Почему мы на самом деле видим солнце?

Я еще не получил хорошего ответа на этот вопрос: если у вас есть два луча света с одинаковой длиной волны и поляризацией (просто для простоты, но это легко обобщается на любой диапазон и все поляризации) встречаются в такой точке, как что они сдвинуты по фазе на 180 градусов (из-за разницы в длине пути или чего-то еще), мы все знаем, что они деструктивно интерферируют, и детектор точно в этой точке ничего не прочитает.

Итак, мой вопрос: поскольку такое безумно огромное количество фотонов постоянно исходит от Солнца, почему ни один фотон, попадающий в детектор, не совпадает с другим фотоном, который оказывается точно не в фазе с ним? Если у вас есть огромное количество случайно созданных фотонов, путешествующих на случайные расстояния (по крайней мере, в отношении их длины волны), то, похоже, это произойдет, подобно тому, как сумма огромного количества случайно выбранных единиц и -1 никогда не произойдет. отклоняться далеко от 0. Математически это будет:

∫ 0 2 π е я ф д ф знак равно 0

Конечно, то же самое произойдет для данной поляризации и любой длины волны.

Я почти уверен, что вижу солнце, поэтому я подозреваю, что что-то с моим предположением о том, что существует фактически бесконечное количество фотонов, попадающих в данное место, ошибочно ... они локально совпадают по фазе или что-то в этом роде?

Возможно, вам будет интересно прочитать статью @LubosMotl, в которой обсуждается, как классические поля возникают из квантовой теории частиц motls.blogspot.gr/2011/11/…
Я иногда думал о подобных вопросах, несмотря на связность и другие детали, о двух людях, играющих одну и ту же ноту на трубе. Не должно ли молчать ~1/2 попыток? :-D Музыка была бы совсем другой...
Re: « Безумно огромное количество фотонов постоянно исходит от Солнца ». Если я правильно помню, Солнце каждую секунду превращает в свет 4 тонны своей массы, а Земля перехватывает 2 унции.
Если вы говорите о фотонах... Вы уже приняли свет за частицу, а частицы не мешают.
Я думаю, что @Andrestand правильно говорит об отмене. Две трубы вряд ли будут настроены на одну и ту же частоту со всеми переменными - вплоть до типа металла, из которого они сделаны, сколько воздуха выходит через замочные отверстия, очень ограниченных вещей, таких как точная форма полости, давление воздуха, тип язычка. и т.д... Переменные настолько бесконечно велики, что сокращение между 2 невозможно. Возможно, различия в частоте ЭМ могут быть такими же конечными. Отличный вопрос.

Ответы (7)

Сначала давайте разберемся с ложным предположением:

подобно тому, как сумма огромного количества случайно выбранных 1 и -1 никогда не отклонялась бы далеко от 0.

Предположим, у нас есть набор Н случайные переменные Икс я , каждый независимый и с равной вероятностью + 1 или же − 1 . Определять

С знак равно ∑ я знак равно 1 Н Икс я .
Тогда да, ожидание С может быть 0 ,
⟨ С ⟩ знак равно ∑ я знак равно 1 Н ⟨ Икс я ⟩ знак равно ∑ я знак равно 1 Н ( 1 2 ( + 1 ) + 1 2 ( − 1 ) ) знак равно 0 ,
но колебания могут быть значительными. Поскольку мы можем написать
С 2 знак равно ∑ я знак равно 1 Н Икс я 2 + 2 ∑ я знак равно 1 Н ∑ Дж знак равно я + 1 Н Икс я Икс Дж ,
затем больше манипуляций со значениями ожиданий (помните, что они всегда распределяются по суммам; кроме того, ожидание продукта является произведением ожиданий тогда и только тогда, когда факторы независимы, что имеет место для нас для я ≠ Дж ) дает
⟨ С 2 ⟩ знак равно ∑ я знак равно 1 Н ⟨ Икс я 2 ⟩ + 2 ∑ я знак равно 1 Н ∑ Дж знак равно я + 1 Н ⟨ Икс я Икс Дж ⟩ знак равно ∑ я знак равно 1 Н ( 1 2 ( + 1 ) 2 + 1 2 ( − 1 ) 2 ) + 2 ∑ я знак равно 1 Н ∑ Дж знак равно я + 1 Н ( 0 ) ( 0 ) знак равно Н .
Стандартное отклонение будет
о С знак равно ( ⟨ С 2 ⟩ − ⟨ С ⟩ 2 ) 1 / 2 знак равно Н .
Это может быть сколь угодно большим. Другой взгляд на это заключается в том, что чем больше монет вы подбрасываете, тем меньше вероятность того, что вы окажетесь в фиксированном диапазоне безубыточности.

Теперь давайте применим это к чуть более сложному случаю независимых фаз фотонов. Предположим, у нас есть Н независимые фотоны с фазами ф я равномерно распределены по ( 0 , 2 π ) . Для простоты я буду предполагать, что все фотоны имеют одинаковую амплитуду, установленную на единицу. Тогда электрическое поле будет иметь силу

Е знак равно ∑ я знак равно 1 Н е я ф я .
Конечно же, среднее электрическое поле будет 0 :
⟨ Е ⟩ знак равно ∑ я знак равно 1 Н ⟨ е я ф я ⟩ знак равно ∑ я знак равно 1 Н 1 2 π ∫ 0 2 π е я ф   д ф знак равно ∑ я знак равно 1 Н 0 знак равно 0.
Однако вы видите изображения не в напряженности электрического поля, а в интенсивности , которая является квадратной величиной этого:
я знак равно | Е | 2 знак равно ∑ я знак равно 1 Н е я ф я е − я ф я + ∑ я знак равно 1 Н ∑ Дж знак равно я + 1 Н ( е я ф я е − я ф Дж + е − я ф я е я ф Дж ) знак равно Н + 2 ∑ я знак равно 1 Н ∑ Дж знак равно я + 1 Н потому что ⁡ ( ф я − ф Дж ) .
Параллельно приведенным выше вычислениям имеем
⟨ я ⟩ знак равно ⟨ Н ⟩ + 2 ∑ я знак равно 1 Н ∑ Дж знак равно я + 1 Н 1 ( 2 π ) 2 ∫ 0 2 π ∫ 0 2 π потому что ⁡ ( ф − ф ′ )   д ф   д ф ′ знак равно Н + 0 знак равно Н .
Чем больше фотонов, тем больше интенсивность, даже если будет больше аннулирований.

Так что же это означает физически? Солнце является некогерентным источником, а это означает, что фотоны, исходящие с его поверхности, действительно независимы по фазе, поэтому приведенные выше расчеты уместны. В отличие от лазера, где фазы очень тесно связаны друг с другом (они все одинаковые).

Ваш глаз (или, скорее, каждый рецептор в вашем глазу) имеет расширенный объем, в котором он чувствителен к свету, и он интегрирует любые колебания, происходящие в течение длительного времени (которое, как вы знаете, длиннее, чем, скажем, 1 / 60 секунды, учитывая, что большинство людей не замечают более высокую частоту обновления на мониторах). В этом объеме за это время будет какое-то среднее количество фотонов. Даже если объем достаточно мал, так что все фотоны с противоположной фазой нейтрализуются (очевидно, что два пространственно разделенных фотона не будут нейтрализоваться независимо от их фаз), ожидается, что интенсивность фотонного поля будет отличной от нуля.

На самом деле, мы можем поставить некоторые цифры к этому. Возьмите типичную шишку в вашем глазу, чтобы она имела диаметр 2   µ м , согласно Википедии . О 10 % Солнца 1400   Вт / м 2 поток находится в 500 – 600   н м диапазоне, где типичная энергия фотона 3,6 × 10 − 19   Дж . Если пренебречь, среди прочего, эффектами фокусировки, число фотонов, задействованных в одном рецепторе, примерно равно

Н ≈ π ( 1   µ м ) 2 ( 140   Вт / м 2 ) ( 0,02   с ) 3,6 × 10 − 19   Дж ≈ 2 × 10 7 .
Частичное изменение интенсивности от «кадра к кадру» или «пикселя к пикселю» в вашем видении будет выглядеть примерно так: 1 / Н ≈ 0,02 % . Даже плюс-минус несколько порядков, вы можете видеть, что Солнце должно светить стабильно и равномерно.

Хороший ответ. Мне нравится объяснение с точки зрения подбрасывания монеты и расстояния от точных отмен. В этом вопросе чувствуется парадокс Зенона - предположения ОП в этом вопросе в равной степени могут быть использованы, чтобы показать, что объекты не излучают тепло, море идеально плоское и что извергающиеся вулканы должны быть тихими.
Отличный ответ, но меня интересует значение «пространственно разделенных фотонов» в вашем обсуждении. Любой комментарий по этому поводу?
Привет, спасибо за подробный ответ. Я в основном готов принять это, но мне кажется, что в вашей математике есть кое-что странное: ваша линия Е знак равно ∑ я е я ф я кажется таким же, как мой первоначальный, усреднение электрического поля в точке по огромному количеству частиц, но вы используете сумму, а не интеграл. Но потом, позже, при обнаружении ⟨ Е ⟩ , у вас есть интеграл по той же переменной внутри суммы..? Я не уверен, почему.
@ChrisWhite спасибо за разъяснения. Я всегда опасаюсь связывать собственный объем со словом фотон , особенно когда остальная часть обсуждения вполне применима к плоским волнам.
Но мое настоящее замешательство все еще связано с рассуждениями. Где-то ниже я упомянул то, что, по моему мнению, является хорошей аналогией для этого: используя эксперимент с двумя щелями в качестве контекста, вы в основном, кажется, говорите, что в не полностью деструктивно-мешающих его частях, ⟨ Е ⟩ знак равно 0 , но я   ⟨ Е 2 ⟩ ≠ 0 , с чем я согласен. Но в совершенно темных пятнах, ⟨ Е ⟩ знак равно 0 а также ⟨ Е 2 ⟩ знак равно 0 , поэтому детектор там ничего не уловит, в идеале. Если Е = 0 всегда, то и Е 2 , Правильно?
Хм, континуум ценностей ф может взять на себя покрывается только вашей суммой (или моим интегралом), я думаю. В заданном месте, ф постоянна для каждого фотона, она не принимает каждое его значение. Тот факт, что детектор в этом месте «видит» континуум значений ф просто от того, что в любой момент существует огромное количество фотонов с такими значениями.
сорок девять голосов ? Я совершенно уверен, что в руководстве модератора есть положение, позволяющее потворствовать приостановке таких пользователей, привлекающих голосование... где-то. ;-)
@baptiste, возможно, вам будет интересно прочитать ссылку, которую я предоставил в комментарии к вопросу motls.blogspot.gr/2011/11/… . Это показывает, как не так просто получить классическую электромагнитную волну из ансамбля фотон/частица.
«которое, как вы знаете, длиннее, чем, скажем, 1/60 секунды, учитывая, что вы не видите мерцания большинства мониторов». Причина, по которой вы не видите мерцания большинства мониторов, заключается в том, что мониторы TFT не мерцают так сильно. вообще. Для ЭЛТ они действительно мерцали, и это также было легко увидеть. Вы же не думаете, что мы видим стробоскоп на 60 Гц как непрерывный свет, я надеюсь?
@annav, вы должны дать ссылку прямо здесь, потому что я не знаю, на какой конкретный комментарий вы ссылаетесь. (и чтение сообщения в блоге со всеми его комментариями, хотя время от времени занимательного и, возможно, познавательного, оставило бы меня сомневающимся в общей точности и отсутствии предвзятости в презентации).
@baptiste Ссылка в моем комментарии — это одна конкретная статья о том, как классические поля возникают из квантовой теории.
@ Крис Уайт -- я считаю, что должно быть " Дж знак равно я + 1 " в индексе суммы уравнений (3) и (4) и, возможно, также ниже. Например: ( Σ я знак равно 1 Н Икс я ) ( Σ Дж знак равно 1 Н Икс Дж ) знак равно Σ я знак равно 1 Н Икс я 2 + 2 ( Σ я знак равно 1 Н Σ Дж знак равно я + 1 Н ) Икс я Икс Дж .
Этот ответ, по-видимому, подтверждает идею о том, что при столкновении фотонов они уничтожаются, если не совпадают по фазе. Они не делают. Причина, по которой мы видим Солнце, проста. Волны только компенсируют векторы магнитного и/или электрического поля и только в одной точке пространства и времени. Энергия сохраняется, а любые «отмененные» волны пройдут друг через друга и продолжат свой веселый путь, как волны в океане.

Крис Уайт замечательно решает эту проблему с помощью статистики , но есть и менее математический способ взглянуть на это. Во-первых, чтобы развеять это представление:

Итак, мой вопрос: поскольку такое безумно огромное количество фотонов постоянно исходит от Солнца, почему ни один фотон, попадающий в детектор, не совпадает с другим фотоном, который оказывается точно не в фазе с ним?

Существует одинаковая вероятность того, что фотон совпадет с другим фотоном той же фазы, что и с противоположной фазой. Фаза каждого входящего фотона является независимой переменной. Если мы говорим о двух фотонах, то вероятность конструктивной интерференции равна вероятности деструктивной интерференции. Это сохраняется, даже если вы увеличиваете масштаб. (см. последний раздел, если вы не уверены в этом)

В основном есть три вещи, которые вы должны отметить здесь:

  • Среднее значение распределения не всегда является наиболее вероятным значением. На самом деле, это может быть даже не возможное значение.
  • Наши глаза измеряют интенсивность, а не амплитуду. Мы не различаем положительную и отрицательную амплитуду. Родопсин работает за счет поглощения энергии, которая не различает знак фазы
  • Вмешательство является локальным, а не глобальным. Если одна из палочек вашей сетчатки получает свет в положительной фазе, а другая — в отрицательной фазе, никакого подавления не произойдет.

Аргумент сохранения энергии

Вот очень простой способ взглянуть на это. Из-за сохранения энергии, если есть деструктивная интерференция , в другом месте должны быть конструктивные интерференции. В противном случае можно было бы ловко разместить детекторы и создавать/уничтожать энергию по желанию.

Поскольку свет от солнца некогерентен, в любой данный момент времени примерно половина пятен на нарисованной вокруг него сфере будет иметь конструктивную интерференцию, а половина — деструктивную (не обязательно полностью деструктивную, просто результирующая энергия меньше ) помехи. Эти точки будут меняться случайным образом — если в какой-то момент в какой-то точке возникло конструктивное вмешательство, в следующий момент оно может стать деструктивным.

Имея это в виду, всегда будет какая-то значительная часть ваших палочек/колбочек (которые занимают небольшой кусочек этой воображаемой сферы), получающая конструктивно интерференционный свет. Этого достаточно, чтобы вы могли видеть.

Почему он держится даже при увеличении масштаба

Я использую + для обозначения положительной фазы и - для обозначения отрицательной фазы. Я пренебрегаю тем фактом, что фаза - это не просто двоичное значение, так как это связано с вычислениями (см. ответ Криса Уайта). Число рядом со знаком — это новая амплитуда, если она изменилась.

Основная вещь здесь заключается в том, что среднее значение не всегда является наиболее вероятным значением. Возьмем случай с тремя фотонами:

 1   2   3   Amplitude  Intensity
 +   +   +   +3         9
 +   +   -   +1         1
 +   -   +   +1         1
 +   -   -   -1         1 
 -   +   +   +1         1
 -   +   -   -1         1
 -   -   +   -1         1
 -   -   -   -3         9

(Средняя интенсивность равна 3)

Обратите внимание на отсутствие 0 в выходном столбце. 0 — это средняя выходная амплитуда, но она никогда не рассматривается как значение выходной фазы. В случае непрерывного набора фаз возможен случай тотальной деструктивной интерференции , и это средняя фаза, однако есть много других значений конечной фазы, которые более вероятны .

Если вы сделаете эту диаграмму для любого нечетного значения, у вас всегда не будет тотальной деструктивной интерференции. Если вы сделаете это для любого четного значения, в половине случаев вы получите деструктивную интерференцию, однако в другой половине вы получите конструктивную интерференцию, поэтому полной деструктивной интерференции не произойдет. Во всех случаях средняя интенсивность всегда будет равна числу падающих фотонов. Вы можете масштабировать это столько, сколько хотите, это не изменится.

Ваш интеграл — отличное представление суммы набора осцилляторов, когерентных во времени и имеющих одинаковые амплитуды. Но ваша критическая ошибка состоит в предположении, что эти осцилляторы имеют постоянные частоты и амплитуды. Это просто неправда, потому что источники для каждого из этих осцилляторов сильно меняются во времени. («Поверхность» солнца — место жестокое.) И это означает, что ваш интеграл не является хорошей моделью для солнца.

В частности, все эти разные осцилляторы имеют разные амплитуды. И ваш интеграл представляет собой предел суммы действительно большого количества осцилляторов со всеми разными амплитудами. Так что это должно быть больше похоже на

∫ 0 2 π А ( ф ) е я ф д ф   ,
куда А ( ф ) — суммарная амплитуда всех осцилляторов с фазами между ф а также ф + д ф (грубо говоря). И этот интеграл не равен нулю, за исключением очень специальных функций А ( ф ) . А в случайных процессах «совершенно особые» вещи происходят « почти никогда ».

Таким образом, возникает вопрос: что такое А ( ф ) ? Ну, это зависит от времени, потому что представляет состояние осцилляторов в данный момент времени. Но если подумать только об одном моменте времени, это сумма, полученная в результате довольно случайного распределения осцилляторов. Теперь у вас есть действительно большое общее количество осцилляторов (потому что солнце большое), но это все же конечное число. А подынтегральная функция сужает это конечное число до бесконечно малого. Так А ( ф ) на самом деле вообще не будет усредняться по большому количеству осцилляторов. Даже если в среднем за А ( ф ) были бы нулем, вы бы никогда не получили ноль; обычно это будет какое-то случайное ненулевое число. Это, конечно, не будет постоянной функцией ф . И нет никаких причин для того, чтобы это было периодически в ф . Поэтому интеграл в общем случае будет отличен от нуля.

На самом деле общее значение интеграла будет по существу случайным числом. Итак, вы можете спросить, какова вероятность того, что случайное (действительное) число равно нулю? И ответ: ноль. Вы никогда не увидите идеальной полной компенсации солнечных фотонов.

Привет, я тоже не думаю, что проблема с «постоянными амплитудами и частотами». Для амплитуды умножьте интеграл, который я дал выше, на амплитуду A и проинтегрируйте его от 0 до любого желаемого значения. Внутренний (мой исходный) интеграл по-прежнему равен 0. То же самое для частоты (или волнового числа k, что угодно). Вместо того, чтобы просто иметь i phi в показателе степени, возьмите i(k r + phi) и проинтегрируйте k от 0 до бесконечности. Точно так же вы можете снова вытащить фи-часть, и интеграл по-прежнему будет равен 0.
У меня кончилось место, но суть всего в том, что при огромном количестве случайных волн, для любой можно спарить ее с "противоположной" по всем параметрам (фаза, амплитуда, длина волны, поляризация , так далее).
Но ваш интеграл представляет собой предел суммы действительно большого числа осцилляторов. Если вы думаете об этой сумме, я говорю, что каждый осциллятор будет иметь разную амплитуду. В пределе это означает, что вам придется умножать на амплитуду А ( ф ) соответствующей суммарной амплитуде всех осцилляторов с фазами между ф а также ф + д ф . Этот интеграл не равен нулю, если только А ( ф ) постоянно.
Я думаю, что это действительно не имеет значения, форма А ( ф ) если вы не предполагаете, что это что-то очень странное. Я думаю, что все сводится к аргументу симметрии, и что-то не так с моим первоначальным предположением. Ничего не зная о форме А , вам в основном придется предположить, что для любой амплитуды А для волны фазы ф , есть еще с амплитудой А и фаза ф + π на том же месте. Почему бы и нет?
Мне нужно было больше места, поэтому я объяснил это подробнее в своем ответе выше. Ключевым моментом является то, что на самом деле у вас есть конечное число вещей, испускающих фотоны, и А ( ф ) имеет дело с небольшой (бесконечно малой) частью из них, поэтому его значение будет довольно случайным, а не сможет отменить части интеграла с разными фазами. А ( ф ) не нужно быть причудливым, чтобы сделать интеграл ненулевым; она просто должна быть непостоянной, а не е я н ф или что-то особенное в этом роде.
теперь вы, кажется, утверждаете, что предел среднего значения огромной суммы, стремящейся к 0, не равен 0. Для всех целей это так. Вы практически не можете заниматься теорией в физике без этого предположения.
Нет, я говорю, что сумма не стремится к 0. Почему она стремится к 0?
Извините, я плохо объяснил, что имел в виду. Для каждого ф , вы интегрируете по множеству частиц при этом ф , при всех их различных А , что дает вам среднее ⟨ А ( ф ) ⟩ . По симметрии нет оснований предполагать, что любой ф отличается от любого другого (а значит, и для ⟨ А ( ф ) ⟩ ), что позволяет тянуть ⟨ А ⟩ вне интеграла. Вот что я имел в виду под лимитным заявлением.
Из интеграла так не вытащишь. Может быть, вы могли бы сделать заявление об ожидаемом значении интеграла, но не о его значении — и они будут другими. ⟨ А ( ф ) ⟩ ≠ А ( ф ) .
Как указывает отличный ответ Криса Уайта, среднее значение интеграла будет равно нулю. Но вы «почти никогда» не увидите это значение; вы увидите значения в диапазоне выше и ниже нуля. Типичный размер этого диапазона будет чем-то вроде квадратного корня из интенсивности, которая отлична от нуля.

Даже если вы говорите о фотонах, вы не думаете о них как о частицах.

Частица означает, что на экране, изображенном с осями x и y (или на вашей сетчатке), каждый отдельный фотон попадет в определенную точку (x, y) и будет обнаружен как частица. Интерференция появляется при нарастании множества отдельных попаданий на экран, если есть необходимая фазовая когерентность.

Это правда, что классическая волновая структура света плавно смешивается с моделью фотонных частиц, но это не означает, что отдельные фотоны разбросаны по всей плоскости (x,y). Каждый попадет в одно очко. Это может помочь, если вы обдумаете построение квантово-механической вероятностной интерференционной картины по одному электрону за раз в эксперименте с двумя щелями, который показывает интерференционную картину, распределение вероятностей. Фотоны в равной степени являются частицами и квантово-механическими волнами вероятности.

Миллионы солнечных фотонов не когерентны, и их попадания будут случайным образом появляться на экране; или ваша сетчатка создает изображение солнца, но будьте осторожны, наденьте соответствующие очки, чтобы не обжечься.

Изменить в ответ на комментарий:

Концепция света как волны работает, потому что существует согласованность между частицей/волной вероятности фотона и классической электромагнитной волной, которая создает интерференционные картины, видимые невооруженным глазом. Когда смешиваются два понятия, фотон и классическая волна, возникают парадоксальные ситуации. Крис (фотоны) и Майк (классические волны) дают вам математические расчеты. В своем вопросе вы смешиваете две рамки, классическую волну и фотоны. Когда вы говорите, что 1 и -1 в сумме будут статистически близки к нулю, вы используете концепцию частицы, потому что сложение происходит в определенном (x, y). Когда вы назначаете плюсы и минусы, вы используете классическую концепцию, где фаза сохраняется по всей плоскости x, y. Это неверно для некогерентных источников от солнца. Это верно для лазеров, в которых две рамки последовательно перекрываются, а фазы сохраняются в плоскости x, y. Солнце не лазер. Если бы это был лазер, в зависимости от положения экрана появлялись бы интерференционные картины, и были бы области с нулевой энергией, причем энергия ушла бы в яркие области. Энергия сохраняется во всех физических структурах.

Два фотона одной длины волны не везде деструктивно интерферируют. Как правило, вы получите бахрому. Полная энергия остается такой же, как у двух фотонов, но распределяется по-разному. Для двух других фотонов вы можете получить другую картину. Если вы добавите много-много фотонов, все эти паттерны сольются, и вы их не увидите (вы можете увидеть интерференцию только тогда, когда большинство фотонов когерентны). В целом, то, что вы можете видеть, является равномерным излучением.

Я знаю, что они не везде деструктивно интерферируют, но я хочу сказать, что в более отдаленной точке каждый из них снова совпадет с другим «противоположным» фотоном, который снова будет деструктивно интерферировать.
У меня сложилось впечатление, что вы видите фотоны как частицы, которые каким-то образом разрушаются, когда «сталкиваются» друг с другом. Это неправильно. Они в некотором роде являются полем или волной, занимающей заданный объем. На пересечении двух таких объемов поля перепутываются. В одних точках он становится равным 0, в других становится в два раза выше. Полная энергия сохраняется, поэтому, когда вы запускаете два фотона, вы обнаруживаете два фотона. Деструктивная интерференция не уничтожает фотоны. Они просто находятся в другом месте.
Но его точка зрения состоит в том, что на каждую пару деструктивных интерференций приходится огромное количество фотонов, не находящихся в одной и той же точке пространства, так что вы видите не интерферирующие фотоны, а миллионы других, которые случайно не находятся в одной и той же точке пространства. фаза в вашей точке.
@fffred, я знаю, что они на самом деле не уничтожаются, их поля E и B просто отменяются именно в этот момент. Но меня смущает то, что в любой заданной точке почти бесконечное количество (которое я предполагаю, возможно, ошибочно) случайным образом не совпадающих по фазе фотонов должны все интерферировать разрушительно в этой точке, но также практически в каждой точке.
@declan В любом заданном элементе объема вы ожидали, что столько пар будут конструктивно вмешиваться, сколько деструктивно.
@dmckee, поправьте меня, если я ошибаюсь, но вы, кажется, говорите, что мое предположение об огромном количестве фотонов в каждой данной точке верно, но моя следующая логика/математика неверна. Не могли бы вы сказать мне, как бы вы изменили приведенный выше интеграл, чтобы он соответствовал тому, что вы сказали?

Я бы предпочел иметь дело с волнами рассеяния, а не с фотонами (мне слишком сложно представить фотоны с частотой), но ответ тот же.

Наивно я сначала сказал бы, что свет, идущий от солнца к земле, является примером рассеяния в прямом направлении и находится в фазе. Почему? Солнечный свет, приходящий издалека, рассеивается из атмосферы, и все рассеянные вейвлеты конструктивно складываются (их световые пути не сильно меняются) друг с другом в прямом направлении. Таким образом, все волны достигают Земли почти в фазе.

Однако если мы добавим некоторое боковое рассеяние, то я думаю об этом следующим образом: солнечный свет, попадающий в земную атмосферу (состоящий из миллионов независимых молекул, расположенных случайным образом), будет иметь вторичные вейвлеты с фазами, не имеющими особой связи друг с другом. То есть вейвлеты, приходящие в некоторую точку P, имеют беспорядочную смесь различных фаз и, как правило, не взаимодействуют устойчивым конструктивным или деструктивным образом. Итак, чтобы ответить на ваш вопрос: некоторые фотоны интерферируют разрушительно, но не поддерживающим образом.

Это лучше всего оценить с точки зрения фазора - когда вейвлеты достигают некоторой точки P, фазоры имеют случайно большие разности фазовых углов по отношению друг к другу. При добавлении кончиков к хвостам они суммируются до нуля, точно так же, как показывает ваш интеграл.

введите описание изображения здесь

Я что-то упустил или объяснение намного проще, чем все предыдущие ответы?

Это аналогично вопросу: «Разве в океане не так много волн, что все они должны компенсироваться?» - Волны только прерываются в точке, затем продолжают проходить друг через друга, и этот процесс не разрушает энергию, которую на самом деле видят наши глаза.

Фотоны от Солнца не часто гасятся, потому что почти невозможно, чтобы 2 фотона генерировались в одном и том же пространстве и времени. Если луч идет от Солнца к вашему глазу, он движется по прямой линии (или отражается, преломляется и т. д.). Для того, чтобы другой фотон был ровно на 1/2 шага (180 градусов) не в фазе с ним. Часть фактического волнового фронта должна была бы перекрываться с фронтом волны первого фотона и продолжать делать это на всем протяжении этой прямой линии. Это геометрически дает ровно 1 положение, из которого фотон может исходить (или проходить) в один точный квант времени. Если атомы H/He на Солнце, излучающие первый фотон, также сталкиваются со вторым, нейтрализуя фотон, выходящий из-за него в этот момент времени, то, скорее всего, он поглотит и, возможно, повторно излучит его через короткое время.

Мы видим интерференционные картины в эксперименте с двумя щелями, потому что дифрагированные световые лучи сходятся друг к другу под углом, и если бы они были параллельны (или расходились), как на Солнце, то можно было бы ожидать абсолютно никакого подавления на больших расстояниях.

Утверждение, выделенное жирным шрифтом, верно, но это не ответ. Ваше понимание интерференции неверно. Фотоны не обязательно должны «генерироваться в одном и том же пространстве и времени», а схождение/расхождение не устраняет интерференцию. Вы можете думать об этом примерно так: расстояния, которые должны пройти фотоны, должны различаться на половину длины волны. Итак, если вы хотите исключить один фотон, возможное происхождение второго фотона находится где угодно на бесконечном ряде сфер, каждая из которых имеет бесконечное множество точек.
Майк, спасибо за поправку. Думаю, я понимаю интерференцию, но у меня проблемы с ее геометрическим аспектом. Набор сфер, который вы описываете, будет генерировать лучи, которые могут пересекаться только в точке пространства, а не вдоль линии. Глаза поглощают свет в 3-х измерениях, а не в одной точке, поэтому подавление в одной точке не сохраняется. Не могли бы вы как-нибудь помочь мне с этим офлайн? Я не хочу разбавлять этот вопрос.
Кажется, я понимаю путаницу. Если это правильно, я опубликую новый ответ. ОП моделирует фотон, попадающий в глаз, как перо, отмечающее точку на листе бумаги (1D и в точке). Более точно его можно было бы изобразить как метеорит, врезавшийся в кукурузное поле. Ретна — это не золотая фольга толщиной в один атом. Это массив ячеек глубиной в несколько (сотни триллионов) атомов, и если волны некогерентного света гасятся, они делают это на небольшом расстоянии и поглощаются, когда проходят друг через друга (как волны в океане).
Но если бы аргумент ОП был верен в любой точке, он применялся бы в любой точке пространства. На самом деле, мы можем сказать, что электромагнитное поле почти никогда не будет равно нулю , то есть вероятность того, что оно равно нулю в любой точке, равна нулю. Нет ни теоремы о промежуточном значении, ни топологического ограничения, ни чего-то подобного; это просто бесконечно маловероятно, что когда-либо где-либо произойдет.
Почему мы на самом деле видим солнце?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v