3

Парадокс распространения света

Простой, но интересный момент из физики, чтобы напрячь мозги. Просьба подумать, как бы вы распутали эти противоречия.

Итак, имеем такую ситуацию.

1. Где-то в глубине космоса происходит некое событие, в результате которого появляется 2 (два) фотона света. Возникший луч света (а свет, как мы знаем, всегда распространяется по прямой) оказывается направлен прямо на Землю, которая находится на расстоянии L. Направление луча примем за ось Y. Посередине этого пути один фотон попадает в мерзкие скользкие холодные серые лапы пришельцев и они забирают его на опыты. А другой фотон долетает до Земли и оказывается в тёплых заботливых белых (неполиткорректно!) чёрных руках астрофизика для дальнейшего изучения:

2. Астрофизик начинает листать учебник и находит там такие выражения:

3. Астрофизик подставляет в первое уравнение "y = L" и получает, что напряженность электрического поля в точке L в любой момент времени равна E = E0 * cos (w*t - k*L). Отсюда он делает вывод, что свет распространяется с бесконечной скоростью, поскольку в тот самый момент, когда в далеком космосе появляется фотон, на Земле по изменению напряженности E = E0 * cos (-k*L) уже зафиксируют появление этого фотона. И это изменение напряженности можно даже использовать в хозяйстве, заставляя колебания электромагнитного поля вырабатывать ток в фотоэлементах.

4. Астрофизик обращается в Нобелевский комитет с просьбой выплатить ему энную сумму за доказательство бесконечной скорости распространения света, но там ему неполиткорректно сообщают что он дурак и выкладки его неправильные. "Но почему?!" - недоумевает наш герой. Его просят не верить всему что написано в учебнике и отправляют изучать работы Максвелла и Эйнштейна.

5. Пытливый ум нашего героя вычитывает, что свет движется с определённой скоростью, потому что это следует из уравнений Максвелла:

На этом месте наш астрофизик совсем запутывается, потому что из этих уравнений следует, что свет вовсе не движется по прямой, а одновременно распространяется по осям x, y и z. То есть световая волна является сферической и у неё нет какого-то одного выделенного направления. Соответственно, этот фотон мог быть пойман как на Земле, так и на созвездии Козерога.

6. Коллеги сочувствует тяжкому положению нашего героя и советуют ему почитать что-то про уравнение Шредингера, поскольку поведение фотона света с начала XX века было выведено из-под юрисдикции Максвелла и передано в ведение сумрачной германской науки:

7. "Ну и как отсюда следует, что свет должен двигаться по прямой?" - вопрошает наш герой - "Это же почти то же самое, уравнение опять трёхмерное и фотон точно так же мог быть пойман в созвездии Козерога?"

8. "Нуу", - отвечают ему, - "видишь ли, фотона вообще не существует до тех пор, пока его кто-то не поймал. То есть этот фотон действительно могли поймать в созвездии Козерога, и тогда луч света был бы направлен не к Земле, а к мерзким зелёным козерожцам. Про кота Шредингера слыхал?"

9. Когда бурление в голове нашего героя проходит, он тихо интересуется: "А что если.. что, если бы я поймал этот фотон не в момент времени T = L / c, а чуть позже? Ведь согласно уравнению Шредингера после того как фотон проскочил мимо, вероятность его обнаружения не падает до нуля? А значит скорость света равна c = 299 792 458 м/с лишь с некоторой вероятностью?"

10. Придя домой, наш герой продолжает буйствовать: "А что, если бы мерзкие серые инопланетяне в точке L/2 перехватили мой фотон? Значит в этот момент для меня все эти волновые уравнения перестали бы действовать? Что это вообще за волна такая, если её можно мгновенно погасить по всей Вселенной?"

Ну а что бы вы посоветовали курить нашему герою? И что упущено или напутано в рассуждениях?

Лига Физиков

503 поста2.5K подписчиков

Правила сообщества

Запрещено:
- Оскорблять участников сообщества, а так же пользователей Пикабу.
- Публиковать посты, которые не относятся к физике
- Рекламировать кого-либо, чего-либо
- Нарушать правила Пикабу.

Вы смотрите срез комментариев. Показать все
4
DELETED
Автор поста оценил этот комментарий

>>> "Что это вообще за волна такая, если её можно мгновенно погасить по всей Вселенной?"


Волны амплитуд вероятности - не физическая волна.


Физические волны распространяются в 4-ехмерном пространстве-времени со скоростью не большей скорости света и переносят энергию-импульс.


Волны амплитуд вероятности распространяются в бесконечномерном пространстве состояний системы с абсолютно любой скоростью и не переносят энергию-импульс.

раскрыть ветку (8)
1
Автор поста оценил этот комментарий
Физики запутались в определениях и своих мыслях. Например, график изменения В,Е от t во всех учебниках рисуют неправильно. Магнитное поле, изменяясь, рождает электрическое и когда Е мах, то В мin!? Т.е. нижний график должен быть на π/2 сдвинут. Или по-другому: закон сохранения энергии. Если в начале она мах, то через 1/4 периода не может превратиться в ноль на графике...
раскрыть ветку (2)
0
Автор поста оценил этот комментарий
Магнитное поле, изменяясь, рождает электрическое и когда Е мах, то В мin

Не совсем так. Когда E max, то B = 0.


Когда напряженность электрического поля максимальна, то магнитного - равна нулю (и наоборот).


Это следует из закона Фарадея: изменение магнитной индукции порождает вихревое электрическое поле (и наоборот). То есть в момент, когда напряженность электрического поля E = 0, производная магнитной индукции dB/dt = 0, то есть магнитная индукция находится в точке экстремума: B = max или B = min.


А в момент когда B = 0, то производная индукции dB/dt = max. Соответственно E = max.


За счёт этого энергия электромагнитного поля "перетекает" из электрического в магнитное, и наоборот. А суммарная энергия остаётся постоянной. То есть электромагнитная волна работает как колебательный контур.

Иллюстрация к комментарию
Иллюстрация к комментарию
раскрыть ветку (1)
1
Автор поста оценил этот комментарий
Про это и пишу. Но графики во всех учебниках и в данной статье уходят одновременно в ноль и поднимаются одновременно в максимальное положение. Ещё раз: смещение по времени (k) должно быть у графиков В и Е на π/2 относительно друг друга: посмотрите ещё раз внимательно на график позиция 2! Они в минимуме (по модулю, т.е. в нуле) одновременно, хотя когда Е в максимуме, то В должно быть в минимуме, без учёта направления поля (по модулю)
0
Автор поста оценил этот комментарий
С котиком парадокс интереснее. В физике существуют три вида доказательства: 1. Математическое: живой кот 1 = 1 мёртвый кот. 2. Статистическое для очень большого количества радиоактивных атомов. 3. Логическое: живой кот не может быть мертвым. Дедушка Шредингер (царствие небесное), рассматривая поведение атомов, использует статистический метод, применимый для громадного количества атомов, а кота берёт в единственном экземпляре. Если бы количество атомов и котов сравнялось, то парадокса бы не было. Аналогично в статье. Слово фотон обозначает отдельную частицу, описываемую законами релятивистской механики, а световая волна описывается статистическими уравнениями распространения бесконечно количества частиц. Корпускулярно-волновой дуализм предполагает различие в описании света статистическими и дискретными математическими уравнениями. Поэтому и не получается однозначно определить у ЭМВ импульс-координату... Поэтому и возникают такие парадоксы.
раскрыть ветку (4)
0
Автор поста оценил этот комментарий
Слово фотон обозначает отдельную частицу, описываемую законами релятивистской механики, а световая волна описывается статистическими уравнениями распространения бесконечно количества частиц

Так, да не совсем так.


Световая волна - это действительно результат сложения всех световых волн.

Но что если у нас только одна волна?

раскрыть ветку (3)
0
Автор поста оценил этот комментарий
Если вы про волны де Бройля, представляя летящий электрон (протон, фотон...) в виде волны, то как вы сможете объяснить тот факт, что отдельный электрон... не может вызвать интерференцию, дифракцию... или рассматривая квантовые свойства отдельных частиц (например, фотоэффект) люди не пользуются понятием "волна".
Давайте по-другому представим задачу про кота Шредингера. 2 щели, дифракция, знакомая интерференционная картина. Можем ли мы при этом говорить о движении отдельного фотона, который с некоторой вероятностью может попасть в данную точку, убивая кота Шредингера. Как это не странно, но если вы будете наблюдать за отдельными частицами (частицей), то интерференции не получится: статистистическое описание явления предполагает наличие громадного количества частиц, распространяющихся по законам волновой оптики, а не квантовой механики.
раскрыть ветку (2)
0
Автор поста оценил этот комментарий

Отдельный электрон может вызвать интерференцию С САМИМ СОБОЙ.

В 1974 году итальянские физики Пьер Джорджо Мерли, Джан Франко Миссироли и Джулио Поцци повторили опыт, используя одиночные электроны и бипризму (вместо щелей), показав, что каждый электрон взаимодействует с самим собой, как и предсказывает квантовая теория.[21][22] В 2002 году одноэлектронная версия опыта была признана читателями журнала Physics World "самым красивым экспериментом".[23]

https://ru.wikipedia.org/wiki/Двухщелевой_опыт


Поэтому можно считать доказанным, что волновые свойства не являются следствием наложения большого количества частиц.

раскрыть ветку (1)
0
Автор поста оценил этот комментарий
Радиоактивный распад: происходят превращения ядер... Все яд.реакции независимы друг от друга (если не цепная). Ядра никак не связаны между собой, а формула р/активного распада, связывает распад не одной, а миллионов частиц: закон есть! Почему? Это статистическая картина распределения вероятности деления громадного количества атомов! В вами описанном случае точно так же: сила тока 10–¹⁵А/см². Электроны двигаются по одному, но их очень много. Поэтому интерференция - статистический закон распределения миллиардов электронов, каждому из которых в отдельности можно приписать волновое число, как средне-статистическое... А картинка на экране зависит от импульса частицы и деформации пространства (нить, бипризма...) перед экраном. По-другому: Если бы это явление было бы кванто-механическим, то обязательно бы выплыл заряд, поле электрона, создающего структуру пространства и взаимодействия. Но его нет!

Возвращаясь к коту Шредингера: есть 2 математических метода, позволяющих найти результат: квантовый (дискретный математический) и волновой (статистический). Нельзя понять куда попадёт электрон при одноэлектронной дифракции на бипризма: можно говорить лишь о вероятности, рассматривая движение громадного количества...
Вы смотрите срез комментариев. Чтобы написать комментарий, перейдите к общему списку

Темы

Политика

Теги

Популярные авторы

Сообщества

18+

Теги

Популярные авторы

Сообщества

Игры

Теги

Популярные авторы

Сообщества

Юмор

Теги

Популярные авторы

Сообщества

Отношения

Теги

Популярные авторы

Сообщества

Здоровье

Теги

Популярные авторы

Сообщества

Путешествия

Теги

Популярные авторы

Сообщества

Спорт

Теги

Популярные авторы

Сообщества

Хобби

Теги

Популярные авторы

Сообщества

Сервис

Теги

Популярные авторы

Сообщества

Природа

Теги

Популярные авторы

Сообщества

Бизнес

Теги

Популярные авторы

Сообщества

Транспорт

Теги

Популярные авторы

Сообщества

Общение

Теги

Популярные авторы

Сообщества

Юриспруденция

Теги

Популярные авторы

Сообщества

Наука

Теги

Популярные авторы

Сообщества

IT

Теги

Популярные авторы

Сообщества

Животные

Теги

Популярные авторы

Сообщества

Кино и сериалы

Теги

Популярные авторы

Сообщества

Экономика

Теги

Популярные авторы

Сообщества

Кулинария

Теги

Популярные авторы

Сообщества

История

Теги

Популярные авторы

Сообщества