Естественные науки

Вопрос о квантах в радиодиапазоне (см. дальше)

Вы видите вот такую рацию



Она настроена на частоту 433 075 000 герц (+ - погрешность)  

1 вопрос (для разминки) : сколько квантов в секунду она излучает при мощности в 5 ватт на этой частоте ?

2 вопрос : несущая частота рации имеет синусоидальную форму, вот примерно такую. Здесь по оси игрек отображена амплитуда электрической (или магнитной) составляющей излучаемой радиоволны, а по оси икс - время



вроде бы всё ясно. Но неясно одно, внимание !

Допустим, рация (экспериментальная, конечно :-) излучает всего 1 квант на этой частоте. Как этот квант изобразить на этом графике? Будет ли это 1 полный период, половина, четверть, или миллионный кусочек этой синусоиды ?

(на первый вопрос можете не отвечать, я сам в Google найду ответ, но второй вопрос настолько сложен для меня, что непонятно, что где и как искать, потому я прошу помочь)
Любовь Рыжова
Любовь Рыжова
12 928
Допустим, рация (экспериментальная, конечно :-) излучает всего 1 квант на этой частоте.

На самом деле не один квант излучается, а очень много квантов, так как здесь не одна частота, а очень много частот. Сделайте Фурье-разложение этого отрезка и Вы увидите, что там присутствуют ВСЕ частоты. Получится непрерывный спектр, так как волна у рации имеет начало и конец. Одна частота будет только у такой бесконечной волны. Если волна где-то имеет начало и конец, то это никак не монохромная волна. Это уже настоящий волновой пакет, который является суммой большого числа монохромных волн разной частоты.
В идеале, как у Вас на рисунке, там будет бесконечное число волн с убывающей амплитудой при переходе к более высокой частоте.
А в реальности там будет конечное число фотонов. Число фотонов той или иной частоты будет пропорционально фурье-образу, то есть амплитуде данной гармонике, которая входит в интеграл обратного преобразования Фурье (или в сумму по всем гармоникам, если это периодический сигнал и он бесконечен).

Поэтому фотоны, как математическая модель, это конечно идеализация. Из соотношений неопределенностей Гейзенберга, раз мы точно знаем его частоту (то есть импульс), то значит координата фотона совершенно не определена. Он как бы размазан по всему пространству. Поэтому, когда Вы говорите про один изолированный фотон, то его невозможно локализовать в пространстве и он соответствует бесконечной монохромной волне.

А в Вашем случае ситуацию можно трактовать двояко.
С волновой точки зрения, радиостанция излучает много фотонов разной частоты, "хвосты" и "головы" которых взаимно компенсируют друг друга в соответствии с аналогами их волн.
С корпускулярной точки зрения, можете считать, что это один фотон с неопределенной частотой в некотором частотном диапазоне. Поэтому у него неопределенный импульс в некотором диапазоне. Эта неопределенность по импульсу, в соответствии с соотношением неопределенности, приводит к неопределенности координаты фотона в некотором диапазоне координат. Этот диапазон координат и есть размер волнового пакета, излучаемого радиостанцией.
Ирина Чумакова
Ирина Чумакова
50 822
Лучший ответ
Любовь Рыжова Это капец! Получается, говорить о размере фонона не имеет смысла? У километровых радиоволн он может быть размером с километр :-) , а у гамма лучей - микроскопический ?

Спасибо за ответ, если хотите ещё один вопрос на эту тему

[ссылка заблокирована по решению администрации проекта]
Одному кванту никакая подобная волна не соответствует, только коллективу квантов. Фотоны являются бозонами, которые имеют свойство слипаться в одном состоянии, результатом и является волна.
В радиодиапазоне энергия кванта крайне мала, так что единичный квант обнаружить нереально.
Иван Лопарев
Иван Лопарев
88 162
Любовь Рыжова ....только коллективу квантов....

И сколько (минимум) должно их быть в этом коллективе, чтобы они образовали волну ?
Иван Лопарев Вопрос неправильный. Фаза и число заполнения связаны соотношением неопределенностей. Чем больше количество, чем меньше неопределенность формы волны.
Римма Авдеева Вы хотите сказать, что одиночный квант не обладает энергией? А-фи-геть!
квант на графике изображать нельзя, он же не волна. но кванту с энергией Е соответствует электромагнитная волна с частотой n=E/h и длинной волны L=c/n. вот ее и изображай. зная частоту излучения рации можно найти энергию одного кванта E=6,6*10^(-26) Дж, а зная мощность Р найти количество фотонов излучаемых рацией в единицу времени N=P/E. примерно 10^26 штук.
Саша Соколов-П
Саша Соколов-П
70 161
Любовь Рыжова ....но кванту с энергией Е соответствует электромагнитная волна с частотой n=E/h и длинной волны L=c/n. вот ее и изображай....

Уже что - то начинаю понимать, но волну, соответствующую единичному кванту, изобразить правильно в виде одного целого периода колебаний (я так догадываюсь) ? Или какая - то микроскопическая часть этой синусоиды ?