Что такое фотон и как он летит?

[Интересующийся Дед]

Там автор долго и терпеливо разъясняет читателям, у которых такие же как у вас (и LV46). наивные представления о процессах в микромире.

Я Вам точно также долго и терпеливо разъяснял почему фотон, распространяющийся в виде сферы - есть математическая абстракция, а не реальный процесс. Как раз считать, что фотон распространяется в виде сферы - и есть наивность, подкреплённая неправильной физической интерпретацией математических уравнений.

Спокойней! Про наивность.
Вот несколько страниц то «волновая функция», то «волновая функция фотона». И Вы этим грешите. В этой связи уточняющий вопрос. «Волновая функция», как Вы это понимаете? Что это такое, параметр, физическая величина, свойство? Или нечто иное, что именно?

[LV46]

Вот несколько страниц то «волновая функция», то «волновая функция фотона». И Вы этим грешите. В этой связи уточняющий вопрос. «Волновая функция»,как Вы это понимаете? Что это такое, параметр, физическая величина, свойство?

Если это ко мне вопрос, то это не ко мне вопрос, а, например, к zam2 )). А если не ко мне, то всё верно ))

[дерево]

Нет, если учитывать, что "фотон" и "атом" равноправны (с точки зрения измерений).

Импульс отдачи атома получает определённое значение в момент регистрации фотона (можно и наоборот - измерив импульс отдачи фотона мы определим импульс фотона). Расстояния значения не имеет. Фотон и излучивший его атом квантово запутаны.

А что такое измерение или регистрация? Чем отличается соударения атома, излучившего фотон, с соседними атомами от измерения импульса излучённого фотона прибором под наблюдением разумного существа?

[Интересующийся Дед]

Вот несколько страниц то «волновая функция», то «волновая функция фотона». И Вы этим грешите. В этой связи уточняющий вопрос. «Волновая функция»,как Вы это понимаете? Что это такое, параметр, физическая величина, свойство?

Если это ко мне вопрос, то это не ко мне вопрос, а, например, к zam2 )). А если не ко мне, то всё верно ))

Это вопрос и в первую очередь к Вам!

[LV46]

Наверное, можно изобрести такое устройство, которое излучает фотоны с волновой функцией, фронт которой имеет форму куба (экспериментаторы, - они, знаете ли, весьма изобретательные люди).

Да что там куб, пусть сначала экспериментаторы обнаружат хотя бы "сферу фотона", тогда уже можно будет так безапеляционно заявлять (как Вы), что она вообще существует.

[LV46]

Вот несколько страниц то «волновая функция», то «волновая функция фотона». И Вы этим грешите. В этой связи уточняющий вопрос. «Волновая функция»,как Вы это понимаете? Что это такое, параметр, физическая величина, свойство?

Если это ко мне вопрос, то это не ко мне вопрос, а, например, к zam2 )). А если не ко мне, то всё верно ))

Это вопрос и в первую очередь к Вам!

Про "сферически-симметричную волновую функцию фотона" заявляю не я. Волновая природа фотона была обнаружена очень давно. Тогда, видимо появилась и волновая функция. ))

Смысл этой дискуссии лишь в том, реализуется ли такое математическое уравнение (в смысле сферической волновой функции) на уровне физики, то есть в реальности? Одни утверждают, что да (при этом никаких экспериментальных подтверждений этому нет), а я говорю, что нет. Такие дела ))

[LV46]

Потому что квадрат модуля волновой фунции фотона в районе зрачка глаза не зависит от того, что там поставили сбоку от лампочки.

Продолжая тему: есть ли экспериментальное доказательство этим квадратам и в целом, наличие физически этой самой сферически-симметричной функции? Я уже знаю ответ (ответ - нет), это больше риторический вопрос.

[zam2]

Спокойней! Про наивность.

Я спокоен. Если у человека сплошь идут наивные высказывания (вплоть до употребления слов, смысла которых человек не понимает)), я их и называю наивными. А как ещё?

Вот несколько страниц то «волновая функция», то «волновая функция фотона». И Вы этим грешите.

Тема - про фотон. Естественно, волновая функция фотона (ну не электрона же!). Что же это каждый раз указывать? Какой же в этом грех?

Что это такое, параметр, физическая величина, свойство? Или нечто иное, что именно?

Это функция. Волновая функция - это комплекснозначная функция, максимально полно описывающая состояние и эволюцию квантового объекта.

[LV46]

Импульс отдачи атома получает определённое значение в момент регистрации фотона

Это ведь проверяемо экспериментально. Атом (пусть будет вольфрам ) излучает фотон, сразу же после этого мы замеряем его импульс (экспериментаторам придётся придумать как), а на довольно большом расстоянии (чтобы иметь возможность провести измерения над атомом, либо сквозь очень длинные световоды) мы регистрируем фотон детектором и замеряем его импульс. Сравниваем его с импульсом атома и вуаля: получаем результат.
Таким образом будет выяснено, получает ли атом импульс в момент регистрации фотона, либо в момент излучения, что и требовалось изучить.

[zam2]

А что такое измерение или регистрация?

Измерение, в самом общем смысле, это взаимодействие системы с измерительным прибором. А измерительный прибор - это классический макрообъект (то есть штука, состоящая минимум из двух-трёх сотен атомов).

Чем отличается соударения атома, излучившего фотон, с соседними атомами от измерения импульса излучённого фотона прибором под наблюдением разумного существа?

Тем отличается, что прибор - это много атомов. А вот разумное существо тут совершенно ни при чём.
Приведу цитатку из https://mipt.ru/students/organization/mezhpr/biblio/q-ivanov/quant-1-1.pdf :

Для того, чтобы измерение произошло, не важно, смотрит ли наблюдатель на стрелку прибора, и есть ли у прибора вообще стрелка. То, что наблюдатель отвернулся, не отменяет наблюдения. Если вы наблюдаете процесс невооружённым глазом, то для прекращения измерения мало закрыть глаза, надо ещё и выключить свет. Важно, что исследуемая квантовая система подверглась неконтролируемому взаимодействию с внешней макроскопической средой.

Вас вводит в заблуждение само слово -"наблюдатель". Вы считаете, что наблюдатель - это субъект. На самом деле наблюдатель - это внешняя (по отношению к наблюдаемой системе) макроскопическая среда.

[andrei-HXS]

Частицы, которые рождаются в столкновении, не имеют никакого строгого направления разлета. Это сферические волны, расходящиеся во все стороны из точки рождения,

А как получается, что эта "фотонная сфера", зародившись за миллиарды световых лет от нас, не встретила ничего, на чем бы "схлопнуться? Или этот описание верное только для микромира с его микро-расстояниями?

Она встретила миллиарды объектов. Но вероятность того, что произойдёт взаимодействие со встреченным объектом, крайне мала (она пропорционально квадрату модуля волновой функции в месте встречи, то есть нигде не равна единице). Вот и случилось так, что именно нам достался этот лотерейный билет - схлопывание сферической волны именно у нас. Вероятность такого события чрезвычайно мала. Но и фотонов звезда излучает чрезвычайно много.

Получается, что сферическая волна, излучаемая атомом в разные стороны в фотосфере звезды, может долететь до нас и не провзаимодействовать с достаточно плотным и непрозрачным веществом звезды?

Кстати, в данной вам ссылке автор (Игорь Иванов) указывает на возможность излучения волны в каком-либо конкретном направлении, в этом случае взаимодействия с веществом звезды может и не быть. Но это потребует особых условий излучения фотона атомом в фотосфере, чтобы волна излучалась только наружу...

[zam2]

Волновая природа фотона была обнаружена очень давно.

Не природа, а свойства. Давно, в 17 веке (Гюйгенс). Хоть он и понятия не имел ни о каких фотонах.

Тогда, видимо появилась и волновая функция.

А вот волновую функцию изобрёл Шрёдингер в 1925 году, когда думал, как бы попроще рассказать студентам про результаты де Бройля.

Смысл этой дискуссии лишь в том, реализуется ли такое математическое уравнение (в смысле сферической волновой функции) на уровне физики, то есть в реальности? Одни утверждают, что да (при этом никаких экспериментальных подтверждений этому нет)

А вот любопытная статья, "Прямое измерение квантовой волновой функции": http://www.timeorigin21.narod.ru/rus_translation/1112_3575v1_Wave_func_measurment_ref.pdf . Ознакомьтесь.

а я говорю, что нет

А вы просто не в курсе дела.

Это ведь проверяемо экспериментально. Атом (пусть будет вольфрам) излучает фотон, сразу же после этого мы замеряем его импульс (экспериментаторам придётся придумать как), а на довольно большом расстоянии (чтобы иметь возможность провести измерения над атомом, либо сквозь очень длинные световоды) мы регистрируем фотон детектором и замеряем его импульс. Сравниваем его с импульсом атома и вуаля: получаем результат.
Таким образом будет выяснено, получает ли атом импульс в момент регистрации фотона, либо в момент излучения, что и требовалось изучить.

Именно так и проводят такие эксперименты. Только не с вольфрамом и фотоном, а с парой фотонов. Вот тут почитайте: https://elementy.ru/novosti_nauki/430800/Provedeny_novye_eksperimenty_po_proverke_mekhanizma_kvantovoy_zaputannosti
. С атомами вроде бы пока не было (очень серьёзные технические трудности). Нужно подождать.

[LV46]

Волновая функция - это комплекснозначная функция, максимально полно описывающая состояние и эволюцию квантового объекта.

Это лишь вероятность, но это не означает, что фотон будет иметь в реальности все заявленные этой функцией свойства, скорее наоборот: фотон будет иметь ограниченное количество свойств, что и позволит его идентифицировать именно как фотон, а не как, например, электрон, ибо, если фотон  (собственно, как и любая другая элементарная частица) может вести себя абсолютно "как ей вздумается", то, грубо говоря, уже бы Вселенная развалилась, независимо от того, есть в ней наблюдатель или нет. ))

Вот едет поезд, теоретически, он может и влево и вправо и вверх и вниз, но едет он исключительно (кроме катастрофических случаев) горизонтально. Надеюсь, аналогия правильная. Другими словами, способность поезда "взмыть к облакам" - сильно подавлена (очень сильно). Тоже самое касается и фотона, который "вынужден" распространятся в каком-то одном конкретном направлении.

Можно даже пофантазировать и предположить, что атом, перед тем как излучить фотон, создаёт (неким неведомым образом) для него очень чёткий "путь", наподобии того, как в молнии сначала создаётся канал, а потом по нему распространяются электроны 

(кликните для показа/скрытия)

В программировании тоже такое есть: создаёте класс, но пользуетесь всего парой-тройкой методов этого класса. Остальные возможности не задействуются.
Либо, функция (это уже ближе к математике), которая будет принимать в виде аргументов только реальные и нужные нам значения, остальные обращая в null, либо undefined (При этом в каждом конкретном случае (не смотря на строгость правил языка программирования) такие вещи будут работать по разному и по разному генерировать, либо нормальную работу, либо исключения, в общем, тоже всё очень не просто. Тем более, что "null" - это не "ноль", как невооружённому знаниями юзеру могло бы показаться null, это просто пустой параметр (аналогично "void" разница в том, что null - это некое дефолтное значение, в отличии от "void" которое - просто пустое) ). А в некоторых языках null - это указатель на "0" (но не сам "0"). Короче говоря, тоже царит некоторый хаос, при этом компьютеры умудряются как-то более-менее сносно работать 

[leonids'99]

...То, что наблюдатель отвернулся, не отменяет наблюдения. Если вы наблюдаете процесс невооружённым глазом, то для прекращения измерения мало закрыть глаза, надо ещё и выключить свет. Важно, что исследуемая квантовая система подверглась неконтролируемому взаимодействию с внешней макроскопической средой.

Вас вводит в заблуждение само слово -"наблюдатель". Вы считаете, что наблюдатель - это субъект. На самом деле наблюдатель - это внешняя (по отношению к наблюдаемой системе) макроскопическая среда.

Вот тут хочется понять получше. Вы приводите цитату, из контекста которой как будто следует, что процесс происходит как бы сам по себе (хоть ты отверни голову, хоть поверни), как бы в "Объективной реальности". А в примере с Луной, "которая не существует, пока мы на неё не смотрим" ситуация будто обратная. Я тут недопонял. А что мешает и Луне "объективно" светить, вне зависимости от того, смотрим мы на неё или нет? И еще: разве мы для Луны являемся неким внешним "макрообъектом", что можем для неё выступить в качестве наблюдателя? (или же речь по-прежнему о фотоне, отразившемся от Луны и схопнувшемся у нас в глазу, который для фотона и будет тем самым макрообъектом?).

Также из недавних сообщений я с удивлением узнал (поправьте, если неправильно, пожалуйста), что: атом на звезде как бы "передаёт" импульс и "рождает" фотон тогда, когда фотон уже долетел до глаза и схлопнулся в частицу? (Речь о вычислении импульса. Что именно в то мгновение). Т.е., грубо говоря (а тут хотелось бы от Вас побольше каких-либо научно-популярных образов и обобщений-аналогий), в момент наблюдения мы как бы делаем реальностью то, на что смотрим? Звезда буквально "создала" фотон в то мгновение, когда он к нам попал в глаз? Даже если до звезды сотни миллионов километров? И если на неё никто не смотрит (точнее, не измеряет = не встречаются фотоны с макрообъектами), то её "почти нет" или "частично нет" что ли? И если, допустим, какая-то звезда близка к разным другим объектам Космоса (допустим, рядом много звезд и планет), то её существование как бы "более реально" (в силу того, что чаще её фотоны взаимодействуют с близкими макрообъектами)?

Взаимодействие - наблюдение - измерение - равнозначные ли это понятия? В чем нюансы? Возможно ли наблюдение без автоматически присущего ему измерения? Возможно ли наблюдение без взаимодействия? Бывает ли взаимодействие без измерения?

[Гравитон-24]

на окраине этого топика у меня возник смежный теоретический вопрос: возможно ли существование, хотя бы искусственно, антифотонов? то есть, наряду с существованием источников света, появились бы источники тьмы. В евангелиях рассказывается, как сразу после казни Иисуса, сразу среди бела дня воцарилась кромешная тьма на несколько часов. В некоторых хрониках рассказывают о подобных явлениях и в других странах и других эпохах. Здесь на ум приходит символ Чёрного солнца, см. https://ru.wikipedia.org/wiki/Чёрное_Солнце_(оккультный_символ)
Ещё подобный вопрос: можно ли создать магнит, притягивающий фотоны? Да, я знаю, чёрные дыры притягивают фотоны, вместе с материей, за счёт искривления пространства. Но я имею в виду притяжение только фотонов и без искривления пространства.
Всё это теоретические размышления и хотелось бы знать не противоречат ли они законам физики или нашей вселенной.

[zam2]

Получается, что сферическая волна, излучаемая атомом в разные стороны в фотосфере звезды, может долететь до нас и не провзаимодействовать с достаточно плотным и непрозрачным веществом звезды?

Да, может. А может и с нами не провзаимодействовать, а пролететь мимо и провзаимодействовать с чем-нибудь в туманности Андромеды.

[zam2]

Волновая функция - это комплекснозначная функция, максимально полно описывающая состояние и эволюцию квантового объекта.

Это лишь вероятность, но это не означает, что фотон будет иметь в реальности все заявленные этой функцией свойства

Это не только вероятность. Это в два раза больше. Вероятность - это, грубо говоря, амплитуда волновой функции. А есть ещё и фаза.
Фотон имеет именно то состояние, которое описывается волновой функцией. И другого иметь не может. И вообще. Квантовая механика - штука намного более детерминированная, чем классическая. Мне постоянно придётся много цитировать из всяких источников.
М. Иванов. Как понимать квантовую механику ( https://studfile.net/preview/2620028/page:5/ ):

Квантовая механика — вероятностная теория. Однако это верно только наполовину. На самом деле квантовая механика состоит из двух частей со своими областями применимости (но обе части описывают превращения):
•полностью детерминистическая теория замкнутой квантовой системы — теория того, что никто не может видеть, — того, что происходит, когда замкнутая система ни с кем не взаимодействует, — унитарная эволюция (описывается уравнением Шредингера);
•вероятностная теория измерений, описывающая результат измерения (т. е. взаимодействия системы с измерительным прибором), но не описывающая сам процесс измерения, может быть, в свою очередь, разбита на две части:
–вычисление вероятностей различных исходов измерения (правило Борна),
–вычисление состояния системы после измерения.

Вот едет поезд, теоретически, он может и влево и вправо и вверх и вниз, но едет он исключительно (кроме катастрофических случаев) горизонтально. Надеюсь, аналогия правильная. Другими словами, способность поезда "взмыть к облакам" - сильно подавлена (очень сильно). Тоже самое касается и фотона, который "вынужден" распространятся в каком-то одном конкретном направлении.

Ограничения на эволюцию состояния фотона - ещё строже, чем для поезда. А в чём разница? А в том, что мелкие взаимоздействия поезда с окружающей средой (с мухой столкнулся...) для него не существенны. А для фотона любое столкновение (взаимодействие с макросредой) - катастрофа, выбивающая его из нормального режима случайным образом.

Можно даже пофантазировать и предположить, что атом, перед тем как излучить фотон, создаёт (неким неведомым образом) для него очень чёткий "путь", наподобии того, как в молнии сначала создаётся канал, а потом по нему распространяются электроны

Можно было до 1980 года. Теперь нельзя. Экспериментально подтверждённые неравенства Белла запрещают.

[leonids'99]

Эта тема одна из самых интересных сейчас на форуме 

[andrei-HXS]

Получается, что сферическая волна, излучаемая атомом в разные стороны в фотосфере звезды, может долететь до нас и не провзаимодействовать с достаточно плотным и непрозрачным веществом звезды?

Да, может. А может и с нами не провзаимодействовать, а пролететь мимо и провзаимодействовать с чем-нибудь в туманности Андромеды.

Тогда отчего зависит вероятность того, что сфер. волна провзаимодействует с каким-либо конкретным объектом (хотя бы в общем виде)?

Заметил, что в данной вам ссылке автор опускает описание самого процесса взаимодействия сферической волны с веществом/наблюдателем, ссылаясь на его сложность (т.е. изначально принимается как данность превращение сфер. волны в регистрируемую детектором/наблюдателем частицу).
Однако, не зная точно самого механизма взаимодействия нельзя сказать наверняка, действительно ли имеет место схлопывание сферической волны у объекта...

[zam2]

А что мешает и Луне "объективно" светить, вне зависимости от того, смотрим мы на неё или нет?

Ничего не мешает. У Луны кроме нас много чего есть в окружении, с которым она взаимодействует.

разве мы для Луны являемся неким внешним "макрообъектом", что можем для неё выступить в качестве наблюдателя?

Естественно можем. Конечно, через посредников - фотоны, гравитоны, космические аппараты (пока сами как Нил Армстронг на неё не наступим).

атом на звезде как бы "передаёт" импульс и "рождает" фотон тогда, когда фотон уже долетел до глаза и схлопнулся в частицу?

Атом рождает (без всяких кавычек) фотон с определённым импульсом и энергией. Вот только у этого импульса есть модуль, но нет направления. А направление импульса появляется в момент приёма фотона наблюдателем.
И не "фотон схлопнулся в частицу". Фотон всегда и всюду частица (квантовая частица, квантовый объект). Схлопывается (коллапсирует) волновая функция фотона, то есть некоторая математическая структура, которая описывает состояние фотона. Грубо говоря, колокол гауссовой кривой мгновенно превращается в дельта-функцию Дирака.

а тут хотелось бы от Вас побольше каких-либо научно-популярных образов и обобщений-аналогий

Мне бы тоже хотелось. На меня не надейтесь - я в этих вопросах почти что дилетант.

Взаимодействие - наблюдение - измерение - равнозначные ли это понятия? В чем нюансы? Возможно ли наблюдение без автоматически присущего ему измерения? Возможно ли наблюдение без взаимодействия? Бывает ли взаимодействие без измерения

Ох, как всё сложно.
На одно отвечу чётко. Возможно ли наблюдение без взаимодействия? Нет.
А за остальным, пожалуйста, к М.Иванову: https://studfile.net/preview/2620028/ , глава 7 "Эффекты теории измерений", глава 8 "Место теории измерений".