Можно ли объяснить фотоэффект без фотонов?

Да, фотоэффект можно объяснить без фотонов!

Его можно прочитать в

Л. Мандель и Э. Вольф, Оптическая когерентность и квантовая оптика, Издательство Кембриджского университета, 1995,

стандартный справочник по квантовой оптике. Разделы 9.1-9.5 показывают, что поле электронов реагирует на классическое внешнее поле электромагнитного излучения, испуская электроны в соответствии с вероятностями закона Пуассона, очень похожими на то, что Эйнштейн интерпретировал в терминах частиц света. Таким образом, квантовый детектор производит дискретные пуассоновские щелчки, хотя источник полностью непрерывен, а в квантово-механической модели вообще нет фотонов. Пространство состояний этой квантовой системы состоит только из многоэлектронных состояний. Таким образом, здесь многоэлектронная система (с последующим макроскопическим процессом декогеренции, который приводит к множественной точечной локализации поля испускаемых электронов) отвечает за создание точечного рисунка. Это доказывает, что щелчки нельзя рассматривать как доказательство существования фотонов.

Интересный сборник статей, объясняющих различные современные взгляды, находится в

The Nature of Light: What Is a Photon?
Optics and Photonics News, October 2003
https://www.osa-opn.org/home/articles/volume_14/issue_10/

Дальнейшее обсуждение дано в разделе «Фотоэлектрический эффект» моего часто задаваемых вопросов по теоретической физике на http://arnold-neumaier.at/physfaq/physics-faq.html . Смотрите также слайды моих лекций http://arnold-neumaier.at/ms/lightslides.pdf и http://arnold-neumaier.at/ms/optslides.pdf .

КЭД и фотоны, конечно, необходимы для объяснения особых квантовых эффектов света, обнаруженных в современных экспериментах (обсуждаемых в цитированном выше выпуске Optics and Photonics News), таких как неклассические состояния света или параметрическое преобразование с понижением частоты, но не для фотоэлектрического эффекта.

Статья Лэмба-Скалли — хороший пример того, как даже лауреат Нобелевской премии иногда может написать плохую статью.

Исторический контекст важен. Эйнштейн выдвинул гипотезу о фотоне в 1905 году, но его работа опередила свое время и не получила широкого признания. Спустя десятилетия, даже когда все физики признали квантово-механическую природу атома , квантово-механическая природа света считалась подозрительной. Бор оказал влияние на продвижение теории, в которой атомы были квантованы, но свет, который они поглощали и излучали, был классическим. Лэмб начал свою карьеру в эту эпоху.

Если вы читаете статью Лэмба-Скалли, первое, что вы заметите, это то, что в них прямо утверждается, что фотоны абсолютно необходимы для объяснения таких явлений, как излучение абсолютно черного тела, комптоновское рассеяние, спонтанное излучение и лэмбовский сдвиг. Любые интернет-чудаки, которые пытаются цитировать Лэмба и Скалли как авторитетов против квантования света, сильно ошибаются.

Как и в старомодном тупиковом подходе Бора, они рассматривают атом как квантово-механическую систему, а электромагнитное поле — как классическую. Они способны воспроизвести соотношение Эйнштейна$E=hf-W$, куда$E$- максимальная энергия электрона после того, как он покинет катод,$h$- квантово-механическая постоянная Планка,$f$- частота света, а$W$- энергия, необходимая для того, чтобы электрон вылетел через поверхность катода. Это не особенно удивительно и не впечатляет в уродливых квантовых/классических расчетах, подобных этому; по сути, это просто говорит о том, что световая волна должна извлекать энергию на резонансной частоте атома, эта частота должна соответствовать его собственной частоте.

Они также показывают, что скорость перехода отлична от нуля даже при первом включении света, говоря, что их результат «определенно не подразумевает «временную задержку», которую некоторые люди привыкли ожидать для фотоэлектронов, создаваемых классическим электромагнитным полем». Этот результат не так впечатляет, как кажется, поскольку классическое предсказание — это то, что можно ожидать от классической световой волны, падающей на классические атомы.

На самом деле скорость перехода, которую они получают, показывает реальную проблему с их расчетами. В их расчетах каждый атом рассматривается как независимый от всех других атомов. Поэтому, если классическая вспышка света с энергией$W$освещает катод, он может ионизировать более одного атома, нарушая закон сохранения энергии. Этот нефизический результат показывает обратное тому, что они утверждают; это показывает, что их смешанный квантово-классический Франкенштейн не может дать физически приемлемого объяснения фотоэлектрического эффекта. Что им действительно нужно, так это квантово-механическая запутанность между различными частями волнового пакета фотона, так что если фотон наблюдается на атоме А, он гарантированно не будет наблюдаться на атоме В. Без этого квантово-механического «призрачного действия» на расстоянии», их теория нарушает закон сохранения энергии.

Эта проблема была обнаружена на очень раннем этапе развития «старой» квантовой теории и привела к теории Бора-Крамерса-Слейтера (БКС), в которой предполагалось, что энергия и импульс сохраняются только на статистической основе. Эксперименты, проведенные еще Боте в 1925 году, опровергли теорию БКС, показав, что когда рентгеновские лучи испускаются в виде сферической волны на два полусферических детектора, эти два детектора полностью антикоррелированы.

Современное обсуждение этих вопросов дано Гринштейном, 2005. В разделе 2.1 они сначала представляют краткое изложение аргумента Лэмба-Скалли, а затем обсуждают экспериментальную проверку существования антикорреляций, необходимых для поддержания сохранения энергии (Гранжье 1986). Тот факт, что эту антикорреляцию не удалось успешно наблюдать с видимым светом до 1986 года, был связан с техническими ограничениями возможности создавать источники света, которые были бы собственными состояниями числа фотонов. Однако аналогичный результат антикорреляции с рентгеновскими лучами уже был продемонстрирован Боте в 1925 году.

Следовательно, можно утверждать, что наблюдений фотоэффекта было недостаточно для установления существования фотонов без дополнительной проверки антикорреляций несколько лет спустя. Однако это было бы заблуждением. С точки зрения физиков, читавших статью Эйнштейна 1905 года, до того, как была установлена ​​квантово-механическая природа атома, гибридная модель, такая как теория Лэмба или теория БКС, была недоступна, и поэтому фотоэлектрический эффект действительно требовал квантования света. Можно утверждать, что в историческом контексте периода с 1913 г. (модель Бора) по 1925 г. (Боте) существовала жизнеспособная теория БКС, которая избегала квантования электромагнитного поля, но это вводит в крайнее заблуждение, когда современные авторы, такие как Лэмб не признать, что несохранение энергии было составной частью.

Аналогичные трудности возникают, если попытаться построить непротиворечивую теорию, в которой гравитационное поле просто не квантуется, в отличие от других фундаментальных сил (Carlip 2008).

Боте и Гейгер, "Experimentelles zur Theorie von Bohr, Kramers und Slater", Die Naturwissenschaften 13 (1925) 440. Эксперимент описан в нобелевской лекции Боте 1954 года .

Карлип, «Необходима ли квантовая гравитация?», http://arxiv.org/abs/0803.3456 .

Грангье, Роджер и Аспект, «Экспериментальные доказательства эффекта антикорреляции фотонов на светоделителях», Europhys. лат. 1 (1986) 173 — можно найти в Интернете, погуглив

Гринштейн и Зайонц, «Квантовая проблема: современные исследования основ квантовой механики», Джонс и Бартлетт, 2005 г.

Да, в учебниках это очень неправильно.

Распространенное повествование об этих вещах лучше всего резюмируется подходом «трех гвоздей в гроб»: мертвое тело — это волновая теория света, а три гвоздя — это спектр абсолютно черного тела, фотоэлектрический эффект и эффект Комптона. Какие бы трудности волновая теория ни испытывала с современными антикорреляционными экспериментами, они совершенно неправы в аргументах, которые приводят для отказа от волновой теории на основе «трех гвоздей».

Причина, по которой учебники и физики того времени принимали эти неверные аргументы, заключалась в том, что до 1926 года не существовало жизнеспособной теории, которая позволяла бы людям проводить расчеты методом волны за волной. Когда Шредингер открыл волновые уравнения, всем трем явлениям стали доступны четкие объяснения. Я кратко опишу их здесь.

Во-первых, фотоэлектрический эффект. Даже сегодня современные учебники уделяют много внимания частотному порогу, как если бы это было необъяснимо для классических волн. Теория Шрёдингера сразу показала, что состояния с разными энергетическими уровнями связаны только при возбуждении частотами, соответствующими разнице этих уровней. Тем не менее, учебники продолжают заявлять о недоумении по поводу частотного эффекта.

Другая вопиющая ошибка учебников заключается в использовании физического сечения отдельного атома для расчета сечения поглощения. Даже Скалли виновен в этом в статье 2002 года (если я помню год). Физическое поперечное сечение совершенно неверно даже в теории антенн; если бы это было правдой, кристаллическое радио никогда не смогло бы собрать достаточно энергии, чтобы привести в действие даже самые крошечные наушники. Я объясняю это в своем блоге на Crystal Radio . (И я не думаю, что кто-то захочет спорить о том, что для объяснения кристаллического радио необходимы фотоны.)

Во-вторых, эффект Комптона. Когда я нашел полуклассическое объяснение эффекта Комптона, я думал, что получу Нобелевскую премию . Поэтому я был разочарован, обнаружив, что Шредингер опубликовал точно такое же объяснение в 1927 году. Вы берете свет и электрон в системе с центром масс и рассматриваете систему в средней точке взаимодействия... когда электрон находится в суперпозиции состояний, наполовину движущихся влево, и наполовину движущихся вправо. Сразу видно, что эта суперпозиция создает слои заряда, равномерно расположенные на расстоянии$\frac{1}{2}\lambda$, создавая идеальную дифракционную решетку для полного отражения.

Конечно, Комптон не мог прийти к такому объяснению, потому что он не знал об электронных волнах. Его «доказательство», опровергающее волновую теорию света, рассматривало электрон как крошечный заряженный шарик для пинг-понга.

Наконец, спектр черного тела представляет собой интересный случай. Как ни странно, известно, что закон Планка должен преобладать, даже если бы электромагнетизма не существовало, примером чего является низкотемпературная удельная теплоемкость твердых тел. Отклонение от закона Дюлонга и Пети было (кажется) признано Эйнштейном в статье 1905 года. Но трудно утверждать, что это вызвано «фотонами». Конечно, мы должны полагать, что подавление высокочастотных мод является здесь просто механическим следствием уравнения Шредингера.

И если это так, то нет необходимости обращаться к «фотонам», чтобы объяснить распространение закона Планка на электромагнитный спектр, потому что тщательное классическое рассуждение показывает, что энергия на моду на любой заданной частоте классического электромагнитного поля должна быть равна энергии на моду механических осцилляторов на той же частоте. Я покажу, как работает этот расчет, в серии статей, завершающихся здесь .

На всякий случай я также ясно показываю в более поздней серии сообщений в блоге , что копенгагенский «квантовый скачок» между собственными состояниями дает то же поле излучения, что и модель непрерывного перехода Шредингера с полуклассическим излучением атомов .

Спасибо Хелдеру Велесу за пометку некоторых моих статей. Да, я чудак, которого Бен Кроуэлл назвал таковым, так что не стесняйтесь игнорировать мой пост.

Я не согласен с OP в том, что не считаю энергосбережение фатальным недостатком.

Если позволить$t\to\infty$в пертурбативном расчете получается хорошая дельта-функция$\delta(\epsilon_f-\epsilon_i-\hbar\omega)$но в таком случае внешний источник энергии бесконечен, и нельзя сформулировать никакого значимого аргумента в области сохранения энергии, поэтому я предполагаю, что OP должен говорить о результате за конечное время, поэтому давайте сосредоточимся на этом.

Следуя аргументу ОП, на самом деле нам даже не нужны два атома, чтобы увидеть, что энергия не «сохраняется» - достаточно одного атома. Результат гармонического возмущения дает вероятность перехода из основного состояния$|g\rangle$к$k$возбужденное состояние$|k\rangle$как (цитируя уравнение Лэмба и Скалли (13)),

куда$E_0$– напряженность E-поля внешней электромагнитной волны. Обычно матричный элемент$\langle k|\hat x|g\rangle$может быть ненулевым до$|k\rangle$с произвольно высокой энергией. Для классического света мы можем сделать$E_0$произвольно близко к$0$, это означает, что в конечном$t$запас энергии может быть сколь угодно мал, но вероятность перехода к$|k\rangle$с очень высокой энергией (т.$\epsilon_k-\epsilon_g>\text{ external energy supply}$). Если после измерения атом действительно окажется на$|k\rangle$, то закон сохранения энергии нарушен.

Однако в чем причина этого нарушения? Это потому, что наше измерение энергии для внешней электромагнитной волны является классическим, в то время как измерение энергии для атома является квантово-механическим. Другими словами, мы сравниваем начальную энергию с некоторым собственным значением$\epsilon_k$квантового гамильтониана. В полностью квантово-механической (т. е. не полуклассической) системе это именно то, чего мы не должны делать; что мы должны сравнить, так это ожидаемые значения энергии, то есть что-то вроде начального$\langle i|H|i\rangle$и последний$\langle f|H|f\rangle$, но никогда не только некоторые собственные значения (если только оба не являются собственными состояниями). Поэтому, если мы сделаем то же самое в полуклассической трактовке фотоэлектрического эффекта, мы увидим, что сохранение энергии выполняется качественно, потому что из уравнения$(13)$мы видим, что ожидаемое значение энергии будет пропорционально$|E_0|^2$. Я считаю, что тот же аргумент применим к эксперименту OP с двумя атомами.

Я должен сказать, что аргумент OP оправдан для полуклассической системы, потому что это, безусловно, возможно с точки зрения эксплуатации. Но я хочу сказать, что это общая проблема всех полуклассических систем (на самом деле был аналогичный аргумент, показывающий, что если свет трактуется классически, то принцип неопределенности для электрона может быть нарушен. См. страницу Сакураи «Расширенная квантовая механика». 34~35). Так что я думаю, этого достаточно, чтобы Лэмб и Скалли могли воспроизвести$E=\hbar\omega-\phi$и эмиссия электронов без задержки. Если кто-то хочет использовать закон сохранения энергии в качестве возражения, то можно просто сказать, что квантово-классическая связь невозможна, нет необходимости придавать какое-то особое значение фотоэлектрическому эффекту.

Я хотел бы переместить свой последний комментарий в основной текст для полноты картины. Трудность сохранения энергии является только концептуальной, а не экспериментальной, потому что самый первоначальный фотоэлектрический эффект мог измерять только ожидаемые значения энергии, и из моего вышеприведенного анализа мы видим, что ожидаемые значения энергии сохраняются. Даже на концептуальном уровне все еще есть выход, то есть принять закон сохранения энергии только на статистическом уровне (который, конечно, нуждается в экспериментальной проверке, и действительно были, как упомянул Бен), и это было именно то, что Бор предложено именно по той же причине. Одним словом, я считаю, что Лэмб и Скалли объяснили все экспериментальные аспекты фотоэффекта.

Фотоэффект можно объяснить без фотонов. Во-первых, давайте дадим определение «фотону». Это не что-то вроде волнового пакета. Пожалуйста, это тоже не детектирующий щелчок. Это двойственное явление. Фотон так или иначе пойдет к светоделителю, но если вы снова соберете луч, вы получите интерференционную картину. Это грубая цитата Бора (ссылка 1), объясняющая взгляд Эйнштейна на фотон. Это инкапсулирует способ работы квантовой механики (КМ): волна вероятности направляет событие поглощения. Ключевой особенностью этой модели является то, что испускание одного кванта завершается в сумме одним квантом. Если квант делится пополам, он может произвести два полукванта. QM обычно обрабатывается в этом однозначном смысле. Существует малоизвестная альтернатива этой модели. Это было названо гипотезой накопления и теорией загрузки. Мы называем это пороговой моделью (ТМ). Чтобы понять фотоэлектрический эффект без фотонов, нужно увидеть изъян в КМ и понять ТМ. Анализируя прошлые эксперименты и новые эксперименты, мы показываем, как МК терпит неудачу. Пожалуйста, смотрите на то, что говорят эксперименты, а не на людей. Эти эксперименты включают фотоэлектрический эффект, элемент времени в фотоэлектрическом эффекте, эффект Комптона, дифракцию заряда, тесты абсолютно черного тела, дифракцию гигантских молекул и тесты совпадения с разделением луча (см. веб-сайт, ссылка 2).

Наиболее важным из этих тестов является тест на совпадение с разделением луча. Этот тест известен тем, что показывает свойство частицы двигаться в ту или иную сторону на светоделителе, точно так же, как в определении фотона Эйнштейном. Этот тест был описан с видимым светом, но теперь мы делаем это с гамма-лучами. Недавно было показано, как частота совпадающих щелчков детектора после светоделителя может существенно превышать частоту случайных совпадений. Квантовая механика предсказывает случайность. Вероятность легко определяется по формуле (временное окно)(частота одиночных операций детектора 1)(частота одиночных операций детектора 2) = (частота шансов), см. ссылку (3). Кадмий-109 при спонтанном распаде испускает только один гамма-излучение. Мы знаем это из сэндвич-теста: теста на совпадение с парой детекторов на противоположных сторонах радиоизотопа, на близком расстоянии (см. Knoll ref 3). Cd-109 также испускает рентгеновские лучи. но мы устраняем это с помощью электронных дискриминаторов амплитуды импульса. Мы настроили дискриминаторы на считывание импульсов выше двух третей характеристической высоты, соответствующей его фотопику гамма-излучения 88 кэВ. Предыдущие тесты показали, что высота импульса пропорциональна электромагнитной частоте, а также пропорциональна их так называемой фотонной энергии в электрон-вольтах. Здесь мы используем эВ только для удобства, потому что не верим в фотоны.

Теперь для моего теста мы используем тот же изотоп, детекторы, электронику, настройки амплитуды импульса, что и в сэндвич-тесте, но мы делаем два изменения. 1) Мы помещаем два детектора по одну сторону от радиоизотопа так, чтобы гамма-излучение должно было пройти через первый детектор, чтобы быть принятым вторым детектором. 2) Мы делаем первый детектор тоньше, чтобы вероятность достижения любого детектора была одинаковой. Эта тандемная геометрия разделяет энергию подобно геометрии светоделителя, но работает лучше. Результат обычно в 15 раз превышает вероятность случайного. Результат очень воспроизводим, но зависит от деталей настройки. Это не особый случай. Эффект работает с другими изотопами, другими детекторами (иодид натрия, HpGe) и другими геометриями. Если ты веришь в фотоны, этот эффект «два в одном», по-видимому, нарушает закон сохранения энергии. Энергия по-прежнему сохраняется, но теперь мы понимаем, как должно существовать предварительно загруженное состояние из предыдущих обменов энергией. Если вы делаете этот тест с видимым светом, вы смотрите на шум. Проведение теста с гамма-излучением дает возможность преодолеть шум. Если вы проведете тест с детектором с эффективностью эффекта Комптона, превышающей фотоэлектрическую эффективность, вы увидите шум и решите, что квантовая механика верна. Детекторы и гамма-излучение, которые мы использовали, были выбраны для доминирующего фотоэлектрического отклика. Новые тесты с гамма-лучами показывают, что фотонов нет. Если вы проведете тест с детектором с эффективностью эффекта Комптона, превышающей фотоэлектрическую эффективность, вы увидите шум и решите, что квантовая механика верна. Детекторы и гамма-излучение, которые мы использовали, были выбраны для доминирующего фотоэлектрического отклика. Новые тесты с гамма-лучами показывают, что фотонов нет. Если вы проведете тест с детектором с эффективностью эффекта Комптона, превышающей фотоэлектрическую эффективность, вы увидите шум и решите, что квантовая механика верна. Детекторы и гамма-излучение, которые мы использовали, были выбраны для доминирующего фотоэлектрического отклика. Новые тесты с гамма-лучами показывают, что фотонов нет.

Можно было бы возразить, сославшись на множество подобных тестов, подтверждающих фотоны. Внимательно осмотрите их. Вы часто будете видеть обман поляризации. Поляризованное атомное излучение$hf$энергии будет направляться поляризованным светоделителем в ту или иную сторону, тем самым заставляя вас думать, что их тест поддерживает фотонную модель.$E=hf$по-прежнему верно, но, пожалуйста, не будем называть это фотоном. Мне нравится называть это новым в честь Планка. На самом деле ТМ является расширением второй теории Планка (4). Кроме того, обсуждается ли в каком-либо из этих тестов, как они устанавливают свои дискриминаторы амплитуды импульсов? Я никогда не видел, чтобы они это показывали. Оказывается, распределение амплитуды импульсов с использованием монохроматического видимого света с любым детектором слишком широкое, чтобы можно было провести различие между КМ и ТМ. Если вы устанавливаете дискриминатор слишком высоко, вы, по-видимому, фальсифицируете КМ; если вы установите слишком низкое значение, вы, по-видимому, докажете QM.

TM требует предварительно загруженного состояния. В фотоэлектрическом эффекте предварительно нагруженное состояние представляет собой количество электронной кинетической энергии. Тот же самый эффект «два в одном» проявляется в моих аналогичных тестах на совпадение расщепленных лучей с альфа-лучами. Атом расщепляется подобно волне. Эти тесты не просто описывают волновые свойства; они показывают провал тестов, которые известны тем, что поддерживают свойство частиц. Чтобы увидеть, как такое предварительно загруженное состояние возможно, требуется концептуальная корректировка наших физических констант. Опишем для электрона: зарядовая постоянная$e$, постоянная массы$m$, и Планка$h$. Чтобы увидеть, как возможны преднагруженное состояние и материя-волны, возьмем эти константы за выражение максимумов, обнаруженных в наших экспериментах. В этой теории мы не видим под-$e$но мы можем понять, что он тем не менее существует. В тестах, отображающих волновые свойства, присутствуют соотношения$e/m$,$h/e$,$m/h$. Например, если вы видите$e/m$отношение в уравнении, это означает, что эксперимент, связанный с этим уравнением, может иметь$e/2$а также$m/2$, но вы этого не узнаете. Уравнения, которые не показывают этих простых соотношений, представляют собой случаи, когда волны удерживаются вместе, мы имеем дело с реальными частицами, и эти системы не будут дифрагировать. Только что были описаны важные моменты моего открытия, направленные на устранение корпускулярно-волнового дуализма, и, более конкретно, на то, как увидеть фотоэлектрический эффект без фотонов. Записи на моем веб-сайте (2) показывают вывод фотоэлектрического эффекта, связывая его с уравнением де Бройля. Понять фотоэлектрический эффект без фотонов — значит превзойти корпускулярно-волновой дуализм и изменить нашу самую фундаментальную физику.

(1) Бор, Атомная физика и человеческие знания, см. стр. 50
(2) http://www.thresholdmodel.com
(3) Кнолль, Обнаружение и измерение излучения
(4) Кун, Теория черного тела и квантовый разрыв, 1894-1912 гг.

Все вышеприведенные объяснения описывают измеримые эффекты в конечных точках энергетического взаимодействия, они не демонстрируют фотоны как нечто иное, как понятие чистого удобства, которое исторически происходит из страшной аналогии с бильярдным шаром. «Так называемое» распространение энергии взаимодействия наблюдается только в конечных точках, и эффект связан с c (так называемой скоростью света), поэтому при c расширение времени и пространства делает конечные точки по существу одним и тем же событием. Важно избавиться от антропоморфных границ наблюдаемости. «Эффект», который вы измеряете, нагружен не только вашим пристрастием к понятию времени и расстояния, но также и к причинно-следственной связи. Эффекты конечной точки не требуют наличия фотона. Само понятие одного является анахронизмом.

Ответ Бена Кроуэлла содержит семя для другого ответа, где он написал, что Лэмбу и Скалли нужно будет добавить нелокальную жуткую «самозапутанность» в их модель только для волн. Хорошо, давайте добавим функцию самозапутывания. Другими словами, поглощение квантовых волн квантуется и подразумевает отсутствие поглощения в другом месте... даже если поглощающий детектор расположен далеко от остальной части эксперимента (что предполагает эффект обратного во времени для предотвращения поглощения в точке эксперимента). детекторы, достигнутые ранее другими частями волны).

Примечание. Эксперименты, фальсифицирующие «классические волны», не обязательно фальсифицируют неклассические (квантовые) волны и, таким образом, не доказывают существование частиц. Таким образом, мы должны игнорировать ответы и цитировать статьи, которые приводят доводы в пользу квантовых частиц, приводя доводы против классических волн.

Любой классический или квантовый электродинамический эффект можно объяснить без фотонов.

Фотоны не реальны, а просто приспособление для упрощения прямых взаимодействий между частицами. Вместо того, чтобы писать

для процесса, в котором электрон$\mathrm{e}_1$теряет энергию, мы вычитаем электрон окружающей среды, чтобы получить

Термин в скобках — это то, что мы называем фотоном.

Отсюда можно вывести все свойства фотона (масса, энергия, спин).

Масса:$m_\gamma \equiv m_{\mathrm{e}_2'} - m_{\mathrm{e}_2} = 0$.

Энергия:$E_\gamma \equiv E_{\mathrm{e}_2'} - E_{\mathrm{e}_2}$.

Вращение:$S_\gamma \equiv S_{\mathrm{e}_2'} - S_{\mathrm{e}_2} = (\pm1/2 - \pm1/2) = (-1,0,0,+1)$.

Вместо этого постулируем их, как это делает теория поля.

Базовый обзор электродинамики без фотонов можно найти в следующих двух работах:

Классическая электродинамика в условиях прямого взаимодействия частиц . 1949 г., испр. мод. физ. 21(3), 425--433. Уиллер, Джон Арчибальд; Фейнман, Ричард Филлипс

Космология и электродинамика действия на расстоянии . 1995 г., испр. мод. физ. 67(1), 113--155. Хойл, Ф .; Нарликар, СП

Нет! На самом деле существование фотонов имеет решающее значение для фотоэлектрического эффекта. Чтобы понять, почему это так, подумайте о столкновении бильярдного шара. Фотоны сталкиваются с электроном в металле с определенной работой выхода, электрон, в свою очередь, поглощает энергию фотона; вместо полного отражения света, согласно классической волновой теории света.