Kedves hozzáértők! Az összes többi elektromágneses hullám is kvantált-e, vagy csak a fény? És miért? Mi a különbség az elektromágneses sugárzások és a fény között?

Nem más! Már ami az őt leírószabályokat illeti. A másság az észlelés módjában van. Azzal egyetértek, hogy a hétköznapi ember ezt tekinti másnak. Itt arról van szó, hogy a természetben vannak jelenségek (most csak elektromágneses térről beszéljünk) és van az érzékelő ember a maga érzékszerveivel. A szemem érzékeli a fényt, a bőröm az ultraibolya tartományt (és lebarnul vagy megég) és sokan más tartományokat, mikor fáj a fejük, rosszul vannak stb. Ahhoz, hogy az emberi érzékszervekkel nem érzékelhető tartományokról megtudjunk valamit, eszközökre van szükségünk, amelyek észlelnek és felénk közvetítenek (például egy rádió ha megszólal, tudod, van rádiójel).

Az elektromágneses tér hatásait a mikrofizika olyan elemei idézik elő, amelyeknek úgynevezett sajátállapotuk van, ezek pedig az észlelésüksorán hajlamosak megváltozni. A fény kettős természete például azt jelenti, ha egy lencsével próbálod észlelni, akkor a hullámtermészete lesz a sajátállapot (mert ilyen eszközzel avatkoztál az "életébe"), ha egy sík üveglappal, akkor pedig a anyagi természetét észleled az eszköz miatt. Amikor ilyen objektumok viselkedését vizsgáljuk, hétköznapi nyelven azt mondjuk, anyag vagy hullám, mert ezt érzékeljük az adott eszközzel. Valójában azonban nincs semmiféle ilyen kézzelfogható természetük, sajátállapotuk van, ami egy fizikai tulajdonság. És az objektum azt az állapotát mutatja, amelyiket az eszköz kihozza belőle (ha muszáj valami hétköznapi hasonlattal élni, mondjuk te vagy egy objektum és sétálsz. Ha téged valami meg kíván figyelni, erre egy olyan eszközt használ, ami kb. úgy hat rád, mint egy tájfun. A valami pedig megállapítja, te egy, a térben rendkívüli sebességgel mozgó, kalimpáló objektum vagy)

"Amíg a rádióhullámok szóródnak szanaszéjjel, és azokat a hullámtermészetüknél fogva értelmezzük, addig a látható fény tartományban szó sincs olyan jellegű szóródásról, sőt, a tükrök, lencsék és elnyelők társaságában, mintha a részecske természete lenne a meghatározóbb, és olyasféle effektusok szóba sem jönnek, mint a rádióhullámoknál. (Nyilván ebben jelentős szerepe van az emberi szubjektivitásnak."

Amiket leírtál, hogy mi viselkedik tükörként, elnyelőként, stb. leginkább az adott elektromágneses hullám hullámhosszától (illetve ezzel összefüggésben az energiájától) függenek. De az alapvető törvényszerűségek ugyanazok. Pl. a szóródás és elhajlás akkor a legnagyobb mértékű, ha a szóró objektum a hullámhossz nagyságrendjébe esik.

A ködcseppek mérete kb. 1 mikrométer, közel a látható fény hullámhosszához, tehát nagyon jól szórják, és mivel rendezetlenül helyezkednek el, ezért össze-vissza szétszórják a fényt, ködben csak a nagy fehérséget látod mindenfelé.

A lágyröntgen-sugarak hullámhossza az atomok távolságának nagyságrendjébe esik. Kristályos szerkezetű anyagokban ráadásul az atomok szabályos rendben helyezkednek el, így röntgennel megvilágítva nem valami kusza szóródás lesz az eredmény, hanem szabályszerű fényelhajlás a kristályszerkezetnek megfelelően, így anyagvizsgálatra használható. (orvosi diagnosztikában a keményröntgent használják, annak rövidebb a hullámhossza, mint az atomok közti távolság)

A mobiltelefonok rádióhullámainak hullámhossza néhányszor tíz centi és 1 méter között van, így a környezetünkben levő tárgyaknak nagy hatásuk lehet a terjedésükre (biztos tapasztaltad, hogy egy kicsit odébb sétálva is nagyot tud változni a térerő).

"egy körsugárzó antenna által "gömbszerűen" kisugárzott elektromágneses hullámban hol van a foton"

A foton nem egy kis bogyó, ami repül a térben; nincs se mérete, se alakja, de még konkrét helye is csak úgy-ahogy. Az EM sugárzás energiája csak adott lépésközzel változtatható, nem lehet akármennyi, és ezt a legkisebb lépésközt, a fény kvantumát hívjuk fotonnak. Amikor egy laborberendezés pl. egyetlen fotont bocsát ki, akkor az akár beterítheti az egész szobát is.

#15 egy részecske per definíció térben jól behatárolható helyen van, így egy egész szobát beterítő részecskéről legfeljebb akkor beszélhetünk, ha a jellemző mérete a szoba méretének nagyságrendjébe esik.

egy foton esetén ami beterítheti a szobát, az a megtalálási valószínűsége.

Szóba került az optika is. Érdekes utánanézni, hogy például a hullámtermészetből kiindulva mennyire más egy gyűjtőlencse működésének a leírása, mint az alap optika "fotonpálya-vonalas" ábrázolása, az eredménye mégis azonos.

Szóval igen, a hétköznapi életben a legtöbb esetben a hullám- és részecske-viselkedés közt nem nagyon lehet tetten érni különbséget.

Éppen azok az esetek az érdekesek, ahol mégis lehet.

Például a kétrés-kísérlet, például az optikai rácsok, például a Faraday-kalitka.

Egy antenna által kisugárzott tér jó közelítéssel kváziklasszikus kvantumállapotú térnek tekinthető, ami azt jelenti, hogy az elektromágneses tér nem fotonszám-sajátállapotban, és így nem is energia-sajátállapotban van (sokkal inkább fázis-sajátállapotban, hiszen időfüggő klasszikus fizikai hullámként fogjuk fel ekkor a kisugárzott hullámot). Egy adott helyen adott idő alatt detektálható fotonok száma Poisson-eloszlást követ egy adott átlagérték körül, amelyet az antennától való távolság és irány egyaránt meghatároz (lényegében az átlagos teljesítményről van szó adott helyen).

Viszont ezeknek a fotonoknak a száma nagyon nagy, ezért is beszélünk kváziklasszikus állapotról.

Fotonokról pedig mindig csak a detektálást követően illetve azzal összefüggésben az észlelési statisztikának a vonatkozásában van értelme beszélni. A foton egészen addig nincs sehol, amíg nem észleljük. Ugyanis a foton az elektromágneses tér és az anyag kölcsönhatásának kvantumos leírásakor kerül elő, amikor a teret kvantummodellel írjuk le. De ezt a kölcsönhatást leszámítva a foton fogalma csak elég korlátozottan használható (de azért használható, lásd pl. "fotongáz").