Превращаем указку в точечный источник света

Аватар пользователя kvg1967

Я продолжаю тему о предрассудках, связанных с фотонами.
Все логические рассуждения основываются на уверенности в правильности исходных предположений. Сегодня я продемонстрирую наглядно, почему я не верю в одно из таких предположений, лежащих в основе современной квантовой механики: «фотоны не взаимодействуют друг с другом».
Откуда взялось это предположение?
В 1634 году Рене Декарт написал «Трактат о свете».

Рене Декарт, Избранные произведения, Государственное издательство политической литературы, 1950 г., «Трактат о свете», глава XIV «О свойствах света», страница 241:

Основные свойства света следующие: 1) он распространяется во все стороны вокруг тел, называемых светящимися, 2) на всевозможные расстояния, 3) мгновенно, 4) обычно по прямым линиям, называемым лучами света, 5) некоторые из этих лучей, исходя из различных точек, могут собираться в одну и ту же точку или 6) исходя из одной точки, они могут расходиться в различные пункты, 7) исходя из разных точек и направляясь к разным точкам, лучи эти могут пройти через одну и ту же точку, не мешая друг другу, 8) но иногда, когда сила их значительно неравна и превосходство одних над другими в этом отношении очень велико, они могут и мешать друг другу, 9) направление этих лучей может быть изменено посредством отражения или 10) преломления, 11) сила их может быть увеличена или 12) уменьшена различными положениями или качествами материи, передающей эти лучи.

Предрассудок «лучи света не взаимодействуют друг с другом» происходит от пункта номер семь. Со временем данный предрассудок получил распространение во всем мире, а после открытия фотонов видоизменился в утверждение «фотоны не взаимодействуют друг с другом».

Я с последним утверждением категорически не согласен. Результат взаимодействия фотонов, исходящих, например, от лазерной указки, можно наблюдать даже невооруженным глазом на обычном экране.

Лазерные указки от «неизвестных производителей» создают лучи весьма посредственного качества, но бывают удобны для проведения экспериментов по следующим причинам:
1) Они дешевые и ими при необходимости можно пожертвовать.
2) Они легко разбираются на части.
3) Регулировочная гайка на лазерном модуле такой указки пластмассовая и закреплена кое-как, поэтому легко поворачивается.

Из своих предыдущих экспериментов с указками я сделал следующие выводы: интерференционная картина на экране отображает результат взаимодействия фотонов, само же взаимодействие происходит в пространстве перед экраном и может завершиться задолго до того, как фотоны достигнут экрана.
Если траектории фотонов пересекаются под большим углом, то никакого взаимодействия между ними не наблюдается:

Взаимодействие возможно, когда фотоны имеют одинаковую длину волны и траектории их движения сходятся под очень острым углом, менее одного градуса. В этом случае наблюдается, по крайней мере, взаимное отталкивание:

Теперь посмотрим, что происходит при использовании точечного источника света.

Вначале я извлек из указки лазерный модуль и установил тонкую проволоку толщиной 0,05 мм поперек луча.
Расстояние от края корпуса лазерного модуля указки до проволоки 2 см, расстояние от проволоки до экрана 1 м.
На экране видна следующая картина, возникающая в результате дифракции:


Затем я вывинтил пластмассовую гайку и удалил из модуля линзу и прижимную пружину. В результате луч стал расходящимся (угол около 30 градусов).
Теперь мы имеем дело непосредственно с лазерным диодом: получился яркий точечный источник монохроматического излучения.
Примечание: лазерный диод находится в глубине цилиндрического корпуса модуля, на расстоянии примерно 1 см от его края.
На экране наблюдается следующая картина:

Примечание: по краям светового пятна наблюдаются полосы в форме окружностей, причиной появления которых является дифракция света на краях корпуса модуля.

Далее я установил поперек луча проволоку толщиной 0,6 мм на расстоянии 1 см от края лазерного модуля. Картина на экране приобрела следующий вид:

Примечание: вдоль тени от проволоки наблюдаются интерференционные полосы, появляющиеся по причине дифракции.

На расстоянии 2 см от края лазерного модуля я установил тонкую проволоку диаметром 0,05 мм перпендикулярно толстой проволоке.
Теперь на расстоянии 1 м от лазерного модуля картина на экране имеет следующий вид:

Примечание: вдоль тени от тонкой проволоки наблюдаются интерференционные полосы, появляющиеся по причине дифракции. В центре этой тени также наблюдается тусклая полоска света.

А теперь рассмотрим центр картины в увеличенном виде:

Здесь можно видеть, что световые пятна вблизи тени от тонкой проволоки заходят заметно глубже в область тени от толстой проволоки.

Авторство: 
Авторская работа / переводика

Комментарии

Аватар пользователя 6EQUJ5
6EQUJ5(3 года 6 месяцев)

Такое впечатление, что конкретно эта статья уже была здесь опубликована некоторое время назад.
Это новая редакция, или здесь присутствуют выборки из предыдущих статей?

Аватар пользователя kvg1967
kvg1967(2 года 6 месяцев)

Ссылка на трактат Декарта уже была в одной из предыдущих статей. Без этой ссылки читателям непонятно, насколько старым является предрассудок о том, что лучи друг с другом не взаимодействуют.

Аватар пользователя Alex Arx
Alex Arx(8 лет 10 месяцев)

То есть, чем меньше угол между лучами, тем сильнее взаимодействие? А фотоны в одном луче взаимодействуют между собой?)

Аватар пользователя kvg1967
kvg1967(2 года 6 месяцев)

Да, фотоны в одном луче могут взаимодействовать, и еще как: в ответ на мои статьи читатели уже приводили пример с биениями, которые возникают, когда совмещают в один луч лучи от двух лазеров с очень близкими длинами волн.


Для того, чтобы взаимодействие проявилось, нужно, чтобы траектории фотонов пересекались под острым углом, или был сдвиг по фазе, или очень небольшое различие в длине волны.
 

Аватар пользователя 6EQUJ5
6EQUJ5(3 года 6 месяцев)

Для возникновения биений должна присутствовать некая нелинейность, чисто математически.
Просто так на пустом месте (в буквальном смысле) биения не возникнут.

Аватар пользователя kvg1967
kvg1967(2 года 6 месяцев)

Вот, например, такая статья:

Тон биений (beatnote)

Аватар пользователя GaussCurve
GaussCurve(11 лет 4 месяца)

и еще как: в ответ на мои статьи читатели уже приводили пример с биениями,

Я вам могу напомнить уже классические супергетеродинные приёмники. Там тоже есть биенмя

Сумма частот, разница и их гармоники.

Но вы-то о чём говорите? биения эти возникают в датчике интерферометра, в смесителе радиоприёмника.

А вовсе не как факт появления новых несущих, новых частот приёма при пересечении пары радиоволн в пространстве.

Аватар пользователя kvg1967
kvg1967(2 года 6 месяцев)

А теперь попробуйте перейти от волны к отдельным фотонам, из которых образуется луч.
Датчик реагирует на изменение яркости луча.
Следовательно, либо луч колеблется, либо фотоны от разных лазеров объединяются в сгустки.

Аватар пользователя GaussCurve
GaussCurve(11 лет 4 месяца)

Естественно-) Там где напряжённость Е фотона больше, глаз это видит как более яркое место

Напряжённость Е - колеблется по синусоиде.

Аватар пользователя kvg1967
kvg1967(2 года 6 месяцев)

Когда я переспрашивал читателей, мне отвечали, что колебаний луча не наблюдается.
Следовательно, имеет место второй вариант: фотоны собираются в сгустки.
А почему?
Изначально ведь они двигались от лазеров с одинаковой скоростью – скоростью света.

Аватар пользователя GaussCurve
GaussCurve(11 лет 4 месяца)

Эх-) Колебания луча прекрасно наблюдаются. Интерференция  подтверждает этот факт.

Аватар пользователя kvg1967
kvg1967(2 года 6 месяцев)

Правда-правда?
А какие именно колебания?
Луч вычерчивает на экране линию или окружность?

Аватар пользователя GaussCurve
GaussCurve(11 лет 4 месяца)

Что подашь на экран, то и покажет

Аватар пользователя kvg1967
kvg1967(2 года 6 месяцев)

Ну и зачем вы эту ерунду показываете?

Разговор у нас идет про биения, возникающие в результате взаимодействия лучей от двух разных лазеров.
Датчик реагирует на изменение яркости луча.
Следовательно, либо луч колеблется, либо фотоны от разных лазеров объединяются в сгустки.

Аватар пользователя Pavel_V
Pavel_V(12 лет 3 недели)

Биения, насколько я понял, возникают если в одном месте идут два луча с очень небольшой разницей в частотной характеристики фотонов. Это как включить камеру с частотой кадров 50 Гц в помещении со светильн ками в 60 Гц. Получим, бьющие по глазам биения в 10 Гц. 

Аватар пользователя kvg1967
kvg1967(2 года 6 месяцев)

Здесь ситуация несколько иная.
Два луча от разных лазеров накладывают друг на друга и результат направляют на датчик.
Датчик регистрирует колебания яркости, которые происходят с высокой частотой.

Вопрос заключается в том, почему именно изменяется яркость.
Квантовую теорию физики придумали, но при этом так запутались, что пользоваться ей боятся.

Аватар пользователя GaussCurve
GaussCurve(11 лет 4 месяца)

Датчик реагирует на изменение яркости луча.

Датчик реагирует на изменение напряжённости электромагнитного поля в данной точке.

Фотон это или совокупность полей разных фотонов.

Никаких сгустков -  в данной точке фотоны находятся в синфазном или противофазном состоянии. Их энергия будет либо суммироваться либо взаимно компенсироваться

Ваш глаз работает точно также, выше напряжённость, она же мера энергии поля  в данной точке, - выше мера взаимодействия с рецепторами вашего глаз - выше видимая яркость.

Аватар пользователя kvg1967
kvg1967(2 года 6 месяцев)

Не могут фотоны гасить друг друга ни на экране, ни на поверхности датчика – это противоречит закону сохранения энергии.


Если же свет рассеянный, то фотоны вообще будут попадать в разные места экрана или разные области датчика.

Аватар пользователя 6EQUJ5
6EQUJ5(3 года 6 месяцев)

А вот хорошая статья. Запрет Паули, вот это вот всё. Может, всё-же, не предрассудок? 

https://www.wtamu.edu/~cbaird/sq/mobile/2013/09/06/can-one-bit-of-light-bounce-off-another-bit-of-light/

Аватар пользователя kvg1967
kvg1967(2 года 6 месяцев)

Ссылка почему-то не открывается.

Аватар пользователя 6EQUJ5
6EQUJ5(3 года 6 месяцев)

И я, почему-то, сумел сохранить этот комментарий со ссылкой только с третьего раза. Вот вступление:

Yes, one bit of light can bounce off another bit of light, but not directly, and the effect is very rare. Light is made out of small quantum objects called photons. When you turn on a lamp, the light bulb begins creating and emitting trillions upon trillions of photons. Photons are in a class of quantum particles known as bosons. Bosons are special because many bosons can occupy the exact same quantum state at the same time. Light being made of bosons is what makes a laser beam possible. A laser beam is a collection of many photons all in the same quantum state. In contrast, particles that are not bosons cannot occupy the same state at the same time. This is one of the effects that keeps the atoms in an object from collapsing to a single point. The principle that dictates that non-bosons cannot be in the same state is called the Pauli Exclusion Principle.

Аватар пользователя kvg1967
kvg1967(2 года 6 месяцев)

Я считаю корпускулярно-волновую теорию типичной химерой, криво сшитой из кусочков корпускулярной и волновой теорий.

С моей точки зрения фотон представляет собой неделимый на более мелкие части радиоимпульс, а взаимодействуют фотоны друг с другом именно как радиоимпульсы.

Аватар пользователя Alex Arx
Alex Arx(8 лет 10 месяцев)

Ну, откровенно говоря, мы, квантовые механики-теоретики, не имеем ничего против аналогии между классическими волнами на поверхности воды и волнами квантово-механическими.

При пересечении классических волн образуется интерференционная дорожка. Очевидно, что такая же дорожка должна образовываться и при пересечении световых волн. Проблемы  возникают, когда мы начинаем крутить ручку верньера, уменьшая интенсивность света в луче.

Какая предельная минимально возможная амплитуда может быть у классической волны? Очевидно, этот предел будет определяться тепловым движением частиц среды. И тем не менее, можно сказать, что амплитуда классической волны состоит из суммы амплитуд волн поменьше. И так вплоть до бесконечности. Ну, в математическом смысле...

Совсем не так обстоит дело со световыми волнами. Они представляют из себя сумму фотонных волн, аналога которым нет в окружающем нас мире. Недаром их называют ещё волнами вероятности... )

Аватар пользователя kvg1967
kvg1967(2 года 6 месяцев)

Да-да, и именно с вероятностями физики капитально запутались: так у них и получились реликтовые фотоны размером со Вселенную.

Аватар пользователя Alex Arx
Alex Arx(8 лет 10 месяцев)

Ситуация здесь следующая. Возьмите воздушный шарик и начните его надувать. Поверхность шарика это аналог пространства нашей Вселенной. Оно расширяется...

И вот, в какой-то момент времени, плотность Вселенной уменьшилась настолько, что она стала прозрачной для света. Помните, откуда это:

 - Да будет свет!

Впрочем, это не важно. Главное, что из каждой точки поверхности во все стороны полетели фотоны. Собсна говоря, именно этим и объясняется, что реликтовые фотоны приходят к нам со всех направлений.

Интерферируют ли они друг с другом? Несомненно! Иначе, откуда бы мы узнали форму нашей Вселенной?

Итак, повторим ещё раз, именно по спектру реликтового излучения мы узнали, что наша Вселенная имеет форму не 3-мерной сферы, а 3-мерного додекаэдра со 120 гранями!)

Аватар пользователя 6EQUJ5
6EQUJ5(3 года 6 месяцев)

...

Скрытый комментарий Повелитель Ботов (без обсуждения)
Аватар пользователя Повелитель Ботов
Повелитель Ботов(54 года 11 месяцев)

Перспективный чат детектед! Сим повелеваю - внести запись в реестр самых обсуждаемых за последние 4 часа.

Аватар пользователя Пpохоp
Пpохоp(2 года 12 месяцев)

фотонов нет, как и прочих дискретных объектов, есть только волны, а отдельные объекты это всё "коллапс волновой функции" - деятельность сознания

Аватар пользователя Сварог
Сварог(9 лет 11 месяцев)

 А не изменятся ли результаты ваших экспериментов, если перенести их в условия глубокого вакуума? А не стоит ли упоминать, что работа с разобранной лазерной указкой может привести к повреждению сетчатки. Я вот в детстве ремонтировал приводы CD-ROM и у меня подозрение, что чёрная мушка на сетчатке как раз с тех пор осталась... Хотя я ещё будучи школьником с лазером экспериментировал (зимой прохожих пугал), один знакомый дал отремонтировать мне на дом, в 1977 примерно году, а он рабочий оказался.

Аватар пользователя kvg1967
kvg1967(2 года 6 месяцев)

Эксперименты с лазерами настоятельно рекомендуется проводить в защитных очках, я об этом в предыдущих статьях предупреждал.

Рассеянный свет, исходящий непосредственно от лазерного диода, как раз значительно безопаснее, чем свет от того же диода, сфокусированный линзой в узкий луч.

По поводу вакуума: читатели моих предыдущих статей этот вопрос неоднократно обсуждали и уверяли меня, что наличие или отсутствие воздуха не влияет на интерференционную картину.

Аватар пользователя averig
averig(12 лет 4 месяца)

Мушка, это полбеды. Вам теперь нужно беречь глаз от ударов. И регулярно смотреть на "сетку Амслера". Если, не дай бог, от мушки заметите разрыв (потемнение и т.п., общая муть в глазу) немедленно бегите в офтальмологию делать операцию "виктрэктомии". Мерзость еще та. Не тяните резину, как я (может само зарастет). Разрыв гиалоидной мембраны будет и дальше рваться, как надорванный скотч разрушая сетчатку. 

А пока не поленитесь, сходите в ту же офтальмологию и сделайте томографию сетчатки. ОСТ называется. Скорее всего она покажет дырку в ней.

Аватар пользователя kvg1967
Аватар пользователя kvg1967
Аватар пользователя kvg1967
Аватар пользователя kvg1967