В соответствии с принципом неопределенности частицы не могут быть заданы одновременно в пространстве и импульсе в копенгагенской интерпретации квантовой механики.
Если фотоны движутся со скоростью c в любой возможной системе отсчета, какова пространственная протяженность фотона? Значит ли это, что оно повсюду во всем пространстве?
Это то же самое, что существует вечно еще до того, как будет сгенерировано?
Но в интерференционном эксперименте фотоны должны находиться в одно и то же время в одном и том же положении, чтобы интерферировать.
Да на самом деле. Фотон с заданной энергией — это не частица в физическом пространстве, это частица в импульсном пространстве, что означает, что он имеет определенный, точный импульс точно так же, как частица в физическом пространстве имеет определенное, точное положение. Возбуждение такой частицы можно записать в виде:
где - волновой вектор и - угловая частота. Такой фотон имеет энергию и импульс . Из осмотра видно, что пространственная протяженность такой «частицы» — это все пространство. Когда мы занимаемся квантовой теорией поля, мы обычно переходим к импульсному представлению, потому что в этом представлении поля в основном разъединяются и становятся гораздо более управляемыми с математической точки зрения.
Поскольку эти возбуждения должны существовать повсюду во Вселенной, они должны быть источником излучения в течение бесконечного периода времени. На самом деле этого не происходит, и все «фотоны» в нашей Вселенной представляют собой волновые пакеты, источником которых являются движущиеся заряды. Такой волновой пакет можно записать в виде интеграла по плотности мод:
Для получения дополнительной информации посетите страницу Википедии для преобразований Фурье.
Импульс фотона рассчитывается как
Это означает, что фотон может иметь конечную пространственную протяженность, просто у него должна быть неопределенность, связанная с его частотой.
Ваша мысль о том, что фотон без неопределенности импульса должен иметь бесконечную неопределенность положения, верна. Однако можно также сказать, что фотон с бесконечной неопределенностью частоты не имеет неопределенности положения.
Но в интерференционном эксперименте фотоны должны находиться в одно и то же время в одном и том же положении, чтобы интерферировать.
Это неправильно .
Существуют эксперименты по интерференции одиночных фотонов , в которых интерференционная картина возникает при накоплении фотонов.
Фотон — это квантово-механическая сущность, описываемая волновой функцией, и вероятность обнаружения фотона при рассеянии двумя щелями имеет интерференционную картину, даже по одному фотону за раз , создает интерференционную картину световой волны, исходящей из слияние бесчисленных фотонов. Их волновые функции накладываются друг на друга, и появляются классический пучок и классическая интерференционная картина.
В соответствии с принципом неопределенности частицы не могут быть заданы одновременно в пространстве и импульсе в копенгагенской интерпретации квантовой механики.
Если что-то нельзя указать, это не значит, что оно не имеет точных значений. Фотон — это неделимая единица, движущаяся со скоростью c по геодезической траектории.
Немного сложнее, если фотон движется через электрическое или магнитное поле. Поскольку фотоны имеют осциллирующую составляющую электрического поля, а также осциллирующий магнитный дипольный момент, фотон находится под влиянием этих полей. Компоненты поля фотонов периодически меняют свой знак, и значение смены прямолинейного пути движения на извилистый для нас ничем не примечательно. Но в посторонних материалах (кальцит) это приводит к отклонению света на два пути.
Если фотоны движутся со скоростью c в любой возможной системе отсчета, какова пространственная протяженность фотона? Значит ли это, что оно повсюду во всем пространстве?
Как я уже писал выше, фотоны неделимы. Которого? Энергии. После испускания они забирают у излучающей частицы некоторое количество энергии и импульса и могут передать эти значения другой частице при поглощении.
В теории квантовой механики фотоны — это возмущения общего существующего электромагнитного поля. Это приводит к тем же трудностям в понимании, которые вы выразили в вопросе о дислокации фотонов во всем другом пространстве. Посмотрим, можно ли избежать фотона как дислокации всего бесконечного пространства.
Но в интерференционном эксперименте фотоны должны находиться в одно и то же время в одном и том же положении, чтобы интерферировать.
Последний вопрос является причиной ваших других? Как утверждает Анна В, проводятся эксперименты с одиночными фотонами, и после пропускания фотонов один за другим через двойную щель на экране наблюдателя (электронного прибора или простой фотопластинки) появляется хорошо известное распределение интенсивности. Следует подчеркнуть, что результат некоторого распределения интенсивности получается как для одиночных щелей, так и для одиночных ребер!
Как я сказал выше, материал двойных полос способен разделить световой луч на два луча, и это происходит с фотонами, составляющими электрическое и магнитное поля. Но во взаимодействии, как говорится в выражении, всегда участвуют два игрока. Вторым игроком в нашем случае являются поверхностные электроны вовлеченного препятствия. Таким образом, распределение интенсивности за краями является результатом общего и квантованного поля между фотонами и поверхностными электронами края (краев). Эта точка зрения разрешает многие трудности.
Для вопроса в заголовке о размере фотона см. Как размер магнитного поля зависит от длины волны фотона? .
пользователь108787
Константин Блэк
Qмеханик