То, что я считаю (я не физик), можно было бы назвать «классическим» описанием электромагнитного излучения, так это то, что это колебание магнитных и электрических волн, каждая из которых порождает другую посредством уравнений Максвелла (в частности, Фарадея и Ампера). Это привело бы меня к мысли, что если бы я мог держать заряд в руке и трясти его вперед и назад с определенной частотой, скажем, с частотой синего света, то я мог бы производить непрерывную волну электромагнитного излучения. Если бы я мог делать это в одном-единственном направлении — туда и обратно — тогда, возможно, я мог бы создать поляризованный свет.
Затем я прочитал некоторые комментарии и ответы на этом сайте, которые, по-видимому, указывают на то, что волновые свойства света реализуются только большими популяциями фотонных частиц — что отдельный фотон не имеет длины волны как таковой, а Стандартная модель указывает, что фотон — это частица, а не волна.
Действительно ли в описанном выше эксперименте я буду излучать свет? Будут ли они в форме фотонных частиц, или природа фотонов в виде частиц является лишь проявлением атомных или ядерных (связанных систем) дискретных переходов, производящих фотоны, благодаря тому факту, что эти переходы связаны с дискретными энергиями (или, возможно, измерение устройства, которые их обнаруживают)? Если свет не производится, как это можно согласовать с Максвеллом? Возможно ли создание одиночной непрерывной волны электромагнитного излучения? (т.е. свет без частиц)
Ваш эксперимент даст свет, потому что каждый ускоряющий заряд испускает излучение. Ваша рука встряхивает заряженную частицу, это то же самое, что и радиоантенна, только с гораздо большим количеством зарядов, поэтому сигнал можно обнаружить издалека. Когда вы идете к врачу и делаете рентген, эти рентгеновские лучи генерируются пучком электронов, воздействующим на плотный металл, такой как вольфрам. Электроны замедляются и останавливаются внутри металла, и это ускорение создает рентгеновское излучение (технический термин — тормозное излучение , что в переводе с немецкого означает «тормозное излучение»). Когда пучок электронов проходит через магнитное поле, он меняет направление, что также является ускорением, а также испускает свет, называемый синхротронным излучением .
Вот видео обо всех крутых вещах, которые мы можем делать с этим светом.
Теперь, благодаря квантовой природе реальности, все вышеперечисленные эффекты на самом деле производят потоки фотонов. Исходные уравнения, описывающие такие эффекты, как синхротронное излучение, являются классическими расчетами и дают точные результаты, но в некоторых случаях для большей точности необходимы квантовые эффекты, особенно в случае тормозного излучения, когда электроны отскакивают от атомов. Более подробное описание можно найти в Quantum Field Theory, а мультипликационная версия выглядит примерно так:
Электрон в состоянии покоя имеет электромагнитное поле, потому что у него есть электрический заряд (это несколько тавтологично, поскольку определение электрического заряда — это способность взаимодействовать с электромагнитным полем, но тем не менее). Электрический заряд связывает поведение электрона с электромагнитным полем. Если вы схватите этот электрон, потянув за него, он начнет двигаться. Другими словами, вы придали ему некоторую кинетическую энергию. Теперь, поскольку электрон связан с электромагнитным полем, часть энергии, которую вы вкладываете в электрон, притягивая его, вместо этого направляется в электромагнитное поле. Это создает стабильные бегущие волны в электромагнитном поле (также известном как свет), подобно тому, как бросание камня в пруд создает рябь, которая уходит от места удара. Эти электромагнитные волны будут обнаружены где-то еще как фотоны из-за квантовой механики, но до этого обнаружения они были совершенно непрерывными волнами. Поскольку волны уносят энергию, электрон имеет меньшую кинетическую энергию и движется медленнее.
Источником ЭМ-излучения является испускание фотонов возбужденными электронами (главным образом потому, что другие субатомные частицы также испускают фотоны). Начиная с этого самого фундаментального момента, станет ясно, что электромагнитные волны и электромагнитное излучение — это не одно и то же.
Фотон — это квант энергии с компонентами магнитного и электрического поля, обе из которых колеблются поперек направления распространения. А в вакууме оба компонента перпендикулярны друг другу. Если взять декартову систему координат, x — направление распространения, y и z — направления электрического и магнитного полей.
... электромагнитное излучение заключается в том, что это колебания магнитных и электрических волн, каждая из которых порождает другую через уравнения Максвелла ...
Описанная вами электромагнитная волна возникает в двух возможных случаях: распространение одного фотона и электромагнитное излучение ряда синхронно ускоренных электронов.
Фотоны от теплового источника имеют различное энергосодержание и разные направления компонент их поля (все y и z равны 360° относительно x).
Синхронное ускорение электронов происходит на поверхности стержня антенны. То, что мы получаем, является модулированным ЭМ излучением с поляризованными фотонами: составляющая электрического поля испускаемых фотонов параллельна электрическому полю в стержне, магнитная составляющая перпендикулярна ему.
... если бы я мог держать заряд в руке и трясти его вперед и назад с определенной частотой, скажем, с частотой синего света, я мог бы производить непрерывную волну электромагнитного излучения.
Да, вы будете стимулировать эмиссию ЭМ-излучения. Встряхните одиночный заряд на определенной частоте, вы будете стимулировать серию фотонных излучений. В точках максимального ускорения с большей энергоемкостью и вблизи точки отсутствия ускорения с меньшей энергией. Количество излучаемых фотонов зависит от удержания электрона в вашей руке.
Если бы я мог делать это в одном-единственном направлении — туда и обратно — тогда, возможно, я мог бы создать поляризованный свет.
Я не уверен в этом, потому что ускорение не связано с электрическим потенциалом. Возьмите электроды переменного тока вместо руки, да, вы получите поляризованное ЭМ-излучение.
jpf
jpf
верделит