны, но можно было бы прослушать песню и танец фотонов в ансамбле. На металлических поверхностях (за зеркалами), где электроны образуют полосы, легче увидеть, что это коллективное взаимодействие со многими электронами, общими для решетки.
@annav "что такое поляризуемые среды, кроме сред с поляризацией электрического поля?" Электрические поля не поляризуются в смысле дипольной поляризации. Возможно, вы используете нестандартную терминологию? Эта фраза в контексте этого вопроса в лучшем случае вводит в заблуждение.
@garyp, может быть, это мой греко-английский. поляризация дисплея по индукции ? Если вы выстроите диполи в линию, существует общее направление электрического поля. В любом случае это не имеет отношения к основному вопросу

И фотон, и электрон реальны. Электрон имеет массу покоя, а фотон — это форма энергии, которая набирает массу, когда движется со скоростью света.

«Например, предположим, что я двигаю несколько электронов в моем лазере, эти электроны двигают электроны по стене, а затем эти электроны двигают вокруг некоторых электронов в моих глазах, так что я вижу красное пятно на стене». это я не могу понять. Пожалуйста, исправьте это.

Да, фотоны реальны, квантовая механика включает в себя теорию фотонов, поэтому я думаю, что это реально.

Да, фотоны — это не единственный способ определения длины между частицами с использованием концепции дифракции.

Поля были впервые изобретены как инструмент для «ведения учета» или отслеживания того, как конфигурация зарядов повлияет на заряд в удаленной точке, но вскоре стало понятно, что само поле гораздо более «реально», чем просто удобный инструмент. математический инструмент.

Первая причина, по которой мы рассматриваем поле как отдельную реальную вещь, заключается в том теоретическом факте, что вам не нужно описывать никаких подробностей об исходных зарядах, создающих определенное поле, если у вас уже есть описание самого поля, описание только само поле полностью описывает механические воздействия/силы на любые другие заряды.

Вторая причина, по которой мы рассматриваем поля как независимо реальные, заключается в том, что движущийся заряд в одном месте не влияет мгновенно на все другие заряды, а скорее изменение должно распространяться с конечной скоростью (т. е. со скоростью света). Таким образом, «движущиеся электроны в вашем лазере» будут терять энергию, в то время как электроны в стене и/или в вашем глазу будут набирать энергию, но не одновременно . Итак, после того как электроны в лазере потеряли энергию, но до того, как ее получили другие заряды, куда делась энергия? Ответ в том, что в поле. Если вы не верите в «реальное» существование полей, то вы теряете мир, в котором все эффекты локальны, а энергия сохраняется, потому что, если реальные поля не переносят энергию на удаленные заряды, альтернативой является энергия, просто исчезнуть из любого места и снова появиться где-нибудь еще во вселенной через соответствующее количество времени.