Я продолжаю тему о предрассудках, связанных с фотонами.
Несколько лет подряд после сдачи школьниками ЕГЭ поднимается шум в Интернет: «Ах, дети теряют интерес к физике!»
А копнуть в глубину эту проблему не пробовали?
Вовсе не со школьников все это началось: ученые сами потеряли интерес к физике! И в который раз за последние двести лет впадают в мистицизм!
Когда я в своих статьях обсуждаю разные проблемы, связанные со свойствами фотонов, выясняется, что мнения читателей порой расходятся радикально. Фотонам иногда приписывают неправдоподобные, совершенно фантастические свойства, например, нарушение причинно-следственных связей, способность телепортироваться и гигантские размеры.
Обсудим вопрос о размерах фотона еще раз.
В Википедии написано, что фотон не имеет ни размеров, ни формы.
Ладно, допустим, что это так.
Но фотон – это, сгусток энергии, и этот сгусток может быть локализован в некоторой области пространства.
Какую форму имеет область локализации и какие у нее размеры?
Первоначально, сразу после открытия фотонов, принято было считать, что эта область шарообразная и ее диаметр равен длине волны фотона.
Затем же физики запутались в противоречиях.
Например, получается, что размеры области локализации фотонов видимого света могут в тысячи раз превышать размеры атомов и в миллиарды раз – размеры электронов. Причем более-менее правдоподобно объяснить процесс излучения фотона физикам кое-как удается, а вот процесс поглощения фотона электроном – уже никак.
А теперь вернемся к школьникам.
В задачниках по физике обычно имеются задачи о фотонах, которые ставятся примерно следующим образом: задана интенсивность излучения и длина волны; требуется определить, сколько фотонов падает на поверхность площадью в один квадратный метр за одну секунду.
Недавно эту задачу решили привести к более современному виду и теперь задают длину волны и мощность излучения лазера, а затем требуют определить, сколько фотонов в секунду он испускает.
Прекрасно!
А о том, что лазерный луч имеет определенные геометрические характеристики, составители новых задачников подумали?
Из описанной выше задачи прямо вытекает следующая: какой объем пространства занимает один фотон в луче?
Возьмем в качестве примера лазерную указку.
Цвет луча: красный.
Длина волны: 650 нм.
Мощность излучения: 100 мВт.
Школьник воспользуется программами-калькуляторами и получит энергию одного фотона 3,1×10-19 Дж, а затем посчитает количество фотонов, испускаемых лазером в секунду: 3,23×1017.
А теперь представим себе, что школа физико-математическая, а школьник – любопытный.
Вот возьмет он и вычислит объем цилиндра, диаметр основания которого равен диаметру луча, а высота равна пути, которую фотон пройдет за одну секунду: округленно 3×108 м.
Например, если диаметр луча на выходе лазера составляет 2 мм, то объем цилиндра – 942 м3.
Поделит школьник объем этого цилиндра на количество фотонов, испускаемых лазером за одну секунду и получит объем, занимаемый одним фотоном: 2920 мкм3.
Если считать форму области локализации фотона сферической, то получим следующий диаметр этой области: 17,7 мкм. Он в 27 раз больше длины волны фотона.
Как и что учитель должен объяснять ученику по поводу этого казуса?
Комментарии
вопрос от любопытного школьника:
радио это же тоже фотоны
какой объём занимает фотон с длиной волны 2000 метров излучённым радиоантенной?
А ведь не доказана до сих пор экспериментально гипотеза о том, что радиоволна состоит из фотонов!
Эта гипотеза просто модная и широко разрекламированная.
у науки нет задачи объяснить мир
есть задача, внятно и непротиворечиво его описать
так, чтобы проектируемые ракеты долетали, куда хотелось
зы: как только эксперимент даёт необъяснимое
наука меняет описание мира
Ученые вовсе не торопятся менять описание мира.
Мои статьи именно о том, что за некоторые предрассудки они упорно цепляются столетиями.
пока ракеты летят правильно менять ничего не будут. ибо нехрен
Ракеты летят благодаря инженерам. Ученые несколько иным занимаются. Тем более теоретики.
Практиков повывели давно. Если результаты опытов не сходятся с расчетами теоретиков, тем хуже для опытов и экспериментаторов. Увы.
Ну так водородная бомба бахнула значительно сильнее, чем это было по расчетам. Думаете, описание как-то поменялось?
Заменили шило на мыло (уран на свинец). Для фотоядерных реакций разница не слишком большая. Фотоны 10+ МэВ с одинаковым результатом расщепляют и ядра урана и ядра свинца. Там не цепная реакция.
Я знаю только один такой случай - "Кастл Браво" у американцев, где запихали приходный литий, пренебрегая пороговой Li-7+n->T+alpha+n, и получили в разы больше выгорание.
Описание, конечно, в этой части поменялось. Больше американцы так не ошибались.
Все (удачные :)) испытания советских бомб были в пределах расчётов.
Доказана. Басовым и Прохоровым, когда они создали мазер - лазер в радиодиапазоне.
Да и сейчас доказывается много раз на дню в любом банальном ЯМР-томографе.
Вот Вы много пишете. А Вам нужно бы что-нибудь читать.
Да ладно вам. Это же плоскоземельщики.
"Правительство скрывает". "Ведь видно же что она плоская, вода же не льется на край"
Совершенно бесполезно. Пусть резвятся, иногда даже смешно)
А как это нет? В чем разница кроме энергии в ЭМ излучении. Радио, СВЧ, инфракрасный, видимый, ультрафиолетовый, рентген, гамма?
В чём проблема-то?
Проблема в том, как правдоподобно описать процесс поглощения электроном фотона, размеры которого в миллиарды раз больше, чем у электрона.
Причём размеры? Сказано же нет у фотона размеров и формы. Зачем придумывать то, чего нет. Сами придумали проблему и уже который год морочите здесь людям мозги. На квантовом уровне действует принцип неопределённости, именно он определяет время взаимодействия, умножая которое на скорость света Вы получаете псевдо длину волны. Чем меньше энергия - тем дольше идёт процесс изменения уровней энергии в системе тел, и наоборот, чем больше разница между начальным и конечным состоянии системы, тем быстрее происходит перестроение. Ваша псевдо длина волны зависит только от уровней энергии и никак не связана ни с размерами атома, ни с размерами электрона.
( Ек - Ен ) * Т = const
где Ек и Ен - это начальное и конечное состояние системы, а Т - время её перестроения. Выводится из правила квантования, константа - это постоянная Планка. Сами вывести эту формулу сможете? Даю подсказку Т - это условный период, величина обратная условной частоте фотона.
Ваша псевдо длина волны это L = T * c
Принцип неопределенности ... Определяет... Псевдо длину... Вы сами себя слышите? Или в своем сферически вакуумном коне-мире?
Ещё раз нет у фотона размеров, есть только время перестроения системы тел.
Длина волны - косвенная величина, полученная умножением скорости света на время.
dE * dT = const ?
Или у Вас другой принцип неопределёности?
А то, что там неравенство в оригинале, так это о том, что событие происходит внутри границ этой области, получаемой домножением на скорость света.
пс. у меня в рамке что-то другое написано?
То есть фотон есть проявление времени перестроения системы тел. Так?
Формально - да. Есть начальное состояние и конечное, а между ними - суперпозиция этих состояний. Неопределённость.
Промежуточное состояние никак не описывается, кроме суперпозиции начального и конечного состояния. Нельзя выхватить систему в середине перестроения. Квант энергии излучается и поглощается целиком, без разбивки на промежуточные стадии.
Вот-вот. Говорят известный физик П. Эренфест обучил своего цейлонского попугая произносить фразу: «Aber, meine Herren, das ist keine Physik» «Но, господа, ведь это не физика» (нем.).
Этого попугая он предлагал в качестве председателя в дискуссиях о новой квантовой механике в Геттингене.
E = h * λ
Вопрос специально для любителей квантовой механики: какой размер имеет для фотона с длиной волны 650 нм эта самая область неопределенности, в которую меня периодически пытаются ткнуть носом?
Сами в постановке вопроса разместили ответ, это величина порядка длины волны. У Вас событие происходит в среде в отличной от вакуума, поэтому эта величина будет меньше.
Вы только правильно поймите понятие этой области. В этой области произошло событие, которое привело к появлению фотона.
Вы не можете точно указать в каком месте это произошло, только область.
В предыдущих своих статьях я спорил с читателями о том, где именно происходит взаимодействие между фотонами: я полагаю, что такое взаимодействие возможно не только на поверхности вещества, но и в пространстве.
Независимо от того, где именно происходит взаимодействие, для того чтобы иметь возможность взаимодействовать, фотоны должны друг с другом как-то соприкасаться.
Сегодня моя статья о том, что размеры фотона больше длины волны и, следовательно, больше указанной вами неопределенности.
Сегодня фотоны особенно большие?
Покупая их сегодня Вы экономите 20%
Не получается «свалить» проблему на неопределенность. Не работает такое объяснение.
Это у Вас хорошо получается.
Тут еще вопрос: "а какой физический смысл этой самой неопределенности"? Из гипотез, которые мне доводилась слышать самая интересная такая - если какой-то параметр не является константой, а меняется по некому закону (тот же размер фотона), то тогда получается внятно объяснить такие вещи как туннельный эффект, например.
Смысл очень простой - при излучении или поглощении фотона в процессе своего перестроения система тел находится в состоянии в этой самой неопределёности. Как бы Вы не пытались поймать её в промежуточном состоянии, это невозможно. На время dT система переходит в режим квантовой суперпозиции двух своих состояний.
Неопределенность Гейзенберга - она в квантовой механике не только про фотон. Она там носит фундаментальный характер. А значит и физический смысл должен быть фундаментальным.
Вот как вы например, объясните то, что в пределах неопределенности не работает закон сохранения энергии?
Или тот же туннельный эффект?
Он работает, но подчёркиваю - в момент перестроения системы очень сложно получать срезы "состояния", чтобы они относились к одному моменту времени.
Сравнивайте конечное и начальное состояние системы. Проблемы возникают при описании того, что происходит между ними.
Как сказал один классик, одной ногой он в прошлом, другой - в будущем, а между ног у него болтается ... что-то неопределённое(не поддающееся определению/квантовая суперпозиция состояний).
>Как и что учитель должен объяснять ученику по поводу этого казуса?
Он объяснит, что из плотности фотонов в луче не вывести размер фотона.
Не согласен.
В предыдущих своих статьях я спорил с читателями о том, где именно происходит взаимодействие между фотонами: я полагаю, что такое взаимодействие возможно не только на поверхности вещества, но и в пространстве.
Независимо от того, где именно происходит взаимодействие, для того чтобы иметь возможность взаимодействовать, фотоны должны друг с другом как-то соприкасаться.
По мере рассеяния луча расстояние между фотонами увеличивается и в какой-то момент луч распадается на отдельные, уже никак не взаимодействующие фотоны. Дифракцию после этого еще можно наблюдать, а вот интерференцию – уже никак.
Справедливости ради надо сказать, что спорили вы не с читателями, а с коллективным оппонентом из вашей головы. Вы сами выдумали некое сообщество ученых, которые как всегда скрывают, и боретесь с ними. Причем боретесь, как я уже выяснил, точечно. В одной конретной точке: фотоны могут взаимодействовать в пространстве. К сожалению, вы не можете толком объяснить, а точнее встроить своё утверждение в современную систему знаний, а я, к сожалению, не имею возможности оценить правы вы или нет. Никаких выводов, ничего нового из вашего утверждения как я понимаю не следует.
Перспективный чат детектед! Сим повелеваю - внести запись в реестр самых обсуждаемых за последние 4 часа.
Если так хочется то считайте размер фотона это около 6,626×10-34м
E=hc/L=6,626×10-34×2,998×108/650×10-9=2,888×10-37 (Дж)
0,1/2,888×10-37×1=3,462×1035
Вы какой размер указали? Диаметр области локализации фотона? Длину? Толщину?
L это лямбда (длина волны)
Там дальше...
L / c = T
Е = Ек - Ен
=>
Ек - Ен = h / T
=>
( Eк - Ен ) * Т = h
Енергия Фотона = пост. Планка × скр. Света / длин. Волны
Я про тоже, есть энергия и время, а размеры - это лишнее.
Не согласен.
Для того чтобы иметь возможность взаимодействовать, фотоны должны друг с другом как-то соприкасаться.
Oo
Ну и ересь...
Даже не знаю что хуже - когда физика для кого-то что-то из разряда магии, или когда кто-то пытается подходить к ней на основе собственного бытового опыта, и на основании этого убеждает, что представления о ней ложны.
В данном случае мистические представления о мире демонстрируют именно физики-теоретики.
Да вы же сами посчитали не правильно, но трубите что вокруг одни заблуждения
С каким числом в моих расчетах вы не согласны?
Скорее вы демонстрируете свою глупость и не умение выйти при помощи данного вам природой разума за пределы возможностей данного вам природой инструментария.
В вашем высказывании сразу две глупости:
1. Про то, что фотоны не взаимодействуют непосредственно друг с другом - вам выше написали. Хотя что-то вроде они изобразить могут - можно прочитать тут, например: https://nplus1.ru/news/2017/08/16/photon-photon. Хотя, судя по выше написанному вами, это очень сложный для вас уровень абстракции.
2. В вашем личном быту полно примеров взаимодействия объектов без непосредственного соприкосновения. Например электрический ток в вашей розетке появляется из-за вращения проводника в магнитном поле, без какого-либо соприкосновения с магнитом. Подпрыгните, и упадете обратно на планету в силу взаимодействия с ней, при том, что находясь в прыжке вы с ней не соприкасались. И т.д. и т.п.
Прежде чем лезть опровергать физиков, стоит хоть чуть-чуть оную физику изучить.
Вы – приверженец концепции дальнодействия?
Я в курсе наличия полей.
Замечательно!
Среду (светоносный эфир) физики выкинули из теории в начале XX века.
Если среды нет, то в чем возникает поле? Что поляризуется?
Если среды нет, то в чем распространяются радиоволны?
Страницы