sciencetalk

Fotonen zijn deeltjes en deeltjes zijn golfpakketjes (de Broglie).

Dat is mooi, maar hoe manifesteert de kwantummechanica (deeltjeswereld) zich in de macroscopische context (onze wereld)?

Macroscopisch is een lichtstraal immers een golf met trillend E en B veld (Maxwell).

Ik wil dit graag met elkaar in verband brengen. Het zijn compleet verschillende beschrijvingen maar het gaat natuurlijk wel over hetzelfde. Hier onder vat ik samen wat ik op dit moment denk te begrijpen. Het maakt ook duidelijk op welk niveau ik het probeer te begrijpen (heel globaal).

Mijn vraag is of het beeld (ongeveer) klopt, of het kan worden verrijkt met nieuwe invalshoeken en of het kan worden ingekort. Graag zonder dat de beschrijving erg technisch wordt.

-------------------

• Een enkel foton heeft energie E = h.f
• Een foton heeft een golffunctie die je je kunt zien als een (kwantummechanische) vlakke golf*. De amplitude² is te interpreteren als waarschijnlijkheidsverdeling. Dat is niet meetbaar.
• Een lichtstraal bestaat uit fotonen waarvan de golffuncties interfereren.
• Deze lichtstraal is ook een (macroscopische) vlakke golf.
• Deze wordt beschreven met trillende E en B velden, Maxwell**
• Het vermogen (energie/seconde) door een oppervlak volgt uit het aantal fotonen per seconde en de energie per foton (eerste bullit)
• Macroscopisch gedraagt de lichtstraal zich daarom als een golf waarvan de amplitude² (E of B-veld) te interpreteren is als een intensiteit (vermogen/oppervlak). Deze amplitude is meetbaar.

* Heisenberg: impuls bepaald -> plaats onbepaald -> vlakke golf

** Hoe veel fotonen resulteren in een (macroscopische) vlakke golf weet ik niet.

Een foton is een golfpakket waarvan de amplitude variabel is. Ruimtelijk gezien neemt die amplitude heel erg snel af. de golf zelf is gewoon een sinus met een constante frequentie. Omdat het pakketje een ruimtelijke afmeting heeft (je kunt dat arbitrair nemen door een bepaalde afkap waarde te nemen voor de amplitude) is het moeilijk te bepalen wat nu de positie van het pakket is (zeg maar: voor of achterkant van het pakket of precies het midden): het foton heeft een afmeting in de voortplantingsrichting en wellicht ook zijwaarts. Er ontstaat dan een golfberg.

het foton heeft een afmeting in de voortplantingsrichting en wellicht ook zijwaarts. Er ontstaat dan een golfberg.

Ik heb moeite met "ruimtelijk". De ruimtelijke afmetingen van een niet versnellend object kun je vaststellen in een willekeurig inertiaalstelsel of specifiek in het inertiaalstelsel van het object zelf. Hopelijk ben je het met me eens dat als ik het over afmetingen wil hebben, ik zal moeten zeggen hoe het gemeten moet worden (dat het praktisch niet lukt is niet relevant).

Gezien vanuit een "inertiale waarnemer": het ding gaat met de lichtsnelheid dus de lengtecontractie in de voortplantingsrichting is "oneindig"; wat blijft er dan van ruimte over en hoe stel je je de afmetingen van dat golfje dan voor?

Gezien vanuit een waarnemer die meereist met het foton: de waarnemer kan niet meereizen met het foton, het foton heeft de lichtsnelheid ten opzichte van elke waarnemer. Ook dan is er geen afmeting vast te stellen.

Tijd dilatatie en lengte contractie geldt, denk ik, alleen voor deeltjes met een rustmassa. Het foton (en neutrino) heeft een ander voortplantings mechanisme dan deeltjes met een rustmassa (deze verkrijgen hun snelheid via botsingen en/of versnelling/vertraging via de lading (elektrisch - kleurlading) die ze dragen).

Het foton heeft een afmeting (golfpakket) in de voortplantings richting. Echter de magnetische en de elektrische veldsterkten hebben afmetingen loodrecht op de voortplantings richting.

Het foton heeft een afmeting (golfpakket) in de voortplantings richting. Echter de magnetische en de elektrische veldsterkten hebben afmetingen loodrecht op de voortplantings richting.

Kun je dit wat meer toelichten (het liefst met bron)? Hoe is deze afmeting ooit gemeten?

Wat afmetingen van deeltjes betreft heb je de werkzame doorsnede. Hoewel dit niet precies de afmeting van een deeltje is maar wel de invloedsfeer van zijn wisselwerking (elektrische lading/kleur lading).

De rest komt gewoon uit mijn dictaten die ik nog heb van mijn studie natuurkunde. O.a. fundamentele natuurkunde van Alsono en Finn. Als je wil kan ik daar proberen wat kopietjes van in te scannen en dan te plakken.

Sorry, Alonso en Finn

Als je een deeltje voorstelt als een golfpakket, dan loopt de golf in principe van - oneindig naar + oneindig, waar de amplitude nul wordt. Wat wij waarnemen is een deel van de golf waarvan de amplitude "meetbaar" is. Nu moet je dan gaan definiëren wat meetbaar is. Dat is arbitrair. Links en rechts van de maximale amplitude kun je daarvoor een geheel aantal malen de halve golflengte nemen. Hier komt eigenlijk de onzekerheid in de meting van een exacte positie vandaan. De onzekerheids relaties van heisenberg kennen daardoor ook een > teken en niet een = teken.