Para ser claro aquí, Mi pregunta surge de estudiar la inducción electromagnética y la polarización y el efecto fotoeléctrico. A partir de aquí he adquirido el conocimiento de que la creación de un fotón implica:
- Inducción electromagnética – El hecho de que un campo magnético espacial variable en el tiempo que crea un campo eléctrico de circuito cerrado [Super confuso en cuanto a por qué el universo hace eso]
- Polarización – En los libros, muestran que la luz oscila entre vectores de campo eléctrico y vectores de campo magnético
- Efecto fotoeléctrico – La creación de la luz tiene algo que ver con un electrón que regresa a un estado de menor energía, sin decir que es la única forma .
Entonces, ¿cómo se produce la luz? Estoy buscando una explicación en profundidad.
Algún contexto
La pregunta surgió cuando estaba hablando con mi amigo acerca de una hipótesis mía en la que estaba diciendo que si Liberé un fotón de, digamos, una antorcha. Podría, con un margen de error conocido, decir en qué instante el fotón fue creado pero según lo que he escuchado varias veces, el tiempo se detiene a la velocidad de la luz. Entonces, cualquier fotón en «c» básicamente nunca lo hubiera experimentado en ningún momento. Entonces, desde la perspectiva del fotón, su nacimiento no se puede definir. Parece que llegamos a una paradoja aquí, si observo un momento en el que se creó el fotón pero el fotón tiene sin noción de tiempo , no tiene noción de principio o fin. Luego, traté de expandir el concepto de hipótesis para decir que tal vez en un sentido similar, el universo no tiene un concepto de principio o fin. A medida que experimentamos su perspectiva, no podemos determinar su hora de nacimiento usando nuestras matemáticas que se han cultivado en todo este universo, y también sabemos que las matemáticas se rompen cuando intentamos resolver ecuaciones para el tiempo t = 0 de Big Estallido. NOTA: Esta charla fue solo para divertirme, solo me gusta la física y me gusta hablar sobre el universo, sin embargo, lo entiendo que podría haber molestado a alguien al ignorar una docena de leyes y teoremas que aún no he descubierto. ¡DISCULPAS!
Estoy esperando una explicación un tanto tonta, ahora no «No me dejes llevar por eso. Soy un estudiante de secundaria, pero me encantan las palabrerías técnicas, pero solo pido tener en cuenta que estoy en la escuela secundaria». Ejemplo:
Supongamos que tenemos una ecuación: x 3 + x 2 -x + 44 = 0 en lugar de decir el grado de la ecuación es 3 tal vez digamos la potencia más alta en la ecuación es 3 .
Respuesta
Estás divagando en el texto de las preguntas, así que solo abordaré el título, que podría atraer una búsqueda en Google.
¿Cómo se produce la luz?
El marco subyacente de la naturaleza del que surgen todas las teorías clásicas es la mecánica cuántica, basada en la relatividad especial y para grandes distancias de la Relatividad General, aunque la gravedad aún no lo ha hecho. Definitivamente cuantificado (solo existen teorías efectivas).
La luz es un concepto clásico de la física, matemáticamente descrito por las ecuaciones de Maxwell, y surge de cambios en los campos eléctricos o magnéticos.
Los fotones son partículas elementales en el modelo estándar de partículas , y la luz clásica emerge de una confluencia de innumerables fotones. Esa radiación electromagnética (luz) emerge de una superposición de fotones se puede mostrar matemáticamente , para aquellos interesados en la electrodinámica cuántica.
Para comprender cómo se produce la luz, uno tiene que comprender los procesos mecánicos cuánticos subyacentes, que son muchos.
Uno está en transiciones de niveles de energía excitados de estados unidos atómicos o moleculares a un nivel de energía más bajo, cuando hay una emisión de un fotón. La energía de excitación para empezar puede ser de otros fotones individuales, o de energía suministrada por el temperatura de un cable, por ejemplo, donde la cola del negro bo dy radiación puede tener frecuencias visibles. Esta es la luz que proviene de lámparas incandescentes, donde la temperatura del cable aumenta por el voltaje aplicado hasta el punto de incandescencia.
Un espectro continuo de fotones es suministrado por el plasma del sol, donde una gran parte de t la radiación del cuerpo negro , debido a El movimiento de electrones e iones genera fotones en el rango visible. Estos incluyen dispersión de compton, es decir, la dispersión de un fotón en una partícula cargada y la entrada a la parte visible del espectro.
Un fuego tiene una combinación de fotones de cambio de nivel de energía con fotones inductores de plasma, etc.
La forma en que estos fotones acumulan uno por uno la luz que vemos con nuestros ojos no es una suma, como una suma de ladrillos forma una pared. Es una superposición de las funciones de onda de la mecánica cuántica de los fotones
que genera el campo electromagnético clásico con su campo eléctrico y magnético propiedades de campo. El cuadrado conjugado complejo de las funciones de onda del fotón superpuesto da la probabilidad de que un fotón interactúe en (x, y, z, t) incluso en la retina de su ojo para dar la impresión de «luz».
Para abordar un malentendido, dices:
Parece que llegamos a una paradoja aquí, si observo un momento en el que se creó el fotón pero el fotón no tiene noción de tiempo, no tiene noción de principio o fin
El fotón no tiene cerebro que pueda contener nociones. Siempre es matemáticamente posible definir transformaciones de coordenadas, pero hay que mantener la coherencia, no mezclar sistemas de coordenadas, como lo está haciendo introduciendo sus observaciones en su sistema de coordenadas (en reposo) observando un fotón que tiene un principio y un final, con un marco que va con la velocidad del fotón c, donde debido a la forma de las transformaciones de Lorenz no hay significado en la distancia o los intervalos de tiempo debido a los infinitos introducidos por la transformación a tal sistema de coordenadas. Copiaré esta respuesta:
Cuando «estemos viajando a la velocidad de la luz , o a la velocidad muy muy muy cerca de la luz, ya no hay NADA ÚTIL para hablar de distancia y tiempo, y por lo tanto tampoco hay nada útil para colocarle un marco de descanso, porque básicamente (distancia y tiempo) ya no existen. Son cero y no son útiles.
Comentarios
- Solo para aclarar, la función de onda del complejo mecánico cuántico que ha mostrado contiene Otras 2 funciones E < sub > T < / sub > y B < sub > T < / sub > que están en términos de vector r y t. Representa campos eléctricos y magnéticos que varían en el tiempo, ¿verdad?
- Además, esas cosas de la relatividad especial que mencionaste al final, aclararon por qué estoy equivocado, pero ¡Dios! Tengo mucho que estudiar en los próximos años.
- Sí, la función compleja tiene una E promedio y una B promedio en función de los cuatro vectro (r, t), y es por eso que E y B aparece cuando se superponen muchos fotones y se toma el cuadrado conjugado complejo de la función de onda total.
Respuesta
Intentaré responder la pregunta principal.
¿Qué es la luz?
Clásicamente, la luz se considera una onda electromagnética, lo que significa que tiene una onda eléctrica y una magnética. componente. Cada componente es perpendicular al otro y a la dirección de propagación (de la luz), como puedes ver aquí !
Naturaleza mecánica cuántica de luz
Es importante comprender que una característica clave de la mecánica cuántica es la cuantificación. La energía está cuantificada, tiene una naturaleza discreta, no es continua. El cuanto del campo electromagnético es el fotón. En un sistema cuántico (por ejemplo, un átomo), los niveles de energía también se cuantifican. Un átomo no puede tener energía, solo puede tener una cantidad específica de energía. ¡Echa un vistazo a esto ! Ahora tomemos dos niveles de energía de un átomo, $ | 1 > $ y $ | 2 > $. Este primer nivel de energía tiene asociado un estado de energía más bajo, llamémoslo $ E_ {1} $, y el segundo tiene un estado de energía más alto, $ E_ {2} $. Digamos que el átomo está primero en el estado $ | 1 > $, ahora excitar el átomo significa forzar la transición de $ | 1 > $ a $ | 2 > $. Para esto le hemos dado al átomo una cantidad de energía igual a la diferencia entre los dos estados ($ E_ {2} -E_ {1} $). Debido a que ahora el átomo tiene un estado de energía más alto, eventualmente volverá al estado de energía más bajo porque cada sistema físico tiende hacia el estado de energía más bajo posible. En esta desexcitación, el átomo liberará la energía extra a medida que un fotón de luz (si la transición es radiativa). La energía del fotón viene dada por la diferencia entre los dos niveles de energía, como puede ver aquí . $$ h \ nu = E_ {2} -E_ {1} $$ Un núcleo excitado también emitirá luz como radiación gamma Una forma diferente de producir luz es mediante la aniquilación de la materia con antimateria.Por ejemplo, si un electrón encuentra un positrón, formará un sistema inestable llamado positronio y luego eventualmente se aniquilarán emitiendo dos fotones gamma. Además, si las partículas cargadas se aceleran, emiten radiación electromagnética. En particular, cuando se desacelera la partícula cargada, la radiación que se emite se denomina radiación Bremsstrahlung . Más sobre esto aquí y aquí .
Editar
Los campos eléctricos y magnéticos son en realidad dos aspectos de la misma cosa. Un campo magnético visto desde un marco de referencia inercial puede verse como una combinación de campos eléctricos y magnéticos de otro marco de referencia inercial. Puede realizar esta transformación de un marco inercial a otro usando la transformación de Lorentz .
La polarización de la luz es una propiedad que le dice cómo los componentes del campo oscilan. Esta imagen puede ayudarte a visualizarla.
El efecto fotoeléctrico ocurre cuando fotones con suficiente energía inciden sobre un material. El efecto consiste en la emisión de electrones del material. Lo que sucede cuando se emite un fotoelectrón es que absorbe toda la energía del fotón y se escapa del átomo. La energía cinética del fotoelectrón viene dada por la diferencia entre la energía del fotón y el trabajo que se tuvo que hacer para remover el fotoelectrón del átomo: $$ K = h \ nu- \ phi $$
Comentarios
- @annaV ya ha abordado el núcleo de la pregunta (La función de onda cuántica compleja), pero solo ha proporcionado una idea de los conceptos mencionados en el pregunta que aún podría ser útil para otros.
- Le sugiero que inserte las imágenes en su publicación y proporcione un resumen del punto principal que está tratando de transmitir en una cita en bloque cuando proporcione un enlace a sitios web externos. Los enlaces tienden a caducar y volverse obsoletos, por lo que un resumen rápido mientras proporciona uno le dará a la lectura una idea de cuál es su punto y también lo asegurará en caso de que el enlace caduque.