Para ficar claro aqui, minha pergunta surge do estudo da indução e polarização eletromagnética e do efeito fotoelétrico. A partir daqui, adquiri o conhecimento de que a criação de um fóton envolve:
- Indução eletromagnética – O fato de que um campo magnético espacial variável no tempo que cria um campo elétrico em circuito fechado [Super confuso sobre por que o universo faz isso]
- Polarização – Nos livros, eles mostram que a luz é vetores de campo elétrico oscilantes e vetores de campo magnético
- Efeito fotoelétrico – A criação da luz tem algo a ver com um elétron retornando a um estado de energia inferior, não dizendo que é a única maneira .
Então, como a luz é produzida? Estou procurando uma explicação aprofundada.
Algum contexto
A questão surgiu quando eu estava conversando com meu amigo sobre uma hipótese minha onde eu dizia que se Eu liberei um fóton de, digamos, uma tocha. Eu poderia, com alguma margem de erro conhecida, dizer em qual instante o fóton estava criado, mas de acordo com o que eu ouvi várias vezes, o tempo para na velocidade da luz. Portanto, qualquer fóton em “c” basicamente nunca teria experimentado nenhum momento. Portanto, da perspectiva do fóton, seu nascimento não pode ser definido. Parece que chegamos a um paradoxo aqui, se eu observar um momento em que o fóton foi criado, mas o fóton tem sem noção de tempo , não tem noção de começo ou fim. Em seguida, tentei expandir o conceito da hipótese para dizer que talvez em um sentido semelhante, o universo não tem um conceito de começo ou fim. À medida que experimentamos sua perspectiva, não podemos determinar sua hora de nascimento usando nossa matemática, que tem sido cultivada em todo o universo, e também sabemos que a matemática falha quando tentamos resolver equações para o tempo t = 0 de Big Bang. NOTA: Essa palestra foi só para me divertir, eu só gosto de física e gosto de falar sobre o universo, porém, entendo que eu poderia ter aborrecido alguém por ignorar uma dúzia de leis e teoremas que ainda estou para descobrir. APOLOGIZES!
Estou esperando uma explicação um tanto estúpida, agora não “Não me empolgue muito com isso. Sou um estudante do ensino médio, mas adoro um pouco de baboseira técnica, mas estou apenas pedindo para ter em mente que estou no ensino médio. Exemplo:
Digamos que temos uma equação: x 3 + x 2 -x + 44 = 0 Em vez de dizer o grau da equação é 3 talvez diga que a maior potência na equação é 3 .
Resposta
Você está divagando no texto das perguntas, então irei apenas abordar o título, o que pode atrair uma pesquisa no Google.
Como a luz é produzida?
A estrutura subjacente da natureza a partir da qual todas as teorias clássicas emergem é a mecânica quântica, baseada na relatividade especial e para grandes distâncias Relatividade Geral, embora a gravidade ainda não tenha definitivamente quantizado (existem apenas teorias eficazes).
A luz é um conceito de física clássico que é matematicamente descrito de forma bela pelas equações de Maxwell e surge de mudanças nos campos elétricos ou magnéticos.
Os fótons são partículas elementares na modelo padrão de partícula e a luz clássica emerge de uma confluência de inúmeros fótons. Essa radiação eletromagnética (luz) emerge de uma superposição de fótons pode ser mostrado matematicamente , para aqueles interessados em eletrodinâmica quântica.
Para entender como a luz é produzida, é preciso entender os processos mecânicos quânticos subjacentes, que são muitos.
Um está em transições de níveis de energia excitados de estados atômicos ou moleculares para um nível de energia inferior, quando há uma emissão de um fóton. A energia de excitação para começar pode ser um único outro fóton ou a energia fornecida pelo temperatura de um fio, por exemplo, onde a cauda do bo preto a radiação dy pode ter frequências visíveis. É a luz proveniente de lâmpadas incandescentes, onde a temperatura do fio é aumentada pela tensão aplicada até o ponto de incandescência.
Um espectro contínuo de fótons é fornecido pelo plasma do sol, onde uma grande parte da radiação t do corpo negro , devido a o movimento de elétrons e íons gera fótons na faixa visível. Estes incluem espalhamento de compton, ou seja, o espalhamento de um fóton em uma partícula carregada e entrando na parte visível do espectro.
Um fogo tem uma combinação de fótons de mudança de nível de energia com fótons de indução de plasma, etc.
A forma como esses fótons construíram um a um a luz que vemos com nossos olhos não é um somatório, como um somatório de tijolos compõe uma parede. É uma superposição das funções de onda da mecânica quântica dos fótons
que constrói o campo clássico eletromagnético com seu campo elétrico e magnético propriedades do campo. O quadrado conjugado complexo das funções de onda de fótons sobrepostos dá a probabilidade de um fóton interagir em (x, y, z, t) inclusive na retina do olho para dar a impressão de “luz”.
Para resolver um mal-entendido, você diz:
Parece que chegamos a um paradoxo aqui, se eu observar um momento em que o fóton foi criado, mas o fóton não noção de tempo, não tem noção de começo ou fim
O fóton não tem cérebro que possa conter noções. Sempre é matematicamente possível definir transformações de coordenadas, mas é preciso manter a consistência, não confundir sistemas de coordenadas, pois você está introduzindo suas observações em seu sistema de coordenadas (em repouso) observando um fóton que tem um início e um fim, com uma estrutura indo com a velocidade do fóton c, onde devido à forma das transformações de Lorenz não há significado em distâncias ou intervalos de tempo devido aos infinitos introduzidos pela transformação em tal sistema de coordenadas. Vou copiar esta resposta:
Quando estamos viajando na velocidade da luz , ou muito, muito muito perto da luz, não há mais NADA DE ÚTIL falar sobre distância e tempo e, portanto, também não há nada útil em anexar qualquer moldura de descanso a ela, porque basicamente eles (distância e tempo) não existem mais. Eles são zero e não são úteis.
Comentários
- Apenas para esclarecer, a função de onda complexa da mecânica quântica que você mostrou contém 2 outras funções E < sub > T < / sub > e B < sub > T < / sub > que são em termos de vetor r e t. Representa campos elétricos e magnéticos que variam no tempo, certo?
- Além disso, aquela coisa da relatividade especial que você mencionou no final esclareceu por que estou errado, mas Jeez! Tenho muito o que estudar nos próximos anos.
- Sim, a função complexa tem uma média E e uma média B como uma função dos quatro vectro (r, t), e é por isso que E e B aparece quando muitos fótons são sobrepostos e o complexo conjugado ao quadrado da função de onda total é obtido.
Resposta
Vou tentar responder à questão principal.
O que é luz
Classicamente, a luz é considerada uma onda eletromagnética, o que significa que tem uma onda elétrica e outra magnética componente. Cada componente é perpendicular ao outro e à direção de propagação (da luz), como você pode ver aqui !
Natureza mecânica quântica de luz
É importante entender que uma característica chave da mecânica quântica é a quantização. A energia é quantizada, tem natureza discreta, não é contínua. O quanta do campo eletromagnético é o fóton. Em um sistema quântico (por exemplo, um átomo), os níveis de energia também são quantizados. Um átomo não pode ter energia, pode ter apenas uma quantidade específica de energia. Dê uma olhada isto ! Agora vamos pegar dois níveis de energia de um átomo, $ | 1 > $ e $ | 2 > $. Este primeiro nível de energia associou um estado de energia mais baixo, vamos chamá-lo de $ E_ {1} $, e o segundo tem um estado de energia mais alto, $ E_ {2} $. Digamos que o átomo seja o primeiro no estado $ | 1 > $, agora para excitar o átomo significa forçar a transição de $ | 1 > $ a $ | 2 > $. Para isso, temos de dar ao átomo uma quantidade de energia igual à diferença entre os dois estados ($ E_ {2} -E_ {1} $). Como agora o átomo tem um estado de energia superior, ele eventualmente voltará para o inferior, porque todo sistema físico tende para o estado de energia mais baixo possível. Nessa desexcitação, o átomo liberará a energia extra conforme um fóton de luz (se a transição for radiativa). A energia do fóton é dada pela diferença entre os dois níveis de energia, como você pode ver aqui . $$ h \ nu = E_ {2} -E_ {1} $$ Um núcleo excitado também emitirá luz como radiação gama. Uma maneira diferente de produzir luz é pela aniquilação da matéria com antimatéria.Por exemplo, se um elétron encontrar um pósitron, eles formarão um sistema instável chamado positrônio e, então, acabarão por se aniquilar emitindo dois fótons gama. Além disso, se as partículas carregadas são aceleradas, elas emitem radiação eletromagnética. Em particular, quando a partícula carregada é desacelerada, a radiação emitida é chamada de radiação Bremsstrahlung . Mais sobre isso aqui e aqui .
Editar
Os campos elétricos e magnéticos são na verdade dois aspectos da mesma coisa. Um campo magnético visto de um referencial inercial pode ser visto como uma combinação de campos elétricos e magnéticos de outro referencial inercial. Você pode fazer essa transformação de um quadro inercial para outro usando a transformação de Lorentz .
A polarização da luz é uma propriedade que diz a você como o os componentes do campo oscilam. Esta imagem pode ajudá-lo a visualizá-lo.
O efeito fotoelétrico acontece quando fótons com energia suficiente incidem sobre um material. O efeito consiste na emissão de elétrons do material. O que acontece quando um fotoelétron é emitido é que ele absorve toda a energia do fóton e escapa do átomo. A energia cinética do fotoelétron é dada pela diferença entre a energia do fóton e o trabalho que teve que ser feito para remover o fotoelétron do átomo: $$ K = h \ nu- \ phi $$
Comentários
- @annaV já abordou o cerne da questão (a função de onda quântica complexa), mas você apenas forneceu uma visão sobre os conceitos mencionados no pergunta que ainda pode ser útil para outros.
- Eu sugiro que você realmente insira as imagens em sua postagem e forneça um resumo do ponto principal que você está tentando transmitir em uma citação quando fornece um link para sites externos. Os links tendem a expirar e se tornar obsoletos, portanto, um breve resumo, ao mesmo tempo que fornece um, dará à leitura uma visão sobre qual é o seu ponto de vista e também o protegerá caso o link expire.