Ezen az gifen a kék, a zöld vagy a piros nyíl mutatja a foton mozgását?

A piros és a zöld együtt adja magát az EM hullámot, a kék ezeknek a vektoriális összege. A foton ennek a hullámnak az egységnyi minimális energiája, kvantuma. A fotont itt ne úgy képzeld el, mint valami részecskét, ami repül a térben, még ha néha akként is viselkedik.

A képet inkább így rakom ide:

[link]

Az ábra a cirkuláris polarizációt szemlélteti. Mivel nem tudjuk, milyen szinten állsz, jöjjön néhány fogalom.

Transzverzális hullám: olyan hullám, melyben a terjedő rezgés a terjedés irányára merőleges.

Polarizált hullám: olyan transzverzális hullám, melyben a terjedő rezgés meghatározott irányban történik.

Síkban polarizált, ha a rezgés egy kitüntetett síkban történik (mint az ábrán a piros és zöld hullám).

Cirkulárisan polarizált, amikor a rezgés iránya körbeforog, az amplitúdója pedig látszólag nem változik (mint az ábrán a kék).

Az ábra azt mutatja, hogy a cirkulárisan polarizált hullám gyakorlatilag két, egymásra merőleges síkban polarizált hullámból tevődik össze (a zöld vízszintes síkban, a piros függőleges síkban polarizált), melyek közül az egyik negyed fázis (fél hullámhossz) késésben van a másikhoz képest.

A nyilak azt mutatják, hogy az egyes hullámokban terjedő rezgés melyik irányba mutat és mekkora nagyságú. Elektromágneses hullám esetén az elektromos vagy mágneses térerősség végez rezgő jellegű változást.

Könnyebb elképzelni a dolgot mechanikai hullámok esetén, ahol a tovaterjedő rezgés a közeget alkotó részecskék kitérése (szóval a szó hétköznapi értelmében rezegnek a közeg részecskéi). Például egy mozgatott végű kötél: ahogy rezgeted a kötél végét, az fog benne hullámként tovaterjedni. Az ábrán látható jelenséget meg lehet csinálni kötéllel is: a pirosat úgy képzeld el, mintha függőlegesen mozgatnád a kötél végét, a zöldet úgy, mintha vízszintesen, a kéket pedig úgy, mintha körbeforgatnád.

Egyik nyíl sem a foton mozgását mutatja. A gif egy transzverzális elektromágneses hullám elektromos térerősségvektorának adott pontbeli időfüggését mutatja a klasszikus fizikai modell szerint, és a cirkuláris polarizáció fogalmát szemlélteti.

A foton egy modern fizikai fogalom, amely az elektromágneses sugárzás kvantumtermészetével függ össze. Eszerint az elektromágneses sugárzás kis energiákon részecske természetű (azaz így detektálható és az elemi atomi folyamatokban is kvantumos formában keletkezik), és a fény frekvenciájával arányos energiamennyiséggel rendelkezik.

Tekintettel arra, hogy a foton fogalma a fizikában egy laikusok számára nem érthető, ún. másodkvantálás nevű eljárással alapozható meg matematikai értelemben (amely szerint a foton nem más, mint az elektormágneses tér egy gerjesztési kvantuma) a fotonhoz nem tartozik jól definiált hely, és így nem is szemléltethető a mi hétköznapi értelemben megszokott fogalmaink segítségével.

A fotonnak energiája, impulzusa, impulzusmomentuma és polarizációja van, helye viszont nincs. (Kb. úgy, ahogy egy megpendített húrnak is van frekvenciája, energiája, polarizációja, de ezek a húr egészére jellemző mennyiségek, nem pedig helyhez kötöttek.)

A klasszikus fizikában érvényes (koherens) elektromágneses hullámkép egy olyan elektromágneses sugárzási kvantumállapottal írható le közelítőleg, amelyben sem a fotonszám, sem az energia nem állandó, hanem fluktuál. Tehát klasszikus fizikai tudással a foton inkább csak egy statisztikai alapon értelmezhető valami, nem pedig olyasmi, mint egy száguldó labda, aminek a mozgás minden egyes pillanatában jól definiált pozíciója van.