by 
Έχουν διαστάσεις τα φωτόνια; Η απάντηση όχι μόνο δεν είναι μονολεκτική αλλά θα ξεκινούσε μία ατέρμονη συζήτηση που θα έφτανε μέχρι και σε υπαρξιακές αναζητήσεις. Τα φωτόνια δεν είναι σε καμία περίπτωση σωματίδια είναι απλά το κβάντο του Η/Μ πεδίου. Σε αυτή την άσκηση θα δεχτούμε ότι τα φωτόνια εκτός από μάζα δεν έχουν και διαστάσεις ή τουλάχιστον δεν έχουν διαστάσεις όσο το μήκος κύματός τους. Διάλεξα δέσμη Laser γιατί είναι η μόνη πηγή σχεδόν μονοχρωματικής ακτινοβολίας που διαθέτουμε. Επίσης επειδή είναι εξαιρετικά δύσκολο έως απίθανο να πάρουμε από Laser “Πακέτα” αποτελούμενα από ένα μόνο φωτόνιο, επέλεξα “πακέτα” ή παλμούς αν θέλετε με πολλά φωτόνια.
ΑΣΚΗΣΗ
Μονοχρωματική δέσμη Laser αποτελείται από φωτόνια μήκους κύματος λ = 6χ10-7 m. Η ισχύς του Laser είναι PL = 0,1 W. H συχνότητα εξόδου των «πακέτων»(παλμών) από την πηγή είναι fp = 2,5×109 pulse/s . Δίνεται η ταχύτητα του φωτός c = 3×108 m/s…
Η ΣΥΝΕΧΕΙΑ
καλημέρα Άρη και συγχαρητήρια για την άσκηση.
Μια ερώτηση:
Τι σχέση έχει ο αριθμός για τα μήκη κύματος με το πλήθος των φωτονίων ενός παλμου;
Να το διατυπώσω αλλιώς :
Ενα φωτόνιο αντιστοιχεί σε ένα μήκος κύματος;
Ευχαριστώ Διονύση. Το τι ψάξιμο έχει πέσει για τη διάμετρο φωτονίου και οχι μόνο από μένα. Εγω δεν ξερω και Αγγλικά και προσπαθώ να βγάλω άκρη από την αστεία μετάφραση google. Στη βιβλιογραφία δεν γίνεται καμία αναφορά σε διαστάσεις φωτονίου, ότι βρίσκεις απο κάποια papers και όχι καθηγητών πανεπιστημίου. Τα βιβλία ασχολούνται με το πως μπορούμε να απομονώσουμε ένα φωτόνιο κάτι που γίνεται αλλά μέσω των αποτελεσμάτων και με υπερευαίσθητες συσκευές δεδομένης της απειροελάχιστης ενέργειας του ενός φωτονίου. Ακόμα ασχολούνται με το αν μπορούμε να δούμε ένα φωτόνιο και η απάντηση είναι όχι. Έχουν φτάσει στο ότι μπορούμε να δούμε 3 αλλά ούτε αυτό είναι καλά τεκμηριωμένο. Τα μόνα που υπάρχει σχετική συμφωνία: Το φωτόνιο δεν είναι σωματίδιο και το μέγεθός του δε μπορεί να είναι ούτε ίσο με το μικρότερο μήκος κύματός τους περίπου 10 εις την -20 m, το φωτόνιο είναι η “σκανδάλη” που πυροδοτεί την διέγερση των ατόμων, το φωτόνιο δεν είναι τίποτα άλλο παρά ένα μπίτ που θέτει σε”παφλασμό” τα κβαντικά πεδία. Αυτά με τα εισαγωγικά τα έχω βρεί εγω είναι μετάφραση google και ούτε ξερω τι εννοούν. Τέλος πάντων εκείνο που έχει σημασία είναι η διάδοση του φωτός όχι κατά συνεχή τρόπο όπως προβλέπει η Η/Μ θεωρία του Maxwell αλλά σε πακέτα του ενος ή πολλών φωτονίων. Στα τεχνικά χαρακτηριστικά των ισχυρών laser βρίσκεις πακέτα με ασύλληπτο αριθμό φωτονίων. Τελικά όπως βλέπεις και στην άσκηση ούτε καν η αναφορά ότι τα φωτόνια είναι αδιάστατα χρειάζεται. Είναι βέβαια περίεργο και μας ξαφνιάζει όλους γιατί τα μήκη κύματος μέσα σε ένα πακέτο δεν είναι όσα τα φωτόνια. Σε αυτό σαφής απάντηση δεν υπάρχει.
Καλό απόγευμα Άρη.
Έθεσα το ερώτημα, επειδή με παραξένεψε το σχόλιο για σύγκριση αριθμού μηκών κύματος και πλήθος φωτονίων. Σαν να πρόκειται το φωτόνιο να αντιστοιχούσε σε ένα μήκος κύματος και βάλαμε τα φωτόνια στη σειρά.
Προφανώς δεν ζητάω διάμετρο φωτονίου, αφού το φωτόνιο δεν είναι ένα σωματίδιο σαν τα μπαλάκια του πιγκ – πογκ που έχουμε εμπειρία και που μας βολεύει να φανταζόμαστε.
Θα έλεγα ότι αξίζει να διαβαστεί μια παλιότερη συζήτηση του Αντώνη Μπαλτζόπουλου:
Η φύση του φωτός
Κυρίως αξία έχει η συζήτηση που ακολούθησε.
Μεταφέρω από αυτήν ένα απόσπασμα του Θρασύβουλου Μαχαίρα:
“-Έχεις δει τις σαρδέλες στη θάλασσα; Φαντάσου την κάθε σαρδέλα μόνη της να κολυμπά και δες και πώς κολυμπά το κοπάδι…
Μπορώ να «εξηγήσω» τις κινήσεις του κοπαδιού βρίσκοντας τι κάνει η κάθε σαρδέλα, αλλά δεν μπορώ να δω τι κάνει η κάθε σαρδέλα βλέποντας το κοπάδι.
Αν νοιάζομαι για τις λεπτομέρειες και της συμπεριφοράς και του ενός ακόμη ψαριού θα πάω στη σαρδέλα. Αν νοιάζομαι για τη συλλογική συμπεριφορά τους θα πάω στο κοπάδι.
Η κάθε σαρδέλα είναι το φωτόνιο… Το κοπάδι είναι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα…”
Ή ένα 2ο απόσπασμα:
“Το φως δεν είναι κύματα δεν είναι σωματίδια… Είναι κάτι όμορφο, καινούριο, ξωτικό που δεν ξέρουμε τί είναι αλλά που κατακτήσαμε εν μέρει γιατί πια ξέρουμε τη συμπεριφορά του, αλλά όχι τη φύση του!!! “
Δεν ξέρω αν βοηθάει αυτό. Αφορά μια θεωρία που βγήκε όταν ήμουν φοιτητής
https://www.researchgate.net/publication/226254622_Photon_Diameter_Measurements
Βέβαια το ένα φωτόνιο ως “κβαντικό” σωματίδιο (αυτό δεν μπορεί να αποφευχθεί εξ ορισμού) δεν έχει χωρικές διαστάσεις μπορεί να επεκτείνεται σε όλο το χώρο. Αυτό προβλέπει τόσο η κλασική όσο και η κβαντική ηλεκτρομαγνητική θεωρία. Τα όποια πακέτα είναι αποτέλεσμα συμβολής φωτονίων και μπορεί να έχουν μήκη κύματος ακόμα και 5 cm οπως στο lazer ενός CD,
Πολύ ωραία συζήτηση που είχα χάσει μια και τότε δεν ήξερα για την ομαδα. Μια μικρή παρατήρηση για κάτι που δυστυχώς κυκλοφορει σε πολλά Ελληνικά και όχι μόνο βιβλία. Η άποψη του Θρασύβουλου “Πάνο το φως στα υλικά κινείται με μικρότερη ταχύτητα γιατί μεσολαβούν απορροφήσεις και εκπομπές. Και αυτό μπορεί να το διδάξει καθηγητής και μπορεί να το καταλάβει ο μαθητής.” αν και βασισμένη σε απλοική κλασική σκέψη είναι ολότελα λανθασμένη ως ερμηνεία. Τελικά κάτι δεν ξέρουμε αλλά και κάτι .. ξέρουμε για το φώς.
Χαράλαμπε το έχω διαβάσει και αυτό και πολλά άλλα. Δεν έχω βγάλει άκρη. Μάλλον συμβαίνει ότι με τη σχετικότητα. Σκεπτόμενοι κλασικά προσπαθούμε να απαντήσουμε στα δεκάδες “παράδοξα” της σχετικότητας και της κβαντικής φυσικής. Το θέμα είναι υπάρχει το φωτόνιο; Υπάρχει. Δουλεύει μια χαρά στο φωτοηλεκτρικο φαινόμενο, στο φαινόμενο Compton και στην κβαντική θεωρία πεδίου; Μια χαρά. Εχουμε δει ένα φωτόνιο μόνο του; Όχι και ούτε πρόκειται. Πόσο μάλλον να πάρουμε ένα πασετο και να το μετρήσουμε.