Плотность энергии реликтового излучения

[Арман Гаспарян]

Читал, что плотность энергии реликтового излучения составляет от 400 до 500 фотонов на каждый кубический сантиметр пространства. То есть каждый такой фотон занимает 1/400- 1/500 часть кубического сантиметра? То есть можно говорить о размерах этих фотонов?
Пространство ведь расширяется, и кубический сантиметр сегодня станет кубическим метром завтра. Тогда плотность реликтового излучения будет уже от 400 до 500 фотонов на кубический метр. А сколько фотонов будет в кубическом сантиметре?

[Незван]

100 метров прорытой траншеи ничего не говорят о размере землекопа.

[AL Malino]

То есть можно говорить о размерах этих фотонов?

Говорить можно о чём угодно. Вопрос — НУЖНО ли? 
Вы в школе арифметику учили? Имеете понятия, как соотносятся системы единиц?   

[zam2]

Читал, что плотность энергии реликтового излучения составляет от 400 до 500 фотонов на каждый кубический сантиметр пространства.

Да.

То есть каждый такой фотон занимает 1/400- 1/500 часть кубического сантиметра? То есть можно говорить о размерах этих фотонов?

Нет. Размер фотона равен нулю.

Тогда плотность реликтового излучения будет уже от 400 до 500 фотонов на кубический метр.

Да.

А сколько фотонов будет в кубическом сантиметре?

В \(10^6\) раз меньше.

[AL Malino]

То есть каждый такой фотон занимает 1/400- 1/500 часть кубического сантиметра? То есть можно говорить о размерах этих фотонов?

Нет. Размер фотона равен нулю.

Сумлеваюсь я. По-моему, говорить о размерах фотона вообще смысла не имеет. Нет у них такой характеристики. 

[Арман Гаспарян]

Вы в школе арифметику учили? Имеете понятия, как соотносятся системы единиц?   

А при чем тут это?

Нет. Размер фотона равен нулю.

Похоже Вы меньше моего разбираетесь в теме.

[zam2]

Сумлеваюсь я. По-моему, говорить о размерах фотона вообще смысла не имеет.

Цитата из Вики:

Размеры фундаментальных, бесструктурных частиц - калибровочных бозонов, кварков и лептонов - в пределах погрешности эксперимента согласуются с их точечностью (верхний предел диаметра составляет около \(10^{-18}\) м)

Нет у них такой характеристики.

Есть. Правда, не шибко классическая.

[dims]

То есть каждый такой фотон занимает 1/400- 1/500 часть кубического сантиметра?

Нет, фотоны имеют право накладываться друг на друга.

Пространство ведь расширяется, и кубический сантиметр сегодня станет кубическим метром завтра. Тогда плотность реликтового излучения будет уже от 400 до 500 фотонов на кубический метр. А сколько фотонов будет в кубическом сантиметре?

Фотоны расширяются синхронно с пространством, то есть, "краснеют". Не могу сказать, как точно будет меняться их количество в штуках. Если не ошибаюсь, для длинных волн (таких, как реликтовое излучение) число фотонов является величиной, неопределённой по Гейзенбергу.

[Stepanov]

Димс это не лучшая ваша формулировка: "Фотоны расширяются синхронно с пространством, то есть, "краснеют"." Не забывайте что реликтовое излучение это в чистом виде СВЧ радиоизлучение, и тут про штуки фотонов обычно не говорят.

[jet]

С одной стороны, фотон это как бы волна с своими свойствами, до тех пор пока не провзаимодействует.
С другой, у фотона при взаимодействии имеется эффективное сечение. В фотоэффекте например.
С пресловутым GZK парадоксом и обрезанием спектра МФИ как быть?
Пусть это называется не плотностью, а допустим: суммарным эффективным сечением.

[Stepanov]

Фотон это не как бы волна, это волна. Фотон может взаимодействовать не полностью, но энергия взаимодействия квантована.

[jet]

Фотон может взаимодействовать не полностью,

"Не полностью" это как? Я всегда считал что квант,  мед он есть, или его нет.
В эффекте Комптона мб частичное рассеяние с изменением длины волны, но это уже будет после взаимодействия  другой фотон. В частности, с другой длиной волны, а может, и с другой поляризацией.
Есть оч сложные эффекты тунеллирования т.н. второго и третьего рода для фотонов, но это будет совсем др тема.

[dims]

Не забывайте что реликтовое излучение это в чистом виде СВЧ радиоизлучение, и тут про штуки фотонов обычно не говорят.

Да, но в момент излучения, если не ошибаюсь, реликтовое излучение было светом или ИК -- а там про фотоны говорят.

[yisnep]

Не забывайте что реликтовое излучение это в чистом виде СВЧ радиоизлучение, и тут про штуки фотонов обычно не говорят.

Да, но в момент излучения, если не ошибаюсь, реликтовое излучение было светом или ИК -- а там про фотоны говорят.

Вроде бы, все зависит не от частот, а от плотности энергии излучения? Большая плотность - возможен и удобнее классический подход, маленькая плотность - только квантовый. Так, вроде бы?

[Stepanov]

Что значит плотность!?
Реликтовое излучение это широкополосный шум с максимумом примерно на 160ГГц (длина волны порядка 2мм).
Насчет квантов, мощность излучения измеряется в ваттах на квадратный метр. Рассмотрим одиночный передатчик с всенаправленной антенной, грубо говоря на каждый период волны он испускает в пространство огромное количество квантов энергии (фотонов).

Другими словами Энергия излучения связана с числом квантов (количеством фотонов в штуках упакованных в виде ЭЛ волны)
E= hν где
E   энергия кванта   Дж
ν   частота излучения,   Гц
h   постоянная Планка  h= ~6,6*10E−34

Приемная антенна вбирает в себя  количество квантов волны зависящее от: того сколько квантов всего было выпущено, квадрату расстояния, эффективной площади антенны (апертуры).

[AL Malino]

То есть можно говорить о размерах этих фотонов?

Нет. Размер фотона равен нулю.

Сумлеваюсь я. По-моему, говорить о размерах фотона вообще смысла не имеет. Нет у них такой характеристики. 

Есть. Правда, не шибко классическая.

Я бы, пожалуй, сказал “шибко неклассическая”. Так оно будет точнее.
У фотонов есть несколько характеристик, имеющих размерность длины (длина волны, например, или т.н. продольная и поперечная когерентность, сечение взаимодействия с чем-либо (в т.ч. и с другим фотоном) и т.п.), но ни одну из них однозначно принять за размер фотона нельзя. Между ними даже нет стабильной корреляции, всё определяется краевыми (по всем параметрам) условиями ситуации, хотя именно пространственной когерентности в определённых случаях можно придать смысл «размера». Wiki в данном вопросе не самый авторитетный источник.

Ставить вопрос так, как это делает автор темы, тоже, imho, не есть правильно: чисто формально приведенная им цифирь, может, и правильная (исходя просто из плотности энергии РИ), но с физической точки зрения абсолютно бессмысленная — фотоны, по природе своей будучи бозонами, друг другу (почти) не мешают, сечение их взаимодействия между собой пренебрежимо малы. И хотя на временах существования Вселенной и такая малость играет определённую роль, конечно же, но «размер» в подобных рассуждениях уж точно никакого значения не имеет .

[yisnep]

Насчет квантов,...

Квантовый подход срабатывает всегда, классический не всегда. Я, это имел в виду.

[Арман Гаспарян]

фотоны, по природе своей будучи бозонами, друг другу (почти) не мешают, сечение их взаимодействия между собой пренебрежимо малы.

Да, сечение взаимодействия в виде рассеяния фотона на фотоне крайне и крайне мало, это мне известно. Но нужно помнить, что фотон имеет энергию-импульс, а значит фотоны взаимодействуют и гравитационно. И хоть константа такого взаимодействия ничтожно мала, два фотона, двигающиеся не строго параллельно друг другу излучают и поглощают виртуальные гравитоны.

[dims]

Вроде бы, все зависит не от частот, а от плотности энергии излучения? Большая плотность - возможен и удобнее классический подход, маленькая плотность - только квантовый. Так, вроде бы?

Подход зависит от того, насколько характерные величины явления, взятые в нужной комбинации, сравнимы с постоянной Планка. Если они намного больше h, то система проявляет классические черты, а если порядка h, то квантовые.

В случае электромагнитных волн получается, что основным критерием является длина волны. Чем короче волны, тем более квантовым является описание этой волны.

Радиоволна является классическим объектом. Мы можем промерить в какой точке пространства какую фазу она имеет в какой момент времени. То есть, радиоволна -- это некий непрерывный объект. Выделить в ней "порции" невозможно.

Наоборот, у гамма-лучей есть порции. Если поставить счётчик Гейгера, он будет отчётливо щёлкать -- в те моменты, когда через него пролетают кванты.

Иными словами, существует соотношение неопределённостей между числом частиц и фазой. Если фаза нам известна точно (радиоволны), то нам неизвестно число частиц (среди них много виртуальных), а если нам известно число частиц, то фаза нам неизвестна (гамма-излучение).

В статическом электрическом и магнитном полях (бесконечная длина волны и нулевая частота) присутствуют только виртуальные фотоны.

[Stepanov]

Понятие "виртуальный фотон" есть следствие пробелов или нестыковок в теории.