Занимают ли фотоны пространство?

Полный нуб тут.

Я понимаю, что у фотонов нет массы. Однако они должны каким-то образом занимать пространство, так как я читал, что световые волны могут сталкиваться друг с другом.

Занимают ли фотоны пространство? и если да, значит ли это, что существует теоретически максимальная яркость, при которой в том же объеме не может присутствовать никакого дополнительного количества фотонов?

Ответы (3)

Однако они должны каким-то образом занимать пространство, так как я читал, что световые волны могут сталкиваться друг с другом.

Это не правда. Да, световые волны могут «сталкиваться» и взаимодействовать друг с другом (редко), но это само по себе не означает, что они должны занимать пространство.

Не совсем ясно даже, что значит для субатомной частицы занимать пространство. Частица, подобная фотону, представляет собой возмущение в квантовом поле и в некотором смысле «разбросано» по пространству; он не имеет определенного размера в том же смысле, что и макроскопический материальный объект. Но вы, вероятно, согласитесь, что если и возможно дать какое-либо разумное определение «занятия пространства» для субатомной частицы, то оно должно включать предотвращение того, чтобы другие вещи также занимали то же самое пространство. Фотоны этого не делают. Это бозоны , и, как следствие, они не подчиняются принципу запрета Паули , поэтому, если у вас есть фотон, занимающий какое-то пространство (что бы это ни значило),

Так правда ли, что будущие устройства хранения данных («жесткие диски») могут иметь неограниченное хранилище (за исключением ограниченного только временем), поскольку свет не имеет массы и пространства?
@Pacerier Нет, есть ограничения, возникающие по разным физическим причинам. Но это уже другой вопрос.

Дэвид З отлично ответил на часть вашего вопроса, поэтому позвольте мне заполнить другую часть:

означает ли это, что существует теоретически максимальная яркость, при которой никакое дополнительное количество фотонов не может присутствовать в том же объеме?

(Отказ от ответственности: я просто любитель - я так понимаю предмет)

Ответ в основном да. В то время как, как говорит Дэвид, фотоны являются бозонами и, следовательно, не имеют значения «личного пространства», накопление энергии фотона приводит к другой очень интересной вещи — спонтанному созданию новых частиц. На самом деле, существует своего рода сверхновая, которая теоретически может возникнуть из-за этого — http://en.wikipedia.org/wiki/Pair-instability_supernova .

Теоретически это может произойти, как только будет достаточно энергии для рождения любой пары частица-античастица. Однако в то же время существует значительная поддержка идеи о том, что в течение короткого времени после Большого взрыва все было фотонами — вероятно, это было самое большое количество фотонов в самом маленьком пространстве за всю историю. В тот момент Вселенная была слишком «горячей», чтобы создавать пары.

Таким образом, в «нормальных» условиях количество фотонов в заданном объеме ограничено. Однако дело не в количестве фотонов, а в их полной энергии.

Небольшая поправка в конце. Количество фотонов — это именно то, что определяет их общую энергию! E=hf для одного фотона. h является постоянным, и если мы рассмотрим только одну конкретную частоту общей электромагнитной волны, легко сделать вывод, что только количество фотонов определяет общую энергию. Я даже предполагаю, что именно поэтому возник вопрос ОП.
@e-motiv Да, но фотоны разных частот будут иметь разное количество - так что дело не в том, что фотоны «занимают пространство». Действительно, если вы думаете о фотонах как о пакетах, размер которых увеличивается с увеличением длины волны, вы ожидаете, что фотоны с более низкой частотой будут «занимать» больше места. На самом деле все наоборот — более низкие частоты позволяют уместить больше фотонов в том же объеме.
Противоречиво и помимо моей точки зрения. Но, ничего... Я выхожу.
@e-motiv Ладно, буду краток. То, что количество и энергия связаны, не означает, что это одно и то же. Суммарная энергия в данной области пространства ограничена, общее количество бозонов — нет. Что именно в этом противоречащего?

Хорошо, если проф. Майлз Дж. Паджетт прав, когда говорит здесь , что:

Орбитальный импульс света

Со времен средневековья было известно, что свет оказывает радиационное давление. Не так хорошо известно, что свет также имеет поворот.

Сложный характер этого поворота не осознавался до 1990-х годов, и с тех пор мы работаем над ним. Помимо увлекательного вращения микроскопических объектов, этот орбитальный угловой момент может содержать ключ к более совершенным системам обнаружения и визуализации связи.

Тогда наверняка фотоны должны занимать пространство. Нет вращения без расширения.

Я почти уверен, что ваши даты неверны. Почти со времен Максвелла люди осознали, что состояния круговой поляризации могут создавать крутящие моменты на проводниках, и эксперимент Бета измерил это в 1936 году. не нуждается в этой классической идее, чтобы заставить ее работать, странная мысль, которая интуитивно кажется.
@WetSavannaAnimalakaRodVance: Математически можно доказать практически все. К сожалению, современная физика забывает, что математика абстрактна и может описывать реальные события, но при этом не иметь ничего общего с физической реальностью и, следовательно, непригодна для использования в физике. Раньше это было общеизвестно, но потом появились такие парни, как Гелл-Ман и Гросс, которые утверждают, что: «Чтобы получить такие соотношения, которые мы предполагаем, чтобы быть верными ... мы строим математическую теорию сильно взаимодействующих частиц, которая может иметь, а может и не иметь ничего общего с реальностью, найдите подходящее...
... алгебраические отношения, которые сохраняются в модели, постулируют их достоверность, а затем отбрасывают модель. Мы можем сравнить этот процесс с методом, который иногда используется во французской кухне: кусок мяса фазана готовится между двумя кусочками телятины, которые затем выбрасываются » . Я довольно старомоден в науке — в том смысле, что не покупаюсь на магию, какой бы занимательной она ни была.
Занимают ли фотоны пространство?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v