EM vs Asunto de onda. La mentira y la confusión de la Escuela de Física

Question

En la escuela (al menos en Rusia) se nos enseña acerca de la luz como onda EM con la dualidad onda–partícula. La naturaleza de las ondas se describe como recursiva de emisión de campos eléctricos y magnéticos de la cadena. A continuación, se menciona que todos los objetos tienen esa dualidad: puede ser representado como ondas (con la ayuda de la fórmula de de Broglie).

Mucho de este último me ha enfrentado el hecho de que la onda de de Broglie no es una onda EM en todo. Pero para EM cuántica es bastante similar (frecuencia, posiblemente fase).

Mientras que todavía hay un montón de vagos momentos con ondas EM para mí, es correcto que onda EM es sólo el clásico concepto anticuado, y las ondas de probabilidad de la amplitud (que describe la probabilidad de específico de energía cuántica específico de coordenadas) es mucho más cercana a la realidad? Así que no hay una cadena de campos eléctricos y magnéticos cambiantes.

Si usted encuentra mi pregunta demasiado estrecho de miras acaba de explicar es como de 6 años de edad, hijo.

Answer 1

La respuesta a esta pregunta es en gran parte filosófica y depende de su definición de la palabra "existe". La física es todo acerca de la construcción de modelos para describir el comportamiento real, y siempre se trata de hacer una aproximación que sólo capta el "esencial" de la física. Fenómenos como la temperatura, presión, viscosidad, etc. todos se descomponen en el único átomo de nivel, pero eso no significa que "no existe". Son extremadamente útiles, tanto para la construcción de la intuición y para hacer cuantitativamente predicciones correctas.

Pero sí, en sentido estricto, la noción de continuo los campos electromagnéticos necesita ser modificado en pequeñas escalas de longitud en cuenta el hecho de que la radiación electromagnética está cuantificada en fotones, que puede ser descrito por la probabilidad de ondas en ciertos límites (pero esta "onda de probabilidad" de la imagen es en sí misma un nonrelativistic aproximación; en el totalmente relativista contexto es necesario invocar el mucho más abstracto concepto de "campo cuántico", que crea y destruye las partículas de la aspiradora).

Pero quién sabe si este es el final de la cadena? Algunas personas especulan que en aún más pequeño escalas de longitud (como la escala de Planck), hay incluso más fundamental de los grados de libertad que son discretos, y así se comportan más como punto de partículas que como ondas de probabilidad. Incluso existe la especulación (por ejemplo, de Gerhard 't Hooft) que en muy pequeña escala, el universo es en realidad completamente determinista, y la aparente "ondas de probabilidad" que podemos observar son sólo aproximaciones útiles. (La física de la jerga de estas aproximaciones que se mantenga en grandes escalas de longitud, pero se descomponen en lo suficientemente pequeña escala es "fenómenos emergentes".) Pero incluso si esto resulta ser el caso, lo que no significa que cuántica wavefunctions y campos "no existen" - (presumiblemente) todavía ser extremadamente útil para (cualitativa y cuantitativamente) que describe la física en mayores escalas de longitud.

Answer 2

La verdad, es aún más complicado. La descripción cuántica de las partículas como ondas de de Broglie la determinación de la probabilidad de amplitudes en los puntos en el espacio es en sí mismo no es el más fundamental. Sólo se aplica a los no-relativista masiva de partículas. Fotón sin masa y debido a que no puede ser descrito por algunos función de onda en el habitual espacio de coordenadas. Hay algunos análogos que trabajar en el sentido limitado.

El más fundamental de la descripción de la realidad que tenemos ahora es la teoría cuántica de campos (QFT). Usted puede, en cierto sentido, entender campo cuántico como una de Broigle onda no en el habitual espacio, sino en el espacio de configuraciones del campo en este espacio. Así que no es que nos olvidamos de los campos eléctricos y magnéticos, es que esos no son algunas de las funciones clásicas más. En lugar de tener una cierta probabilidad de amplitud para cada posible configuración del campo. Algunos estados de este campo cuántico se comportan como mecánica cuántica de las partículas mientras que algunos se comportan de una manera más similar a la clásica de las olas.

Para entender que es posible mirar simplemente el oscilador armónico cuántico (como el peso en la primavera, pero cuantificada). Como cuestión de hecho de la libre campo cuántico puede ser representado como un número infinito de osciladores armónicos.

El oscilador armónico cuántico han discreta del espectro de los autoestados - los estados con relación a la energía. Su función de onda se propagan a través de algunas región y no cambian en el tiempo, excepto la adquisición de algunos observables fase. Por lo tanto su probabilidad disribution sigue siendo el mismo, repartidas en una región. De hecho, el promedio de la posición de medir es cero.

Nada como un clásico de peso tener cierta posición definida oscilante de ida y vuelta. En el QFT corresponden exactamente a la cuántica de partículas como los fotones. No es una ola en cualquier sentido clásico, sino que se puede asociar con algún tipo de la de Broigle onda con todas las restricciones en el caso de los fotones que he mencionado.

Sin embargo, usted puede considerar cierta superposición de los autoestados y obtener algo que se conoce como un estado coherente que corresponde a la distribución de probabilidad concentrada cerca de algunos específicos posición oscilante en el tiempo.

Que se parece más a un clásico de peso en la primavera, ¿no? De hecho, usted puede encontrar que es coherente estados que se comportan de acuerdo a la clásica dinámica de cierto límite, no los autoestados. En el campo de la teoría contexto coherente de los estados de que el campo electromagnético se comportan como una especie de "fuzzy" clásica onda EM. Cuanto mayor sea la intensidad de la más clásica aparecen pero para bajas intensidades aparece más como un número aleatorio de los fotones.

Lo que está sobre la realidad de la luz? El radiowave o lo suficientemente fuerte haz de láser son buenos ejemplos de la luz proveniente de la coherente estados de campos EM. Sin embargo, la luz de una bombilla no es coherente y describirlo con el clásico onda EM en realidad no es muy apropiado.

PS: Todas las imágenes son tomadas de páginas de wikipedia Cuántica oscilador armónico y Coherente de los estados

Answer 3

Las partículas elementales, y los fotones son tales en el modelo estándar de la física, de la exhibición, como usted bien dice, en la densidad de probabilidad de la onda partícula de la dualidad.

Es instructivo mirar experimentos de partículas individuales de la dispersión de doble ranuras,

Esto son solo los electrones de la dispersión de las dos rendijas, y la interferencia de las ondas de patrón aparece en la acumulación, que es la medición de la densidad de probabilidad para esta dispersión.

Los electrones son enormes. Los fotones mostrar el mismo comportamiento, individual dispersa parecer al azar , la acumulación tiene el patrón de interferencia.

La diferencia es que los fotones construir el clásico de la onda electromagnética, mientras que no hay nada como la correspondiente a la masiva de partículas y ondas de probabilidad. Cero masa de las partículas puede ser modelado por la cuantización de la ecuación clásica. En este caso la ecuación de Maxwell, que da a los diferentes campos E y B es cuantificada, y la función de onda de los fotones, la construcción de la clásica campo contiene la información de la E y B campo. La densidad de probabilidad de cualquier interacción está dada por el conjugado complejo de la plaza de la función de onda.

Por lo que la superposición de los fotones ( además de wavefunctions) pueden acumularse en la sinergia de los campos eléctricos y magnéticos que muestran el patrón de interferencia en la densidad de probabilidad de la distribución.

Individuales de los fotones a sí mismos a la hora de interactuar , tienen sólo la energía, el impulso y el spin. En un conjunto de sus wavefunctions se agregan en superposición, creando así la macroscópicamente mide los campos eléctrico y magnético de la onda clásica. (Cualquier medida involucra el conjugado complejo de la plaza de los subyacentes de la función de onda de un conjunto).

En el nivel macroscópico, la descripción matemática de la variación de los campos eléctricos y magnéticos la construcción de la clásica de la onda electromagnética, es correcto, como se desprende de los subyacentes de la mecánica cuántica estado.( El último eslabón de las necesidades de las herramientas de la teoría cuántica de campos a seguir las matemáticas).

Así, la clásica de la onda EM no es un concepto anticuado, es absolutamente útil representación matemática, como el mundo tecnológico en que vivimos en la muestra, en el espacio de fase de grandes dimensiones, y la cuántica y clásica de los modelos de mezcla suavemente en la interfaz. De la misma manera que Newton del modelo gravitacional es todavía válido para la fase de espacio donde la relatividad general los efectos son muy pequeños.

Sí, hay una cadena de campos eléctricos y magnéticos, que se construye, surge a partir de la wavefunctions de millones y millones de fotones. Ver también esta respuesta.

Para entender realmente tha matemáticas de lo que está sucediendo uno tiene que estudiar en profundidad cuántica y clásica del electromagnetismo y la teoría cuántica de campos es necesario.