Intrebari

[Krystyan]

Cand electronul este in atom, nu electronul absoarbe fotonul, ci atomul. Energia primita este transformata de atom in saltarea electronului pe un alt strat. Acum inteleg mai bine ce ai intrebat, te intrebai daca nu cumva si alte particule din atomi pot sa absoarba fotonii si sa ii emita iar. Intrebarea ta precedenta fusese chiar vaga. Ei bine, in atom nu ai decat nucleul si electronii. Si in chimie si in proprietati macroscopice nu conteaza decat atomii. Deci nu, alte particule subatomice nici nu sunt percepute in fenomenul asta.

Dar nu cred ca reflexia inseamna absorbtie si emisie iar, ci inseamna efectiv reflectie. Cand un atom absoarbe un foton, trimite apoi un foton de aceeasi frecventa, dar in o directie aleatorie. Ori reflexia se face la un unghi fix, nu aleatoriu. Deci cred ca am demonstrat ca reflexia nu este absorbtie si apoi reemisie.

     In cartea lui Feynman, QED-Strania teorie despre lumina si materie spune ca reflexia nu se face la un unghi fix. Aceasta idee este doar o aproximare "grosolana" asupra a ceea ce se intamla de fapt. In realitate totul se reduce la probabilitatea de a calcula ceva. Feynman spune ca lumina se propaga pe drumul cel mai scurt (acolo unde directiile sagetutelor sunt indreptate apropape in aceeasi directie pt. a forma o sageata finala consistenta) si intradevar, drumul cel mai scurt, in cazul reflexiei, este drumul in care unghiul de incidenta este egal cu unghiul de reflexie dar lumina nu se propaga exclusiv pe acest drum, ea merge si pe drumuri mai lungi doar ca o mica parte din lumina o ia pe aceste drumuri. Deci atunci cand lumina se reflecta, ea se reflecta sub unghiuri aleatoare, cu precizarea ca se reflecta mai mult pe drumul pentru care unghiul de incidenta este egal cu unghiul de reflexie. Probabil ca tu stii mai multe despre electrodinamica cuantica si cum sta treaba cu sagetutele.

[ionut]

   Buna,

    Intr-un fel Adi are dreptate cand vorbeste de reflectie, dar tind sa-i dau dreptate si lui Krystyan. Acum sa ma explic. La nivel microscopic este nevoie ca impulsul, momentul cinetic si energia sa se conserve ceea ce va duce la imaginea de reflectie pe care Adi a explicat-o. Adica atunci cand un foton loveste un atom dintr-o anumita directie el trebuie reemis nu in orice directie ci intr-o directie care sa respecte niste legi de conservare. Dar la nivel macro se intampla un lucru. Lumina de la Soare sau de la bec sau de la orice nu este directionata si nici polarizata. Ea vine din toate directiile si in consecinta fotonii re-emisi de obiecte vor avea orice directie.

Eu deduc ca formarea vederii se realizeaza cam asa:
1.Fotonii emisi de o sursa de lumina ajung pe un obiect.
2.Starea electronilor acelui obiect ia decizia daca acei fotoni incidenti vor fi absorbiti sau se va permite transmisia lor prin obiect.
3.Sa presupunem ca fotonii sunt absorbiti.
4.In acest caz simplul fenomen de absorbtie determina schimbarea starii initiale a electronilor, schimbare care se (poate) lasa cu emisie de noi fotoni.
5.In functie de noua stare a electronilor, fotonii emisi au o anumita lungime de unda si frecventa care determina culoarea acelor fotoni emisi.
6.Acesti noi fotoni emisi in urma absorbtiei fotonilor incidenti ajung pe retina umana
7.Lungimea de unda si frecventa fotonilor primiti de ochiul uman determina imaginea acelui obiect pe care au cazut fotonii incidenti.
          Am dreptate?  De observat din punctul 2 ca reflexia nu este un fenomen de baza ca absorbtia si transmisia. Reflexia este o posibila consecinta a absorbtiei.
   In mare ai dreptate Krystyan. Orice substanta are un spectru de absorbtie si un spectru de emisie. In special la substantele solide cele doua spectre nu coincid asa ca o substanta solida va absorbi un spectru electromagnetic si va emite pe altul. Un obiect colorat in verde de exemplu va absorbi lumina alba si va emite doar pe verde (care este probabil lungimea de unda dominanta din spectrul sau de emisie).
  Acum, de ce este posibil pentru o substanta sa absoarba cam orice? Este putin contraintuitiv, sunt de acord dar trebuie sa nu uitam ca de obicei substantele solide sunt formate din molecule (poate chiar molecule complexe) care sunt asezate in retele (cristaline sau nu). Datorita aranjamentului din retele, nivelele electronice ale atomilor degenereaza si de la spectre discrete (linii spectrale) se ajunge la benzi (spectre continui) ceea ce da posibilitatea unei anumite substante sa absoarba si sa emita fotoni intr-un interval energetic larg.
    Ce se intampla atunci cand un foton nu are energia corespunzatoare din spectrul unui atom? Este respins, transmis sau absorbit? Cred ca toate posibilitatile se pot intampla. In fizica (mecanica cuantica si nu numai) exista o notiune care se numeste sectiune eficace sau probabilitatea ca o particula cu un anumit set de numere cuantice si impuls sa interactioneze cu o alta particula cu un alt set de numere cuantice si impuls. Daca ne uitam pe variatia unei asemenea sectiuni eficace o sa vedem ca la energiile caracteristice spectrului de absorbtie a unui atom sectiunea eficace de interactie are maxime si intre aceste linii exista minime. Minimele pot cobora pana la zero (nu interactioneaza) de obicei la gaze care isi pastreaza spectrul discret intact, dar mai putin pentru lichide sau solide.

[Krystyan]

        Ce se intampla atunci cand se ciocnesc 2 fotoni?

        Mai e o chestie pe care nu o inteleg: stim ca dualismul unda-corpuscul in cazul luminii se interpreteaza in felul urmator: atunci cand un foton interactioneaza cu materia, el se comporta ca particula iar atunci cand fotonul se deplaseaza el se comporta ca unda. Digerez ideea ca fotonul se comporta ca particula* dar nu pot intelege deloc ultima parte. Cand se deplaseaza, fotonul se comporta ca unda. Ca sa reduc si mai mult aceasta ultima parte, pot sa spun ca accept ideea cu deplasearea fotonului, deci nu e nimic ciudat, ceea ce nu pricep este faza cu comportamentul ca unda. Cum adica fotonul se comporta ca unda? Ce inseamna asta?

*Feynman descria fotonii in comportamentul lor ca particule folosind expresia "bulgari de lumina" sau "picaturi de ploaie" ceea ce creaza oarecum un tablou si face ideea mai inteligibila. Mie imi place sa vad fotonii ca niste bulgari de energie.

[Adi]

Inseamna ca atunci cand fotonii trec prin un zid cu doua gauri (fante) se comporta ca si cand trec unde sonore prin doua fante, sau cum trece apa prin doua gauri, iar sunetul si apa se deplaseaza ca niste unde. Vezi "double slit interference".

[ionut]

        Ce se intampla atunci cand se ciocnesc 2 fotoni?

La intrebarea asta raspunsul este foarte simplu . Doi fotoni nu se ciocnesc niciodata pentru ca ei interactioneza doar electromagnetic si dupa cum bine stii, nu au sarcina electrica. Deci nu pot interactiona decat cu particule incarcate.

   

        Mai e o chestie pe care nu o inteleg: stim ca dualismul unda-corpuscul in cazul luminii se interpreteaza in felul urmator: atunci cand un foton interactioneaza cu materia, el se comporta ca particula iar atunci cand fotonul se deplaseaza el se comporta ca unda. Digerez ideea ca fotonul se comporta ca particula* dar nu pot intelege deloc ultima parte. Cand se deplaseaza, fotonul se comporta ca unda. Ca sa reduc si mai mult aceasta ultima parte, pot sa spun ca accept ideea cu deplasearea fotonului, deci nu e nimic ciudat, ceea ce nu pricep este faza cu comportamentul ca unda. Cum adica fotonul se comporta ca unda? Ce inseamna asta?

Daca imi permiti o sa-ti spun ca in sensul "istoric" intelegi lucrurile anapoda . Nu vreau sa te jignesc deloc, vreau doar sa punctez ca istoric, a fost observat intai caracterul ondulatoriu al luminii (vezi experimentele de interferenta gen Yang). Ideea este ca pe lumea asta orice particula are ambele caracteristici, de unda si corpuscul. Nu se spune niciodata ca o particula se deplaseaza ca o unda si interactioneaza cu materia ca un corpuscul. Nu asa se face diferenta. Cele doua caracteristici sunt prezente mereu si in acelasi timp intr-o particula.
    Caracterele ondulatoriu si corpuscular sunt de fapt fatete ale aceluiasi lucru. In mecanica cuantica fiecare particula are o "functie de unda", nu exista particule definite ca un corpuscul din mecanica clasica. Toate particulele sunt "o unda" (nu vreau sa speculez in ce mediu sunt ele o unda). Aceasta dualitate pe care o observam aparent este datorita energiilor implicate. Un foton la energii mici (sa zicem in spectrul vizibil) are o lungime de unda mare aproape macroscopica facand posibila observarea a tot felul de interferente. Chiar si radiatiile X sunt folosite pentru un soi de interferente atunci cand se masoara constantele de retea pentru diferite cristale. Daca crestem mai mult energia si ajungem in domeniul energiilor gamma, lungimile de unda fotonice scad atat de mult incat consideram fotonii ca fiind corpusculi pentru ca sunt foarte localizati spatial. Caracterul ondulatoriu nu dispare insa ci doar se muta la dimensiuni spatiale mai mici (de ordin nuclear de exemplu - femtometri).
   Deci, ca sa rezum, atunci cand rezolutia spatiala a unui experiment ce implica fotoni este mai buna sau de ordinul lungimii de unda a fotonilor atunci vom observa fenomene de interferenta si impliciti "caracterul ondulatoriu" al luminii. Atunci cand rezolutia este mult mai slaba decat lungimea de unda a fotonilor vom observa caracterul corpuscular al luminii.

*Feynman descria fotonii in comportamentul lor ca particule folosind expresia "bulgari de lumina" sau "picaturi de ploaie" ceea ce creaza oarecum un tablou si face ideea mai inteligibila. Mie imi place sa vad fotonii ca niste bulgari de energie.

Atata timp cat te referi la caracterul corpuscular al luminii, atunci da, "bulgare de energie" este o idee cat de cat potrivita. Daca intr-o anumit experiment te confrunti si cu caracterul ondulatoriu al luminii atunci acest termen nu mai e asa de potrivit. Notiunea de "val" sau "unda" este mai potrivita in cazul asta

[HarapAlb]

        Ce se intampla atunci cand se ciocnesc 2 fotoni?

La intrebarea asta raspunsul este foarte simplu . Doi fotoni nu se ciocnesc niciodata pentru ca ei interactioneza doar electromagnetic si dupa cum bine stii, nu au sarcina electrica. Deci nu pot interactiona decat cu particule incarcate.

Partial adevarat. Exista fenomenul de imprastiere foton-foton (proces de ordin 4), imprastierea Delbruck.

   

        Mai e o chestie pe care nu o inteleg: stim ca dualismul unda-corpuscul in cazul luminii se interpreteaza in felul urmator: atunci cand un foton interactioneaza cu materia, el se comporta ca particula iar atunci cand fotonul se deplaseaza el se comporta ca unda. Digerez ideea ca fotonul se comporta ca particula* dar nu pot intelege deloc ultima parte. Cand se deplaseaza, fotonul se comporta ca unda. Ca sa reduc si mai mult aceasta ultima parte, pot sa spun ca accept ideea cu deplasearea fotonului, deci nu e nimic ciudat, ceea ce nu pricep este faza cu comportamentul ca unda. Cum adica fotonul se comporta ca unda? Ce inseamna asta?

Daca imi permiti o sa-ti spun ca in sensul "istoric" intelegi lucrurile anapoda .
.................................
   Deci, ca sa rezum, atunci cand rezolutia spatiala a unui experiment ce implica fotoni este mai buna sau de ordinul lungimii de unda a fotonilor atunci vom observa fenomene de interferenta si impliciti "caracterul ondulatoriu" al luminii. Atunci cand rezolutia este mult mai slaba decat lungimea de unda a fotonilor vom observa caracterul corpuscular al luminii.

Chestia cu "dualismul" nu este bine inteleasa: in mecanica cuantica avem numai particule, sunt fenomene care nu pot fi explicate folosind formalismul undelor. Confuzia apare din faptul ca mecanica cuantica folosest conceptul de "functie de unda", care nu este o unda in intelesul fizic (adica sa poata fi masurata); o putem numi si functie de stare.
Formalismul mecanicii cuantice poate fi folosit in orice situatie, pe cand formalismul undelor numai in anumite cazuri (destul de multe).

[HarapAlb]

Krystian, problemele pe care le ridici necesita raspunsuri destul de nuantate si nu stiu cat  de mult sunt intelese aici pe forum.

[ionut]

    Sunt perfect de acord cu tine HarapAlb.

[Electron]

Eu cred ca tocmai de aceea intreaba Krystyan aici, pentru a primi explicatii "pe intelesul tuturor", si a clarifica aceste "nuante". Cred ca e o provocare interesanta sa gasiti raspunsuri care sa fie pe masura intrebarilor.

e-

[Adi]

Foarte frumos au explicat Ionut si Harap, intr-adevar.

[Krystyan]

Foarte frumos au explicat Ionut si Harap, intr-adevar.

Toate particulele sunt "o unda"

Multumesc pentru raspunsuri, totusi explicatiile s-au ratacit in tot felul de alunecari ocolind esentialul: ce inseamna ca o particula (in general) se comporta ca o unda? Ce face acea particula in mod efectiv?
      Mi-ar placea ca raspunsurile sa le dati asemanator lui Feynman, foarte frumos povesteste, de parca cei care citesc nici nu au liceul terminat.    Ma simt uneori obligat sa-mi imaginez tot felul de scenarii si ma gandesc cam asa: stim cu totii cum sta treaba cu imaginile care se deruleaza la televizor. Ele nu sunt altceva decat niste fotografii sau ceva de genul asta care se deruleaza foarte rapid dand senzatia de continuitate. Poate si caracterul asta unda-corpuscul e cam tot asa: toate particulele(inclusiv fotonii) sunt corpuri dar se misca atat de rapid incat da senzatia ca se afla in mai multe locuri in acelasi timp, ceea ce confera o imagine de ceva continuu iar directia de miscare nefiind drepta ci oscileaza conduce la iluzia unei directii de miscare asemanatoare cu o linie ondulata.

Doi fotoni nu se ciocnesc niciodata pentru ca ei interactioneza doar electromagnetic

       Ok, si atunci cand 2 fotoni interactioneaza electromagnetic, ce se intampla efectiv in aceasta interactiune si apoi ce poate rezulta dupa interactiune?

[ionut]

 Krystyan,

   Doi fotoni chiar nu interactioneaza niciodata. Exemplul pe care l-a dat HarapAlb este un proces foarte rar si care tehnic vorbind nu este o interactie directa intre 2 fotoni ci este intermediata de niste perechi electron-pozitron.
   Fenomenul de interferenta al luminii nu este de fapt o interactie intre fotoni. Maximele si minimele de interferenta care se observa intr-un experiment Yang se datoreaza compunerii intensitatilor unor fascicule de lumina coerente. Practic, imagineaza-ti ca undele sunt niste distributii de intensitate cu forma sinusoidala. In functie de diferenta de faza a acestor unde, compunerea lor duce la un maxim, un minim sau ceva intermediar. Distanta dintre fante si peretele din experimentul Yang face ca aceasta diferenta de faza sa varieze si obtine aceste maxime si minime de interferenta.

[Adi]

Subscriu la ce zice Ionut, ca sa intelegi interferenta trebuie sa faci calculul matematic de adunare a doua unde sinusoidale cu aceeasi amplitudine, aceeasi frecventa si cu cate o valoare a diferentei de faza pentru fiecare loc din spatiu. Si unde diferenta de faza e zero sau doi pi, undele se aduna si dau maxim, unde diferenta de faza e pi/2 sau 3/2 pi atunci undele dau minim, iar alte valori intermediare dau intensitati intre maxim si minim.

Nu am gasit calculul, dar vezi mai multe despre interferente.
http://en.wikipedia.org/wiki/Interference

[Krystyan]

ce inseamna ca o particula (in general) se comporta ca o unda? Ce face acea particula in mod efectiv?

         Cred ca trebuie sa renunt la intrebarea asta. Probabil ca nu exista un raspuns exact.

Doi fotoni nu se ciocnesc niciodata pentru ca ei interactioneza doar electromagnetic

Krystyan,
   Doi fotoni chiar nu interactioneaza niciodata.

        Mai intai ai spus ca 2 fotoni interactioneaza doar electromagnetic iar acum spui ca nu interactioneaza niciodata. Care e adevarul?

        Este posibil ca directiile a 2 fotoni sa se intersecteze, si daca da, ce se intampla atunci?  Sau un foton este atat de smecher incat sa stie pe ce directie o iau ceilalti fotoni si el sa o ia pe alta directie ?

[Adi]

Krystyan, incepi sa fii nesimtit. Poate ar trebui si tu sa mai studiezi fizica, nu sa astepti sa ti se dea mura in gura si tu doar sa citesti descrieri calitative si sa te declari nemultumit ca nu intelegi cum o particula poate fi unda. E ca si cum nu ai aprecia deloc eforturile noastre!

Un foton nu poate interactiona decat electromagnetic cu o alta particula care are sarcina electrica. Doi fotoni nu pot interactiona deloc intre ei, caci acest al doilea foton este o particula cu sarcina electrica zero.