Телескопы покупают здесь


A A A A Автор Тема: Как излучается сверхдлинный фотон  (Прочитано 14473 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн c_paradoxАвтор темы

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 16
  • Благодарностей: 2
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от c_paradox
Re: Как излучается сверхдлинный фотон
« Ответ #20 : 07 Фев 2018 [07:02:30] »
камерад еще раз говорю не путай классическую и квантовую механику...фотон с определенной частотой (на бесконечности) появится как асимптотическое состояние процесса излучения... в  переходном же процессе (в ближней зоне ) при излучении появится ворох виртуальных мягких фотонов, котроые будут порождать виртуальные же пары электронов  и позитронов, и все это непрерывно эволюционировать - покуда в асимпототике не полуится необходимый фотонов (а  число заполнения сооствествуюшей гармоники в асимптоте увеличится на единицу)   

То есть целиком и сразу фотон не появится, как я понял.
Скажите, а ЭМ волна для фотона это его волновая функция в координатном представлении? Поскольку сам фотон ведь считается точечным.

Оффлайн mbrane

  • *****
  • Сообщений: 13 632
  • Благодарностей: 292
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от mbrane
Re: Как излучается сверхдлинный фотон
« Ответ #21 : 07 Фев 2018 [09:37:18] »
камерад еще раз говорю не путай классическую и квантовую механику...фотон с определенной частотой (на бесконечности) появится как асимптотическое состояние процесса излучения... в  переходном же процессе (в ближней зоне ) при излучении появится ворох виртуальных мягких фотонов, котроые будут порождать виртуальные же пары электронов  и позитронов, и все это непрерывно эволюционировать - покуда в асимпототике не полуится необходимый фотонов (а  число заполнения сооствествуюшей гармоники в асимптоте увеличится на единицу)   

То есть целиком и сразу фотон не появится, как я понял.
Скажите, а ЭМ волна для фотона это его волновая функция в координатном представлении? Поскольку сам фотон ведь считается точечным.


не считается фотон точечным... он занимает вс кнфигурационное пространство... вообще с волновой функцией фотона в координатном представлении  в координатном представлении обстоит все плохо - их нет ... используется импульсное представления для нумерации и числа заплнения  (бывают и другие представления но не координатные)

Оффлайн c_paradoxАвтор темы

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 16
  • Благодарностей: 2
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от c_paradox
Re: Как излучается сверхдлинный фотон
« Ответ #22 : 07 Фев 2018 [09:41:15] »
не считается фотон точечным... он занимает вс кнфигурационное пространство... вообще с волновой функцией фотона в координатном представлении  в координатном представлении обстоит все плохо - их нет ... используется импульсное представления для нумерации и числа заплнения  (бывают и другие представления но не координатные)

То есть для любой точки пространства есть определенная ненулевая вероятность обнаружить данный фотон?

Оффлайн mbrane

  • *****
  • Сообщений: 13 632
  • Благодарностей: 292
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от mbrane
Re: Как излучается сверхдлинный фотон
« Ответ #23 : 07 Фев 2018 [18:42:16] »

не считается фотон точечным... он занимает вс кнфигурационное пространство... вообще с волновой функцией фотона в координатном представлении  в координатном представлении обстоит все плохо - их нет ... используется импульсное представления для нумерации и числа заплнения  (бывают и другие представления но не координатные)


То есть для любой точки пространства есть определенная ненулевая вероятность обнаружить данный фотон?



нет...Квантовая теория оперирует двумя типами объектов - состояния (если не вдваться в подробности открытых систем, то элементы некоторого гильбертова пространства), и наблюдаемые - операторы которые описывают измерения некоторой физической измеряющей системы - это обычно некоторые эрмитовы операторы над этим гильбертовым простарнством. Наблюдаемые они локальны - то есть  они зависят от некоторой локальной окрестности.  Далее акт излучения - приводит к непрывной временной эволюции конфигурации электронного поля и ЭМ-поля. Эволюция происходит только в области причинности , которая распостраняется со скоростью света... В первом приближении, которое и используется на практике, это изменение можно описать как я указал выше  как переход из одного сепарабельного состояния системы электронов в другое тоже сепарабельное состояние системы электронов с одновременным увеличением чисел заполнения ЭМ поля. Но это только в первом приближении .. Если выйти за пределы первого приближения - то окажется что в процессе эволюции состояния несепрабельны - то есть получается какая жуткая суперпозиция сепрабелных состояний полей (то что называют запутанность)... Но эволюция этой полевой конфигурации устроена так , что для любой локальной наблюдаемой за пределами причинной области измерение любой физической характеристики будет давать результат отсутствия изменений до тех пор пока сигнал излучения не достигнет точку наблюдения ... Первого же приближения достаточно для практических целей, ибо по существу нет ни методов не инструментов, где мы можем  четко выловить сигнал отколонения от первого приближения...
« Последнее редактирование: 07 Фев 2018 [19:31:39] от mbrane »


Оффлайн c_paradoxАвтор темы

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 16
  • Благодарностей: 2
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от c_paradox
Re: Как излучается сверхдлинный фотон
« Ответ #24 : 07 Фев 2018 [19:25:10] »
нет...Квантовая теория оперирует двумя типами объектов - состояния (если не вдваться в подробности открытых систем, то элементы некоторого гильбертова пространства), и наблюдаемые - операторы которые описывают измерения некоторой физической измеряющей системы - это обычно некоторые эрмитовы операторы над этим гильбертовым простарнством. Наблюдаемые они локальны - то есть  они зависят от некоторой локальной окрестности.  Далее акт излучения - приводит к неперрывной временной эволюции конфигурации электронного поля и ЭМ-поля. Эволюция происходит только в области причинности , которая распостраняется со скоростью света... В первом приближении, которое и используется на практике, это изменение можно описать как я указал выше  как переход из одного сепрабельного состояния системы электронов в другое тоже сепарабельное состояние системвы электронов с одновременным увеличением чисел заполнения ЭМ поля \(|\psi_{i1}\rangle\otimes\) [size=78%]     [/size]

Но при квантовании свободного ЭМ поля оно рассматривается, как состоящее из гармонических осцилляторов, каждый из которых занимает все пространство. А фотоны - возбуждения этих осцилляторов, тоже во всем пространстве ведь.

Оффлайн mbrane

  • *****
  • Сообщений: 13 632
  • Благодарностей: 292
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от mbrane
Re: Как излучается сверхдлинный фотон
« Ответ #25 : 07 Фев 2018 [19:36:58] »
нет...Квантовая теория оперирует двумя типами объектов - состояния (если не вдваться в подробности открытых систем, то элементы некоторого гильбертова пространства), и наблюдаемые - операторы которые описывают измерения некоторой физической измеряющей системы - это обычно некоторые эрмитовы операторы над этим гильбертовым простарнством. Наблюдаемые они локальны - то есть  они зависят от некоторой локальной окрестности.  Далее акт излучения - приводит к неперрывной временной эволюции конфигурации электронного поля и ЭМ-поля. Эволюция происходит только в области причинности , которая распостраняется со скоростью света... В первом приближении, которое и используется на практике, это изменение можно описать как я указал выше  как переход из одного сепрабельного состояния системы электронов в другое тоже сепарабельное состояние системвы электронов с одновременным увеличением чисел заполнения ЭМ поля \(|\psi_{i1}\rangle\otimes\) [size=78%]     [/size]

Но при квантовании свободного ЭМ поля оно рассматривается, как состоящее из гармонических осцилляторов, каждый из которых занимает все пространство. А фотоны - возбуждения этих осцилляторов, тоже во всем пространстве ведь.


Надо только уточнить ... Свободного ЭМ-поля... А математически безупречной процедуры квантования взаимодействующего ЭМ-поля собственно то и нет...Есть теория возмущений, где в качестве полного базиса берется прямое произведение гильбертова пространства свободного ЭМ поля и аналогичного фермионного поля ...Но даже вакуум этого поля не служит вакуумом взаимодействующего поля, и гамильтониан тоже непонятно как строить (проблема упорядочивания), и расходимости сплошь и рядом вылазят

Оффлайн Paganel

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 25
  • Благодарностей: 4
    • Сообщения от Paganel
Re: Как излучается сверхдлинный фотон
« Ответ #26 : 08 Фев 2018 [22:33:26] »
Допустим, имеется некий объект, излучающий декамегаметровые фотоны с частотой 3 Гц и длиной волны 100.000 км. Такой огромный фотон (или пусть будет электромагнитная волна) излучается весь сразу, моментально заполняя собой все пространство, или "выходит" из излучающего объекта со скоростью света (то есть будет излучен за ~0.3 секунд)? Если весь целиком, то не противоречит ли это СТО, которая ограничивает максимальную скорость перемещения ЭМ излучения?

Ответы на подобные вопросы дает квантовая теория. Но эта теория не только (и не столько) механически вводит новые объекты вроде фотонов (как это делалось на заре квантовой теории), но - что самое главное - глубоко меняет привычные классические понятия вроде "находиться в определенном месте", "перемещаться", "рождаться", "излучаться" и т.п. Вместо них первичными, фундаментальными понятиями становятся:
- пространство квантовых состояний с их амплитудами вероятности и суперпозициями;
- уравнение Шредингера, которому подчиняются эти состояния и амплитуды;
- эмпирическое правило Борна (плюс правило редукции), которое дает связь амплитуд с наблюдаемыми величинами и в конечном счете позволяет установить связь квантовой картины с классической.

Подробности излагаются в толстых учебниках, без изучения которых и без проработки десятков примеров понять квантовую теорию и использовать ее без ошибок не получится. Мой пост не заменяет учебник, и он написан в попытке объяснить новичкам прописные истины, известные всем грамотным студентам.

Говоря о фотоне, неправильно говорить, что он точечный (локализованный в точке). Неделимый (не состоящий из более мелких частей) - это да, но не точечный. Формально фотон это квант электромагнитного поля, в котором живет атом, излучающий фотон путем возбуждения поля. Фотон это элементарное возбуждение одного из бесконечного числа квантовых гармонических осцилляторов, которые описывают моды колебаний квантового электромагнитного поля. За математической расшифровкой этих слов могу только отослать к учебникам.

Когда говорят, что атом излучил какой-то фотон, имеется в виду, что состояние ЭМ поля изменилось. Если в начале процесса поле было невозбужденным (в вакуумном состоянии \(|0\rangle\) всех осцилляторов), то по истечении времени \(t\) оно перешло в состояние \[|A(t)\rangle = a_0(t) |0\rangle + a_{k_1}(t) |k_1\rangle + a_{k_2}(t) |k_2\rangle + \ldots\] суперпозиции вакуума и однофотонных состояний с импульсами фотонов \(k_i\) (для простоты здесь опущены слагаемые с двумя и больше фотонами). Со временем амплитуда вакуумного состояния \(a_0(t)\) будет падать (по модулю), а амплитуды однофотонных состояний \(a_{k_i}(t)\) расти.

Нельзя говорить, что атом излучает какой-то один определенный фотон. Он излучает сразу их все...  но с разной амплитудой. Установленный где-то детектор фотонов может зарегистрировать конкретный фотон \(|k\rangle\) (вероятность такого конкретного исхода будет зависеть от амплитуды \(a_k(t)\)), и тогда можно будет заявить, что действительно наблюдалось событие излучения конкретного фотона \(|k\rangle\). Но в этом квантовом описании процесса перехода из одного состояния ЭМ поля в другое не фигурирует сам процесс возникновения фотона \(|k\rangle\). Фотон не рождается из точки в центре атома и не раздувается постепенно до своего размера (если под ним поднимать что-то вроде длины волны \(1/k\)). Фотон \(|k\rangle\) присутствует в суперпозиции сразу в окончательно готовом виде... но с разной амлитудой, зависящей от времени.

Фотон не рождается мгновенно в момент времени \(t=0\), как и не рождается постепенно с ростом \(t\). Все, что с ним происходит в квантовой картине процесса, это постепенное нарастание амплитуды вероятности присутствия данного готового фотона в конечном состоянии, в котором данный конкретный фотон можно обнаружить (наблюдать). Именно время нарастания амплитуды \(a_k(t)\) присутствия фотона \(|k\rangle\) в конечном состоянии \(|A(t)\rangle\) и является тем, что часто неточно называют временем рождения (или формирования) фотона, хотя, повторяю, точный смысл такой величины явно иной.

На самом деле, именно в этом и состоит суть квантового описания процессов, объектов, частиц. У электрона в атоме меняются не его координаты, которых просто нет, а меняются амплитуды вероятностей найти у электрона определенную координату. То же относится и к фотону и вообще ко всему на свете. Если про это помнить, многие вопросы топикстартера отпадут с самого начала.

Анализ коллективного воздействия всех фотонов \(|k_i\rangle\) на детектор, установленный на расстоянии \(L\) от атома, начавшего излучение в момент времени \(t=0\) (этот анализ вовлекает понятие пропагатора ЭМ поля, которое объясняется в учебниках), показывает, что детектор не будет реагировать на излучение, пока не пройдет время \(t=L/c\), необходимое свету для путешествия от атома к детектору. При этом конкретный фотон \(|k\rangle\), зарегистрированный в конце концов детектором, мог бы воздействовать на детектор с самого начала процесса, однако суммарное воздействие на детектор всех фотонов из состояния \(|A(t)\rangle\) точно сокращается при \(t<L/c\). Этим снимается вопрос о кажущемся противоречии с предельной скоростью сигналов в СТО.

Все выглядит так, будто конкретный зарегистрированный в конце концов фотон \(|k\rangle\) родился в атоме на расстоянии \(L\) от детектора и, имея точечный размер, летел до детектора время \(L/c\). Но все-таки фотон это не точка, и он не расширяется как пузырь. Детальная квантовая картина процесса не совпадает с той, что подсказывает классика.

Вместе с тем, использование для описания возбуждений ЭМ поля плосковолновых состояний с определенной энергией (т.е. привычных фотонов) не является абсолютной необходимость, и в некоторых случаях более простое и наглядное, приближенное к классике, описание процесса генерации, распространения и поглощения излучения может быть достигнуто в другом базисе (с использованием волновых пакетов или когерентных состояний). Но это отдельная история.
« Последнее редактирование: 08 Фев 2018 [22:41:21] от Paganel, Причина: описка »


Оффлайн gervladger

  • *****
  • Сообщений: 2 781
  • Благодарностей: 10
  • Кацо
    • Skype - gervladger
    • Сообщения от gervladger
Re: Как излучается сверхдлинный фотон
« Ответ #27 : 09 Фев 2018 [01:41:59] »
Интересная тема. Отмечусь :)

Оффлайн c_paradoxАвтор темы

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 16
  • Благодарностей: 2
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от c_paradox
Re: Как излучается сверхдлинный фотон
« Ответ #28 : 09 Фев 2018 [09:11:31] »
Спасибо большое за детальный ответ. Сяду за учебники.

Оффлайн v.ges

  • ****
  • Сообщений: 374
  • Благодарностей: 5
    • Сообщения от v.ges
Re: Как излучается сверхдлинный фотон
« Ответ #29 : 09 Фев 2018 [19:02:40] »
...время нарастания амплитуды \(a_k(t)\) присутствия фотона \(|k\rangle\) в конечном состоянии \(|A(t)\rangle\)...
А нельзя немного подробнее об этом времени? Нарастание амплитуды \(a_k(t)\) присутствия фотона \(|k\rangle\) в конечном состоянии \(|A(t)\rangle\) происходит всегда за одно и то же время? Или за разное? Если нарастание амплитуды \(a_k(t)\) присутствия фотона \(|k\rangle\) в конечном состоянии \(|A(t)\rangle\) происходит в разных случаях за разное время, то есть ли корреляция между этим временем и, скажем, частотой фотона?

robert.armani

  • Гость
Re: Как излучается сверхдлинный фотон
« Ответ #30 : 10 Фев 2018 [17:24:38] »
Фотон не рождается мгновенно в момент времени \(t=0\), как и не рождается постепенно с ростом \(t\). Все, что с ним происходит в квантовой картине процесса, это постепенное нарастание амплитуды вероятности присутствия данного готового фотона в конечном состоянии, в котором данный конкретный фотон можно обнаружить (наблюдать).

Одновременно с этим, ТС не продолжил развитие другого, на мой взгляд, довольно интересного и нетривиального примера, связанного с нелинейностью КЭД.
Отбросим вероятности и сечения, представим, что фотон с длиной волны в 1 световой год превратился в вакууме в виртуальную электронно-позитронную пару. Пара должна аннигилировать с дальнейшим излучением того же фотона с той же длиной волны. После аннигиляции пары у нас имеется суперпозиция "вакуум ЭМ поля + фотон", однако, поскольку фотон у нас огромный, амплитуда его крайне и крайне низка. То есть имеем такую картину: фотон превращается в виртуальную пару, которая тут же аннигилирует, но не обратно в фотон...а в вакуум, поскольку фотон появится только через год (такая у него длина волны).

Оффлайн victorpetrov

  • *****
  • Сообщений: 1 337
  • Благодарностей: 28
  • Рожденных ползать летать научим!
    • Сообщения от victorpetrov
    • Темная материя и темная энергия
Re: Как излучается сверхдлинный фотон
« Ответ #31 : 10 Фев 2018 [17:59:34] »
фотон с длиной волны в 1 световой год превратился в вакууме в виртуальную электронно-позитронную пару.
Для появления реальной пары частиц закон сохранения энергии требует, чтобы энергия, затраченная в этом процессе, превышала удвоенную массу частицы \(E_{p}=2mC^2\)
При энергиях ниже Ep = 2mec2 = 1,022 МэВ рождение пар вообще отсутствует.
У Вас очень слабый фотон. Пример некорректен.
Вселенная возникла из ничего с соблюдением законов сохранения

robert.armani

  • Гость
Re: Как излучается сверхдлинный фотон
« Ответ #32 : 10 Фев 2018 [18:04:40] »
Для появления реальной пары частиц закон сохранения энергии требует, чтобы энергия, затраченная в этом процессе, превышала удвоенную массу частицы \(E_{p}=2mC^2\)
При энергиях ниже Ep = 2mec2 = 1,022 МэВ рождение пар вообще отсутствует.
У Вас очень слабый фотон. Пример некорректен.

Речь идёт о виртуальных парах.
http://scask.ru/book_t_phis4.php?id=128

Оффлайн victorpetrov

  • *****
  • Сообщений: 1 337
  • Благодарностей: 28
  • Рожденных ползать летать научим!
    • Сообщения от victorpetrov
    • Темная материя и темная энергия
Re: Как излучается сверхдлинный фотон
« Ответ #33 : 10 Фев 2018 [18:10:05] »
Речь идёт о виртуальных парах.
http://scask.ru/book_t_phis4.php?id=128
представим, что фотон с длиной волны в 1 световой год превратился в вакууме в виртуальную электронно-позитронную пару
У Вас какие-то особенные электрон и позитрон? Даже если они виртуальные, энергии потребуется не меньше. Или и энергия виртуальная?
Вселенная возникла из ничего с соблюдением законов сохранения

robert.armani

  • Гость
Re: Как излучается сверхдлинный фотон
« Ответ #34 : 10 Фев 2018 [18:14:07] »
Прочитайте статью, гляньте на сечение рассеяния, зависящее от энергии исходных фотонов. Потом прочтите второй параграф этой статьи. Там есть уравнение для случая фотонов низких частот.

http://www.pereplet.ru/nauka/Soros/pdf/0004_084.pdf
« Последнее редактирование: 10 Фев 2018 [19:48:04] от robert.armani »

robert.armani

  • Гость
Re: Как излучается сверхдлинный фотон
« Ответ #35 : 11 Фев 2018 [21:59:18] »

Никто так и не ответил нормально.

Отбросим вероятности и сечения, представим, что фотон с длиной волны в 1 световой год превратился в вакууме в виртуальную электронно-позитронную пару. Пара должна аннигилировать с дальнейшим излучением того же фотона с той же длиной волны. После аннигиляции пары у нас имеется суперпозиция "вакуум ЭМ поля + фотон", однако, поскольку фотон у нас огромный, амплитуда его крайне и крайне низка. То есть имеем такую картину: фотон превращается в виртуальную пару, которая тут же аннигилирует, но не обратно в фотон...а в вакуум, поскольку фотон появится только через год (такая у него длина волны).

Оффлайн victorpetrov

  • *****
  • Сообщений: 1 337
  • Благодарностей: 28
  • Рожденных ползать летать научим!
    • Сообщения от victorpetrov
    • Темная материя и темная энергия
Re: Как излучается сверхдлинный фотон
« Ответ #36 : 11 Фев 2018 [22:06:35] »
поскольку фотон у нас огромный, амплитуда его крайне и крайне низка.
Амплитуда фотона это что? Энергия? Ну так, так и говорите. Откуда она у него?
Вселенная возникла из ничего с соблюдением законов сохранения

Оффлайн mbrane

  • *****
  • Сообщений: 13 632
  • Благодарностей: 292
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от mbrane
Re: Как излучается сверхдлинный фотон
« Ответ #37 : 11 Фев 2018 [22:32:20] »
Речь идёт о виртуальных парах.
http://scask.ru/book_t_phis4.php?id=128
представим, что фотон с длиной волны в 1 световой год превратился в вакууме в виртуальную электронно-позитронную пару
У Вас какие-то особенные электрон и позитрон? Даже если они виртуальные, энергии потребуется не меньше. Или и энергия виртуальная?


Все таки сильно сложнее... Все дело в том что мы не знаем истинную массу электрона...не существует свободного от фотонной -виртуальнопарной шубы электронов..как бы не измеряли массу электрона....это то с чего начинается теория перенормировок - в ней в конце концов оказывается что это  затравочная масса электронаээлектрона  к 0...а именно затравочная масса входит в вывод расчетного  приближения....то есть рождению виртуальных или  мягких частиц не запрещается законом сохранения энергии...но найти их невозможно - ибо устойчивой полевым состоянием взаимодействующей частицы является шуба

robert.armani

  • Гость
Re: Как излучается сверхдлинный фотон
« Ответ #38 : 11 Фев 2018 [22:40:44] »
Все таки сильно сложнее... Все дело в том что мы не знаем истинную массу электрона...не существует свободного от фотонной -виртуальнопарной шубы электронов..как бы не измеряли массу электрона....это то с чего начинается теория перенормировок - в ней в конце концов оказывается что это  затравочная масса электронаээлектрона  к 0...а именно затравочная масса входит в вывод расчетного  приближения....то есть рождению виртуальных или  мягких частиц не запрещается законом сохранения энергии...но найти их невозможно - ибо устойчивой полевым состоянием взаимодействующей частицы является шуба

А как на счёт этого?

Отбросим вероятности и сечения, представим, что фотон с длиной волны в 1 световой год превратился в вакууме в виртуальную электронно-позитронную пару. Пара должна аннигилировать с дальнейшим излучением того же фотона с той же длиной волны. После аннигиляции пары у нас имеется суперпозиция "вакуум ЭМ поля + фотон", однако, поскольку фотон у нас огромный, амплитуда его крайне и крайне низка. То есть имеем такую картину: фотон превращается в виртуальную пару, которая тут же аннигилирует, но не обратно в фотон...а в вакуум, поскольку фотон появится только через год (такая у него длина волны).

Оффлайн victorpetrov

  • *****
  • Сообщений: 1 337
  • Благодарностей: 28
  • Рожденных ползать летать научим!
    • Сообщения от victorpetrov
    • Темная материя и темная энергия
Re: Как излучается сверхдлинный фотон
« Ответ #39 : 11 Фев 2018 [22:41:38] »
ибо устойчивой полевым состоянием взаимодействующей частицы является шуба
Скорее всего, нет там никакой "шубы". Орбита электрона строго круговая.
Вселенная возникла из ничего с соблюдением законов сохранения