رابطه بین موج الکترومغناطیسی و فوتون چیست؟نظریه موج نور و نظریه ذرات نور تقریباً نظریه عمیق تری به نام الکترودینامیک کوانتوم (به اختصار QED) هستند. نور موج و ذره نیست بلکه درعوض تحریک در یک میدان کوانتومی است.
QED یک نظریه پیچیده است ، بنابراین اگرچه انجام محاسبات به طور مستقیم در QED امکان پذیر است ، اما استفاده از تقریب برای ما ساده تر است. تئوری موج نور اغلب هنگامی که ما به چگونگی انتشار نور نگاه می کنیم ، یک تقریب خوب است و هنگامی که ما در حال بررسی نحوه تعامل نور هستیم یعنی نظریه تبادل انرژی با چیز دیگری ، نظریه ذرات نور اغلب یک تقریب خوب است.
بنابراین در این توضیح نمی توان به سوالی که فوتون در آن قرار دارد پاسخ داد.آیا فوتون ها و امواج الکترومغناطیسی یک چیز هستند؟
مدل های مختلف در اداره انواع مختلف شرایطی که "نور" به یک شکل یا دیگری رفتار می کند بهتر است. فوتون ها در مدل سازی آنچه اتفاق می افتد وقتی نور به شیوه های گسسته رفتار می کند ، مانند تعامل با سلول های PV م areثر است. امواج الکترومغناطیسی هنگامی که نور به طور مداوم رفتار می کند ، مانند پراش از طریق یک سوراخ کوچک ، در مدل سازی نور موثر است.
همچنین لازم به ذکر است که بیش از یک مدل وجود دارد که از فوتون استفاده می کند. فوتون های "کلاسیک" موجودات کوچکی هستند که مانند گلوله های کوچک بیلیارد در اطراف پرواز می کنند و دارای تمام ویژگی های خوبی هستند که مکانیک کلاسیک را سرگرم کننده می کند. مکانیک کوانتوم مفهوم ظریف تری از فوتون را ارائه می دهد. در بسیاری از موارد ، آنها سازگار هستند ، اما وقتی به آزمایش های خاص خنده دار مانند آزمایش دو شکاف تک فوتونی نگاه می کنید ، مدل کلاسیک قادر به توصیف آنچه واقعاً می بینیم نیست ، در حالی که مدل کوانتومی برای پیش بینی نتایج.
در ارتباطات از راه دور ، یک موج حامل ، سیگنال حامل یا فقط حامل ، یک شکل موج است (معمولاً سینوسی) که با هدف انتقال اطلاعات ، با یک سیگنال حامل اطلاعات تعدیل می شود (اصلاح می شود). این موج حامل معمولاً فرکانس بسیار بالاتری نسبت به سیگنال ورودی دارد.امواج حامل چگونه کار می کنند؟
موج حامل موج خالص با فرکانس ثابت است ، کمی شبیه موج سینوسی. ... این روند تحمیل سیگنال ورودی به موج حامل را مدولاسیون می نامند. به عبارت دیگر ، مدولاسیون شکل موج حامل را تغییر می دهد تا به نوعی رمز گفتار یا اطلاعات داده ای را که ما می خواهیم حمل کنیم رمزگذاری کند.توجه تعریف: امواج الکترومغناطیسی یا امواج EM امواجی هستند که در نتیجه ارتعاشات بین یک میدان الکتریکی و یک میدان مغناطیسی ایجاد می شوند. به عبارت دیگر ، امواج EM از میدان های مغناطیسی و الکتریکی نوسانی تشکیل شده اند.4 ویژگی اصلی امواج الکترومغناطیسی چیست؟
هر نوع تابش الکترومغناطیسی ، از جمله نور مرئی ، به صورت دوره ای با قله ها و دره ها نوسان می کند و دامنه ، طول موج و فرکانس مشخصی را نشان می دهد که جهت ، انرژی و شدت تابش را مشخص می کند.دو جز کامپوننت موج الکترومغناطیسی چیست؟
معرفی. امواج الکترومغناطیسی دو جز کامپوننت دارند: یک میدان الکتریکی نوسانی و یک میدان مغناطیسی عمود و متحرک که در همان فرکانس نوسان می کند ، اما با تغییر فاز 90
چه چیزی تعیین می کند که یک فوتون به عنوان نور نمایش داده شود یا خیر؟می توان نشان داد كه موج الكترومغناطیسی كلاسیك ، نور ، از یك مكان یك مکانیکی كوانتومی از صدها میلیون فوتون پدیدار می شود. و نه تنها فرکانس های نور مرئی ، بلکه تمام امواج الکترومغناطیسی یک برهم نهی از فوتون ها هستند که دارای انرژی = h ∗ ν هستند ، جایی که h ثابت پلانک و ν فرکانس موج کلاسیک نوظهور است.
چیزی که من نمی فهمم این است که چه چیزی تعیین می کند به عنوان نور ظاهر شود یا خیر؟
همانطور که در بالا بحث شد ، فوتون یکی از اجزای سازنده امواج الکترومغناطیسی است که نور مرئی قسمت کوچکی از فرکانس هاست. هرگز به خودی خود "نور" نیست. نور برای اینکه بتواند به عنوان یک ادراک ظاهر شود ، به فوق العاده فوتونهای زیادی نیاز دارد.
آیا فقط غلظت یا الگوی بالاست؟
این غلظت بالا و ریاضیات عملکرد عملکرد موج است که باعث می شود آنچه "نور" نامیده می شود
چرا فوتون ها در همه شرایط نشان داده نمی شوند؟
آنها این کار را انجام می دهند ، اما آنقدر متراکم هستند که برای نشان دادن وجود آنها نیاز به آزمایش های ویژه ای است.
این آزمایش تک شکافی دو فوتونی ممکن است در درک چگونگی جمع شدن تک فوتون ها به پدیده ای که به یک الگوی سبک تبدیل می شود ، کمک کند.
آیا مدولاسیون دامنه فرکانس فوتون یا تعداد فوتون ها را تغییر می دهد؟آیا درست است که نتیجه بگیریم مدولاسیون دامنه سیگنال لیزر نوری ، انرژی فوتونهای شرکت کننده را جابجا می کند؟بیشتر اشعه EM بدون تعدیل است. به عنوان مثال تابش از منابع حرارتی (لامپ ، خورشید ، بخاری تابشی) است.
تابش EM در اثر شل شدن الکترون ها (و سایر ذرات و شبه ذرات) و انتشار فوتون ها در این زمان صورت می گیرد. منبع دیگری از تشعشعات EM وجود ندارد. بنابراین هر تشعشع EM از فوتون تشکیل شده است. تابش EM نوعی فوتون است.
هر فوتون دارای یک کامپوننت electric الکتریکی و یک میدان مغناطیسی است و این اجزای میدان نوسان در حین حرکت فوتون در فضا هستند.
فقط با دو شرط قادر خواهید بود خصوصیات موج را بر روی یک جریان فوتون اندازه گیری کنید:
فوتون ها قطبی شده اند (اجزای میدان الکتریکی و مغناطیسی آنها قطبی هستند)
تابش تعدیل می شود (بهترین مثال آنتن دستگاه ارتباطی است)
معادله $E(t)=A(t)\cos\omega_c t
\tag{1}
{roham}$ یک موج EM تعدیل شده را توصیف می کند. به طور دقیق ، این یک موج رادیویی است ، که تعداد فوتون های ساطع شده آن به طور دوره ای تغییر می کند. بخاطر داشته باشید که یک مولد موج الکترونهای میله آنتن را چهارم و عقب رانده و الکترون های شتاب دار فوتون ها را ساطع می کنند. الکترون ها هر لحظه شتاب می گیرند و همه در یک جهت هستند و همین امر باعث دو قطبی شدن فوتون های ساطع شده می شود.
معادله $A(t)=A_0\cos\omega_m t
\tag{2}
{"roham}$ مدولاسیون دامنه یک ارتباط را توصیف می کند. به وضوح تعداد فوتون ها تغییر می کند.
یه چیز دیگه. فوتونهای ساطع شده توسط الکترونهای شتاب گرفته روی میله دارای طول موج متفاوت از فرکانس حامل هستند. وابستگی از قدرت مولد موج ، طول میله ، مواد میله ، ... فوتون ها در محدوده مادون قرمز تا اشعه X هستند. بیهوده نیست که هرگز نباید در مقابل رادار نظامی بایستید. با این حال ، معادله $E(t)
=
A_0\cos\omega_m t\cos\omega_c t
=
\frac{1}{2}A_0\bigl(\cos\omega_+t+\cos\omega_-t\bigr)
\tag{3}
{rohamhesami}$ تحت تأثیر فرکانس حامل و تعدیل این فرکانس ، تعداد فوتونها را توصیف می کند (برابر با شدت که با اشتباه دامنه نامگذاری می شود)
موج و ذره بودن نور هنگام تشخیص در یک آزمایش دو شکاف تک فوتونی راحت ترین پاسخ نه است. برای مشاهده یک فوتون ، باید تمام انرژی آن جمع شود. شما نمی توانید نیمی از فوتون را مشاهده کنید ، یا آن را مشاهده می کنید یا آن را مشاهده نمی کنید. مشاهده یا کشف فقط در یک مکان ممکن است اتفاق بیفتد. این اغلب به عنوان "سقوط تابع موج" نامیده می شود.در نهایت ، یک فوتون یک فوتون است ، نه ذره است و نه موج و نه صداقت یک "واویکول" یا "بسته موج" است. این ارجاع به چنین مفاهیم کلاسیک یا شبه کلاسیک نیست. این یک کوانتوم غیر محلی و بدون جرم از انرژی تا حدودی نامطمئن است (معروف به اختلال در میدان الکترومغناطیسی نقطه صفر) که با سرعتی تحت تأثیر نفوذ پذیری و اجازه محیطی که از آن عبور می کند انتشار می یابد. معادله موج آن فقط احتمال برخورد آن با آشکارساز را توصیف می کند و انرژی ذرات آن فقط توصیف می کند که برای آگاه شدن از چه آستانه ای باید پایین بیایید (به عنوان مثال اگر از شمارنده Geiger استفاده می کنید ، آستانه انرژی شما در ماوراio بنفش خواهد بود. یا منطقه اشعه ایکس و نور مرئی را تشخیص نخواهید داد). و نه ، ما نمی دانیم چرا.نور بعضی مواقع مانند موج رفتار نمی کند و بعضی اوقات مانند ذره رفتار نمی کند. نور مانند نور رفتار می کند. تلاش برای دسته بندی برخی رفتارها به عنوان "موج مانند" یا "ذره مانند" فقط تلاشی است برای ایجاد درک شهودی از پدیده های کوانتومی با ربط دادن آنها به موارد ساده روزمره مانند برخورد امواج آب یا سنگ مرمر به دیواره.
کلیک های آشکارساز فوتو اثبات وجود فوتون ها نیست. اینها به دلیل اثر فوتوالکتریک بوجود می آیند ، الکترونهایی که در آشکارساز نوری متصل هستند در مدارهای کمی هستند و فقط قادر به پرشهای گسسته انرژی هستند. بنابراین اگر هر چیزی بیشتر از آنکه با ماهیت کوانتومی نور باشد ، مربوط به ماهیت کوانتومی ماده است. اثر فوتوالکتریک حتی با یک جریان ثابت کلاسیک (پیوسته ، نه کوانتیزه شده) کار می کند ، نه فقط فوتون های منفرد.
بنابراین استفاده از اندازه گیری آشکارساز نوری به عنوان اثبات وجود فوتون ها کمی سو استفاده از عکس فوتون است. و دارد عکس "فوتون" را به اوج کلاسیک "یک توپ بیلیارد" می رساند.
در واقع ، میدان EM یک میدان کوانتومی مطابق با معادله موج است و کوانتوم آن یک فوتون است. هر چند حتی یک فوتون نیز از معادله موج پیروی می کند ، بنابراین سوال بهتر این است:
چگونه می توان کلیک محلی (آشکارا) موضعی آشکارساز نوری را با یک بسته موج فوتونی فاقد موقعیت مطابقت داد؟
فوتون یک بسته موج با مقداری گستره فضایی و یک جبهه موج است. همچنین یک "جهت" دارد ، که می توانیم آن را به عنوان مقدار انتظار اپراتور موقعیت در طول زمان تعریف کنیم. از این رو ، چگالی (و از این رو انرژی) از نظر مکانی متفاوت است. وقتی این حالت به آشکارساز نوری نزدیک می شود ، میدان EM و ماده کوانتومی برهم کنش می کنند و باعث می شوند عملکرد موج فوتون "فرو ریخته" و به صورت موضعی قرار گیرد (مانند زمانی که موقعیت الکترون را در یک اتم اندازه گیری می کنید). موقعیتی که فوتون "محلی سازی" می کند تصادفی است اما از توزیع احتمال میدان فوتون حادثه پیروی می کند ، که یک ∝sin2 است و از این رو فوتون های مختلف باعث کلیک در موقعیت های مختلف روی صفحه می شوند.
برای قرار دادن این در اصطلاحات کوانتومی "معمول" تر ، بنابراین: تا زمانی که هیچ اندازه گیری انجام نشود ، فوتون توسط یک عملکرد موج غیر محلی توصیف می شود. وقتی اندازه گیری انجام می شود ، فوتون به صورت محلی قرار می گیرد. اندازه گیری ها مخرب است.
اندازه گیری هم توسط دستگاه آشکارساز و هم توسط آنتن انجام می شود. در حالت آنتن ، شما می توانید یک سیگنال گسسته گذرا را در یکی از آنتن ها مشاهده کنید ، مربوط به جایی که الکترون با جذب فوتون شتاب می گیرد.
موج نوری چه شکلی است؟ (مدل سه بعدی)طول یا رنگ معمولاً با دامنه مطابقت دارد و فلش ها جهت میدان الکتریکی را نشان می دهند. میدان مغناطیسی همیشه عمود است ، و دامنه متناسب است ، بنابراین در ترسیم هر دو با هم معنای کمی وجود دارد. این موردی که من در آن گنجانده ام نشان می دهد که چگونه میدان در حقیقت به یک حجم نفوذ می کند.
، در اینجا یک گیف تابش دو قطبی وجود دارد. این فقط یک برش 2-بعدی از میدان است و جهت برداری را نشان نمی دهد ، اما تجسم بسیار خوبی از یک نوع تابش واقعی تر است. رنگ در این حالت با بزرگی مطابقت دارد.وقتی می گوییم یک موج رادیویی را می توان به عنوان یک موج سینوسی توصیف کرد ، ما در حال صحبت در مورد چگونگی دامنه موج (یعنی قدرت نیرو) در فضا و زمان هستیم. امواج سینوسی به دلایلی که دیو ذکر کرد بسیار زیاد می شوند - آنها راه حل های ساده ای برای معادلات دیفرانسیل مرتبه دوم هستند و شما می توانید از تجزیه و تحلیل فوریه برای توصیف سیگنال های دیگر از نظر سینوزوئیدها استفاده کنید. از امواج سینوسی نیز برای صحبت در مورد صدا استفاده می شود ، به همین دلیل.
اکثر امواج رادیویی سینوزوئیدهای خالص نخواهند بود ، اما بسیاری از آنها مبتنی بر سینوزوئیدها هستند. به عنوان مثال ، دامنه امواج رادیویی AM سینوسی است که دامنه آنها به آهستگی تغییر می کند. دامنه امواج رادیویی FM سینوسییدهایی هستند که فرکانس های آنها به آرامی تغییر می کند.
توجه داشته باشید که سیگنال نمونه در این تصویر نیز موج سینوسی است. این یک تصادف نیست امواج سینوسی به خوبی سیگنال های آزمایشی ساده عمل می کنند. تابش از خطوط برق نیز تقریباً به یک موج سینوسی خالص نزدیک است.
اگر می خواهید یک موج رادیویی را تجسم کنید ، تصور کنید در نزدیکی ساحل زیر آب باشید. جریان ها قابل مشاهده نیستند ، اما همچنان که شما را به عقب و جلو سوق می دهند ، می توانید موج های در حال حرکت آب را احساس کنید. این همان کاری است که امواج رادیویی با الکترون های آنتن انجام می دهند.hope I help you I hope I help you understand the question. Roham Hesami