Закон Кулона и виртуальные фотоны

Сообщение №44318 от Мигаль 29 марта 2006 г. 19:23
Тема: Закон Кулона и виртуальные фотоны

Когда-то давным давно (ну уж явно не в прошлую пятницу) я узнал, что между зарядами бегают виртуальные фотоны и так они друг с другом взаимодействуют. Я принял информацию к сведению, но про себя решил, что это, видимо, чья-то шутка, потому как никакой связи с законом Кулона я не увидел. Но время шло и мне кое-как удалось объяснить для себя зависимость сил от расстояния. Но есть два вопроса:
1) Как виртуальный фотон "выбирает" правильное направление силы;
2) Как он вообще узнает, куда лететь.
Это вопросы часто задаются физикам-теоретикам но, как правило, вызывают плохо скрываемое раздражение, за которым следует довольно бессмысленный словесный понос. Интересно станет ли этот раз исключением. Просьба держаться темы.


Отклики на это сообщение:

> Когда-то давным давно (ну уж явно не в прошлую пятницу) я узнал, что между зарядами бегают виртуальные фотоны и так они друг с другом взаимодействуют. Я принял информацию к сведению, но про себя решил, что это, видимо, чья-то шутка, потому как никакой связи с законом Кулона я не увидел. Но время шло и мне кое-как удалось объяснить для себя зависимость сил от расстояния. Но есть два вопроса:
> 1) Как виртуальный фотон "выбирает" правильное направление силы;
> 2) Как он вообще узнает, куда лететь.
> Это вопросы часто задаются физикам-теоретикам но, как правило, вызывают плохо скрываемое раздражение, за которым следует довольно бессмысленный словесный понос. Интересно станет ли этот раз исключением. Просьба держаться темы.

Похоже, что про обмен фотонами никто объяснений давать не хочет.
Вопросы 1 и 2 плохие, и на них можно дать только плохие ответы, типа того, что виртуальные фотоны ничего не выбирают и ничего не знают. И т.п.
Реальных вопросов я вижу два: как более-менее адекватно понимать слова "между зарядами прыгают фотоны..." и почему теоретики плохо скрывают раздраженпие.

В первом приближении мой ответ на оба вопроса такой.
Последние несколько десятилетий считается, что самая фундаментальная наука об устройстве материи есть квантовая теория поля. Изначально эта теорияы строится как теория невзаимодействующих полей. Т.е. свободные электроны и свободное электромагнитное поле, и они не взаимодействуют. Элементарные частицы -- это кванты свободных полей. В нашем случае это фотоны и электроны.
После этого начинают учитывать взаимодействие. Элементарный акт взаимодействия элетрона с фотоном выглядит как столкновение, при котором фотон либо поглощается полностью либо излучается. Из таких элементарных актов строится полностью электромагнитное взаимодействие частиц. В результате взаимодействие зарядов описывается как обмен фотонами. Поразительно, что вся электродинамика так строится. Получается не только закон Кулона, но и поправки к нему, которые также проверены экспериментально. С другими типами взаимодействий все несколько хуже.
Изложение квантовой электродинамики начиная с формулировки теории свободных полей до вывода силы взаимодействия между двумя зарядами занимает не менее 5 лекций для студентов-теоретиков 4-5 курсов. Отсюда видна причина раздражения. Те, кто изучал квантовую электродинамику, для них эти слова понятны, а для тех, кто не изучал, но эти слова как-то задели, нет другого пути, как открыть учебник и потратить полгода (может, месяц, а может и 3 года -- в зависимости от начального уровня) на изучение предмета.



> 1) Как виртуальный фотон "выбирает" правильное направление силы;
> 2) Как он вообще узнает, куда лететь.

Наверно физики раздражаются, поскольку эти вопросы скорее относятся к интерпретации. А в физике измышление интерпретаций не приветствуется.

Насколько я понял из учебников, не запрещено понимать ситуацию следующим образом: одна частица может излучить виртуальный фотон только при условии, что вторая его в перспективе обязательно поглотит.
Откуда частица знает о том, с чем придется столкнуться ее фотону в будущем? Для объяснения подобных фактов пространственно-временной нелокальности и придуманы всякие интерпретации вроде транзакционной или многомировой.



Глубоко уважаемый qqruza !
Большое спасибо Вам за то, что Вы отвечаете на подобные вопросы, которые
очень интересуют не профессионалов, и которые другие профессионалы игнорируют.
Ваш ответ сводится к тому, что чтобы это понять нужно долго учиться.
Но неужели, если человек хочет понять суть теории, как устроен мир,
но не планирует в дальнейшем использовать эту теорию для расчетов,
нет способа дать упрощенный ответ?
Вопрос от Мигаль можно сформулировать точнее:
Каков механизм взаимодействия тел через поля и их кванты?
Тела испускают кванты во все стороны. Кванты уносят энергию. Так?
Почему же у тела она не убывает?
Если кванты поля испускаются почти с точечной поверхности электрона,
то в пространстве должны быть места между испускаемыми лучами,
где квантов нет. Т.е. там не должно ощущаться присутствие электрона.
Или кванты при движении расширяются?



> Глубоко уважаемый qqruza !
> Большое спасибо Вам за то, что Вы отвечаете на подобные вопросы, которые очень интересуют не профессионалов, и которые другие профессионалы игнорируют.
Пожалуйста :)
> Ваш ответ сводится к тому, что чтобы это понять нужно долго учиться.
> Но неужели, если человек хочет понять суть теории, как устроен мир, но не планирует в дальнейшем использовать эту теорию для расчетов, нет способа дать упрощенный ответ?
Он уже дан. Взатмодействие электронов возникает за счет обмена квантами эл-маг поляч поля.
> Вопрос от Мигаль можно сформулировать точнее:
> Каков механизм взаимодействия тел через поля и их кванты?
> Тела испускают кванты во все стороны. Кванты уносят энергию. Так?
> Почему же у тела она не убывает?
Выглядит как вопрос, но это подковырка.
Ну-ка, давайте вашу картинку проанализируем с помощью "понятным даже непрофессионалу законов физики". Смотрите, неувязка получается!
> Если кванты поля испускаются почти с точечной поверхности электрона, то в пространстве должны быть места между испускаемыми лучами, где квантов нет. Т.е. там не должно ощущаться присутствие электрона.
> Или кванты при движении расширяются?
Это не вопросы Мигаля, это ваши вопросы. Могу на них ответить, да только мои ответы еще больше запутают.
Во-первых, электрон в КЭД -- точка, а не шарик маленького размера. Потом, обычно картинку обмена квантов обычно рисуют, имея ввиду расчеты в k-представлении, а не в координатном, поэтому виртуальные фотоны -- плоские волны, которые занимают все пространство. Вопрос о "расширении" не возникает. Кроме того, участвующих во взаимодействии виртуальных чатиц бесконечно много в любой момент времени.
Теперь стоп. Дальше это направление я развивать не буду. Вас, как непрофессионала, который не собирается использовать теорию для расчетов, вряд ли интересует вопрос, откуда берется энергия для бесконечного числа квантов. Почувствуйте уверенный тон профессионала и успокойтесь :)
Вы используете неквантовые образы, пользуясь тем, что в изначальная картинка обмена квантами может так проинтерпретирована. Это неправильно.
Чтобы хоть как-то понять, что мы хотим объяснить, нужно понять, как квантовая частица электрон может двигаться под действием силы. То бишь в потенциальном поле. Это не шарик, который движется по определенной траектории.
Ну и так далее. Но это уже начало длинных лекций :)
Есть масса популярных и полупопулярных книжек, некоторые из них весьма хороши. Например Фейнман, Странная теория света и вещества (могу наврать в названии).


> > Глубоко уважаемый qqruza !
> > Большое спасибо Вам за то, что Вы отвечаете на подобные вопросы, которые очень интересуют не профессионалов, и которые другие профессионалы игнорируют.

> Он уже дан. Взаимодействие электронов возникает за счет обмена квантами эл-маг поля.
Может прокомментируете парой слов
ссылка

или это
ссылка2 ?



> > > Глубоко уважаемый qqruza !
> > > Большое спасибо Вам за то, что Вы отвечаете на подобные вопросы, которые очень интересуют не профессионалов, и которые другие профессионалы игнорируют.

> > Он уже дан. Взаимодействие электронов возникает за счет обмена квантами эл-маг поля.
> Может прокомментируете парой слов
> ссылка
Когда гвоздей много, вы ничего хорошего не получите. Можно получить интерференцию, если в вашем ящике будет всего один гвоздь, причем рассеяние на нем будет абсолютно упругим. Тогда будет инткрферировать вона не рассеявшаяся на гвозде с волной, которая на нем рассеялась.
Посмотрите на волня на воде, которые рассеиваются на одном камне. Прекрасная интерференционная картина. Уравнение то же самое, что и ур-е Шредингера.


> или это
> ссылка2 ?
Точных формул вы не найдете. Нужно решать точно ур-е Шредингера в трехмерном случае. Можно двумерное, но от этого немногим легче. Точно не решается. Поэтому обычно решают в приближении маленьких отверстий, когда отверстия можно считать точечными источниками.
Можете посмотреть в книжках по оптике про дифракцию Фраунгофера или Френеля, там конечность отверстий учитывается. Но это тоже приближенные решения. Вся разница с оптикой, что в оптике волны векторные, там поляризация имеется, это несколько сложнее. Но в принципе -- то же волновое уравнение.


> > > > Глубоко уважаемый qqruza !
> > > > Большое спасибо Вам за то, что Вы отвечаете на подобные вопросы, которые очень интересуют не профессионалов, и которые другие профессионалы игнорируют.

> > > Он уже дан. Взаимодействие электронов возникает за счет обмена квантами эл-маг поля.
> > ссылка2 ?
> Точных формул вы не найдете. Нужно решать точно ур-е Шредингера в трехмерном случае. Можно двумерное, но от этого немногим легче. Точно не решается. Поэтому обычно решают в приближении маленьких отверстий, когда отверстия можно считать точечными источниками.
> Можете посмотреть в книжках по оптике про дифракцию Фраунгофера или Френеля, там конечность отверстий учитывается. Но это тоже приближенные решения. Вся разница с оптикой, что в оптике волны векторные, там поляризация имеется, это несколько сложнее. Но в принципе -- то же волновое уравнение.
Меня интерессует конкретно проверка рассеивания электронов
на двух щелях, можно двухмерная и расстояния между максимумами появления электронов на экране. Изменяется ли это расстояние вдали от щелей или нет(вдоль экрана естественно)?


> > Глубоко уважаемый qqruza !
> > Большое спасибо Вам за то, что Вы отвечаете на подобные вопросы, которые очень интересуют не профессионалов, и которые другие профессионалы игнорируют.
> Пожалуйста :)
> > Ваш ответ сводится к тому, что чтобы это понять нужно долго учиться.
> > Но неужели, если человек хочет понять суть теории, как устроен мир, но не планирует в дальнейшем использовать эту теорию для расчетов, нет способа дать упрощенный ответ?
> Он уже дан. Взатмодействие электронов возникает за счет обмена квантами эл-маг поляч поля.
Такой ответ так краток, что остается не понятным.
Опишите, пожалуйста, хотя бы в нескольких фразах, как Вы это представляете
себе в обычном (не к)пространстве.

> > Тела испускают кванты во все стороны. Кванты уносят энергию. Так?
> > Почему же у тела она не убывает?
> Выглядит как вопрос, но это подковырка.
Честное слово, хотел не подковыривать, а понять.

> Ну-ка, давайте вашу картинку проанализируем с помощью "понятным даже непрофессионалу законов физики". Смотрите, неувязка получается!

Эту фразу я не понял. Получается неувязка с законом сохранения.
И как она решается?

> Чтобы хоть как-то понять, что мы хотим объяснить, нужно понять, как квантовая частица электрон может двигаться под действием силы. То бишь в потенциальном поле. Это не шарик, который движется по определенной траектории.

В электронной трубке телевизора почему он не шарик?
Мы точно управляем его движением и получаем на экране желаемую картинку.

> Есть масса популярных и полупопулярных книжек, некоторые из них весьма хороши. Например Фейнман, Странная теория света и вещества (могу наврать в названии).

Спасибо. Постараюсь ее найти.


> > > Глубоко уважаемый qqruza !
> > > Большое спасибо Вам за то, что Вы отвечаете на подобные вопросы, которые очень интересуют не профессионалов, и которые другие профессионалы игнорируют.

> > Он уже дан. Взаимодействие электронов возникает за счет обмена квантами эл-маг поля.
> Может прокомментируете парой слов
> ссылка

> или это
> ссылка2 ?

Квантовое распределение чисто классическими средствами получить невозможно. Как бы мы не напрягались. Собственно это можно показать через Вигнеровское распределение W(x,p). Для классических систем она будет строго положительна. Для квантовых она будет знако переменна, причем показано что существует только одна положительная функция распределения в квантовом случае это Гауссовское. Что в некотором смысле соответствует тому что система максимально близка к классической.



> > Может прокомментируете парой слов
> > ссылка2 ?

> Квантовое распределение чисто классическими средствами получить невозможно. Как бы мы не напрягались. Собственно это можно показать через Вигнеровское распределение W(x,p). Для классических систем она будет строго положительна.

Понятно, т.к. в класике не оперируют с комплексными величинами.
Но и в КМ оно положительно и знакопеременно лишь по отношению к колоколу Гаусса
показанным штрихованной линией в самом низу.

> Для квантовых она будет знако переменна, причем показано что существует только одна положительная функция распределения в квантовом случае это Гауссовское. Что в некотором смысле соответствует тому что система максимально близка к классической.
Теперь я ищу ф-лы описывающие нижние графики в зависимости от всех параметров как расстояния точечного источника до щелей, экрана, ширины щелей и ширины промежутка между щелями.
Может дадите ссылку?


>
> > > Может прокомментируете парой слов
> > > ссылка2 ?

> > Квантовое распределение чисто классическими средствами получить невозможно. Как бы мы не напрягались. Собственно это можно показать через Вигнеровское распределение W(x,p). Для классических систем она будет строго положительна.
>
> Понятно, т.к. в класике не оперируют с комплексными величинами.
> Но и в КМ оно положительно и знакопеременно лишь по отношению к колоколу Гаусса
> показанным штрихованной линией в самом низу.
>
> > Для квантовых она будет знако переменна, причем показано что существует только одна положительная функция распределения в квантовом случае это Гауссовское. Что в некотором смысле соответствует тому что система максимально близка к классической.
> Теперь я ищу ф-лы описывающие нижние графики в зависимости от всех параметров как расстояния точечного источника до щелей, экрана, ширины щелей и ширины промежутка между щелями.
> Может дадите ссылку?

W(x,p) это не интерференционная картинка. Это функция распределения в некотором смысле описывает вероятность обладания частицей в точке x импульсом p. Для КМ она может быть отрицательной. Для классики нет.

Формулу найти просто. Сивушник (третий или четвертый) том ( Оптика ). В качестве длины волны берете длину волны де'Бройля.



> > > Для квантовых она будет знако переменна, причем показано что существует только одна положительная функция распределения в квантовом случае это Гауссовское. Что в некотором смысле соответствует тому что система максимально близка к классической.
> W(x,p) это не интерференционная картинка. Это функция распределения в некотором смысле описывает вероятность обладания частицей в точке x импульсом p. Для КМ она может быть отрицательной. Для классики нет.
> Формулу найти просто. Сивушник (третий или четвертый) том ( Оптика ). В качестве длины волны берете длину волны де'Бройля.

Нашёл кое что
6-9
ссылка1

ссылка2
Посмотрю. Наблюдается ли различие положения минимумов и максимумов между теорией и практикой на экране вдали от щелей?
Т.е. размыта ли на практике интерференционная картина тем больше по краям, чем дальше(вдоль экрана) от щелей проводиться наблюдение интерференционных полос?


>
> > > > Для квантовых она будет знако переменна, причем показано что существует только одна положительная функция распределения в квантовом случае это Гауссовское. Что в некотором смысле соответствует тому что система максимально близка к классической.
> > W(x,p) это не интерференционная картинка. Это функция распределения в некотором смысле описывает вероятность обладания частицей в точке x импульсом p. Для КМ она может быть отрицательной. Для классики нет.
> > Формулу найти просто. Сивушник (третий или четвертый) том ( Оптика ). В качестве длины волны берете длину волны де'Бройля.

> Нашёл кое что
> 6-9
> ссылка1

> ссылка2
> Посмотрю. Наблюдается ли различие положения минимумов и максимумов между теорией и практикой на экране вдали от щелей?
> Т.е. размыта ли на практике интерференционная картина тем больше по краям, чем дальше(вдоль экрана) от щелей проводиться наблюдение интерференционных полос?

да естественно. Угол меньще и разность хода меньше. В какой-то момент разность хода будет меньше размера щели и картинка замоется.

Точный аналитический расчет дифракции излучения от точечного источника на щели с учетом гран условий отсутствует. Есть те или иные приближения типа интеграла Фенеля.


> >
Вот фотография дифракции света от гелио-неонного лазера на единичной щели.
> > Т.е. размыта ли на практике интерференционная картина тем больше по краям, чем дальше(вдоль экрана) от щелей проводиться наблюдение интерференционных полос?

> да естественно. Угол меньще и разность хода меньше. В какой-то момент разность хода будет меньше размера щели и картинка замоется.
Ага в формулах я этого не видел.
> Точный аналитический расчет дифракции излучения от точечного источника на щели с учетом гран условий отсутствует. Есть те или иные приближения типа интеграла Фенеля.
Спасибо за ответ. Пусть мы имеем интерференцию на двух щелях.
Что наблюдается на практике на экране непосредственно на линии соединяющей источник света и центр промежутка между двумя щелями? Интенсивность максимальна, это понятно, но как на счёт точечности центрального пика, он так же размыт и имеет удвоенный размер по сравнению с другими максимумами, т.к. это показано на верхней фотографии? Т.е. мой вопрос сводится к тому можно ли на практике пренебречь в двухщелевом эксперименте дифракционной размытостью?

И ещё один вопрос. У лазерного луча можно указать увеличение пятна при удалении от источника. Скажем 0,5% первоначального диаметра на каждые 10 м. Как обстоят дела у электроннного луча, какова его расходимость?
И с какой точностью вообще можно уменьшить расброс вылетевших электронов?
А если выстреливать электроны по одиночке?

Т.е. можно ли сфокусировать электронный луч так, чтобы он освещал лишь одну щель в двухщелевом эксперименте? Предположим это можно сделать и мы
имеем две электронных пушки освещающих каждая свою щель.
Ожидается ли интерференция если включена лишь одна электроннная пушка?
Обе пушки включены ?
При какой ширине щелей и при какой ширине промежутка между щелями электронная пушка может создать на экране интерференционную картину?


> > >
> Вот фотография дифракции света от гелио-неонного лазера на единичной щели.
> > > Т.е. размыта ли на практике интерференционная картина тем больше по краям, чем дальше(вдоль экрана) от щелей проводиться наблюдение интерференционных полос?

да естественно можно даже получить сколько максимумов будет видно. Этим определяется "хорошесть" дифф. решетки.

> > да естественно. Угол меньще и разность хода меньше. В какой-то момент разность хода будет меньше размера щели и картинка замоется.
> Ага в формулах я этого не видел.
> > Точный аналитический расчет дифракции излучения от точечного источника на щели с учетом гран условий отсутствует. Есть те или иные приближения типа интеграла Фенеля.
> Спасибо за ответ. Пусть мы имеем интерференцию на двух щелях.
> Что наблюдается на практике на экране непосредственно на линии соединяющей источник света и центр промежутка между двумя щелями? Интенсивность максимальна, это понятно, но как на счёт точечности центрального пика, он так же размыт и имеет удвоенный размер по сравнению с другими максимумами, т.к. это показано на верхней фотографии? Т.е. мой вопрос сводится к тому можно ли на практике пренебречь в двухщелевом эксперименте дифракционной размытостью?

Как раз интенсивность в ценьре может и не быть масимальной. Можно вообще ноль получить. Это собственно результат еще Френеля который показал волновую природу света. Собственно это будет так для дифракции на отверстии.


> И ещё один вопрос. У лазерного луча можно указать увеличение пятна при удалении от источника. Скажем 0,5% первоначального диаметра на каждые 10 м. Как обстоят дела у электроннного луча, какова его расходимость?
> И с какой точностью вообще можно уменьшить расброс вылетевших электронов?
> А если выстреливать электроны по одиночке?

Там сложнее поскольку электроны вообще говоря заряжены. Но в ускорителях получают очень маленькую расходимость и с приличным током. Только учти что длинна волны для электрона очень мала (сделать большую можно но при очень низких температурах).
Так что в большинстве случаев смотрят дифракцию электронов на кристаллах.
В качестве дифф решетки выступают атомы кристалла. Там теория описывающая максимумы довольно сложная поскольку структура трехмерная. Опять же в каком-то простом виде теория наверное есть в Сивухине.

> Т.е. можно ли сфокусировать электронный луч так, чтобы он освещал лишь одну щель в двухщелевом эксперименте? Предположим это можно сделать и мы
> имеем две электронных пушки освещающих каждая свою щель.
> Ожидается ли интерференция если включена лишь одна электроннная пушка?
> Обе пушки включены ?
> При какой ширине щелей и при какой ширине промежутка между щелями электронная пушка может создать на экране интерференционную картину?
>

Для обычных температур это межатомные расстояния.

Честно говоря все результаты будут теми же самыми что и в оптике. Разница только в длине волны.


> > > >
> > Вот фотография дифракции света от гелио-неонного лазера на единичной щели.
> да естественно можно даже получить сколько максимумов будет видно. Этим определяется "хорошесть" дифф. решетки.
Т.е. без помех? Или расстояние между атомами соответствует длине волны де Бройля?
> > > да естественно. Угол меньще и разность хода меньше. В какой-то момент разность хода будет меньше размера щели и картинка замоется.
> > Что наблюдается на практике на экране непосредственно на линии соединяющей источник света и центр промежутка между двумя щелями? Интенсивность максимальна, это понятно, но как на счёт точечности центрального пика, он так же размыт и имеет удвоенный размер по сравнению с другими максимумами, т.к. это показано на верхней фотографии?
> Как раз интенсивность в центре может и не быть масимальной. Можно вообще ноль получить. Это собственно результат еще Френеля который показал волновую природу света. Собственно это будет так для дифракции на отверстии.
С этим также согласен, интенсивность в центре достигается правильным(оптимальным) расположением экрана за двумя щелями.
> > И с какой точностью вообще можно уменьшить расброс вылетевших электронов?
> Там сложнее поскольку электроны вообще говоря заряжены. Но в ускорителях получают очень маленькую расходимость и с приличным током. Только учти что длинна волны для электрона очень мала (сделать большую можно но при очень низких температурах).
Тут не совсем понял.Длина волны де Бройля определяется энергией частиц(в данном случае энергией электрона)и равна h*c/E, релятивистические электроны имею большую энергию и меньшую длину волны, медленные(для Вас они холодные?) электроны имеею длину волны стремящаюся к длине волны Комптона.
Но чем холоднее электрон, тем он медленее и интенсивность свечения экрана на котором регистрируются электроны падает.
Если я правильно понял малая расходимость электронов достигается большими ускоряющими напряжениями ускорителя, так?
> Так что в большинстве случаев смотрят дифракцию электронов на кристаллах.
> В качестве дифф решетки выступают атомы кристалла. Там теория описывающая максимумы довольно сложная поскольку структура трехмерная. Опять же в каком-то простом виде теория наверное есть в Сивухине.
> > Т.е. можно ли сфокусировать электронный луч так, чтобы он освещал лишь одну щель в двухщелевом эксперименте? Предположим это можно сделать и мы
> > имеем две электронных пушки освещающих каждая свою щель.
Итак на ускорителях это сделать можно?
> > Ожидается ли интерференция если включена лишь одна электроннная пушка?
Интерференции нет?
> > Обе пушки включены ?
Интерференция есть?
> > При какой ширине щелей и при какой ширине промежутка между щелями электронная пушка может создать на экране интерференционную картину?
> Для обычных температур это межатомные расстояния.
Вы имеете ввиду обычные, нерелятивистические скорости?


> > > > >
> > > Вот фотография дифракции света от гелио-неонного лазера на единичной щели.
> > да естественно можно даже получить сколько максимумов будет видно. Этим определяется "хорошесть" дифф. решетки.
> Т.е. без помех? Или расстояние между атомами соответствует длине волны де Бройля?

Оно порядка длины волны де Бройля, поэтому дифракция хорошо видна. Если много меньше то волна не пройдет, если много больше то не заметит.


> > > > да естественно. Угол меньще и разность хода меньше. В какой-то момент разность хода будет меньше размера щели и картинка замоется.
> > > Что наблюдается на практике на экране непосредственно на линии соединяющей источник света и центр промежутка между двумя щелями? Интенсивность максимальна, это понятно, но как на счёт точечности центрального пика, он так же размыт и имеет удвоенный размер по сравнению с другими максимумами, т.к. это показано на верхней фотографии?
> > Как раз интенсивность в центре может и не быть масимальной. Можно вообще ноль получить. Это собственно результат еще Френеля который показал волновую природу света. Собственно это будет так для дифракции на отверстии.
> С этим также согласен, интенсивность в центре достигается правильным(оптимальным) расположением экрана за двумя щелями.
> > > И с какой точностью вообще можно уменьшить расброс вылетевших электронов?
> > Там сложнее поскольку электроны вообще говоря заряжены. Но в ускорителях получают очень маленькую расходимость и с приличным током. Только учти что длинна волны для электрона очень мала (сделать большую можно но при очень низких температурах).
> Тут не совсем понял.Длина волны де Бройля определяется энергией частиц(в данном случае энергией электрона)и равна h*c/E, релятивистические электроны имею большую энергию и меньшую длину волны, медленные(для Вас они холодные?) электроны имеею длину волны стремящаюся к длине волны Комптона.

Не у нас же КМ энергия там P^2/2m то бишь \lambda ~h/mv для энергий порядка
1эв длина волны будет порядка 10 ангстрем.

> Но чем холоднее электрон, тем он медленее и интенсивность свечения экрана на котором регистрируются электроны падает.

естественно

> Если я правильно понял малая расходимость электронов достигается большими ускоряющими напряжениями ускорителя, так?

там сложная техника. Я тонкостей не знаю. Сначала выделяют частицы с заданым соотношением m и скорости потом фокусируют. Можно даже дифракцию на кристалле использовать:)

> > Так что в большинстве случаев смотрят дифракцию электронов на кристаллах.
> > В качестве дифф решетки выступают атомы кристалла. Там теория описывающая максимумы довольно сложная поскольку структура трехмерная. Опять же в каком-то простом виде теория наверное есть в Сивухине.
> > > Т.е. можно ли сфокусировать электронный луч так, чтобы он освещал лишь одну щель в двухщелевом эксперименте? Предположим это можно сделать и мы
> > > имеем две электронных пушки освещающих каждая свою щель.
> Итак на ускорителях это сделать можно?
> > > Ожидается ли интерференция если включена лишь одна электроннная пушка?
> Интерференции нет?

на кристалле есть.

> > > Обе пушки включены ?
> Интерференция есть?

тоже на кристалле есть. Но эффект аналогичен одной пушке. Тоесть интерференции между разными пучкми не будет.

> > > При какой ширине щелей и при какой ширине промежутка между щелями электронная пушка может создать на экране интерференционную картину?
> > Для обычных температур это межатомные расстояния.
> Вы имеете ввиду обычные, нерелятивистические скорости?

да 1 еv ~ 10 A это для пушки очень мало работа выхода того же порядка.
0.01mm ~ 10(-6) ev ~ 1 Кельвина



> > > Только учти что длинна волны для электрона очень мала (сделать большую можно но при очень низких температурах).
> > Тут не совсем понял.Длина волны де Бройля определяется энергией частиц(в данном случае энергией электрона)и равна h*c/E, релятивистические электроны имею большую энергию и меньшую длину волны, медленные(для Вас они холодные?) электроны имеею длину волны стремящаюся к длине волны Комптона.

> Не у нас же КМ энергия там P^2/2m то бишь \lambda ~h/mv для энергий порядка
> 1эв длина волны будет порядка 10 ангстрем.
Странно 10 ангстрем в 410 раз больше длины волны Комптона.
Но длина Комптона расчитана уже для холодного электрона!
Увеличение длины де Бройля приводить к уменьшению энергии частицы. Но меньше массы покоя электрона мы не получим )-:.
Если можно распишите подробнее что Вы конкретно имеете ввиду.

> > > > Ожидается ли интерференция если включена лишь одна электроннная пушка?
> > Интерференции нет?
> на кристалле есть.
Но кристал имеет гораздо больше чем две щели.
И электронная пушка по видимому попадает на множество щелей, в противном случае что интерферирует с чем? Ведь интерференция требует как минимум два разных путя.
> > > > Обе пушки включены ?
> > Интерференция есть?

> тоже на кристалле есть. Но эффект аналогичен одной пушке. Тоесть интерференции между разными пучками не будет.
Но проверить этого у нас нет возможности, или?

> > > > При какой ширине щелей и при какой ширине промежутка между щелями электронная пушка может создать на экране интерференционную картину?
> > > Для обычных температур это межатомные расстояния.
> > Вы имеете ввиду обычные, нерелятивистические скорости?

> да 1 еv ~ 10 A это для пушки очень мало работа выхода того же порядка.
> 0.01mm ~ 10(-6) ev ~ 1 Кельвина


>
> > > > Только учти что длинна волны для электрона очень мала (сделать большую можно но при очень низких температурах).
> > > Тут не совсем понял.Длина волны де Бройля определяется энергией частиц(в данном случае энергией электрона)и равна h*c/E, релятивистические электроны имею большую энергию и меньшую длину волны, медленные(для Вас они холодные?) электроны имеею длину волны стремящаюся к длине волны Комптона.

> > Не у нас же КМ энергия там P^2/2m то бишь \lambda ~h/mv для энергий порядка
> > 1эв длина волны будет порядка 10 ангстрем.
> Странно 10 ангстрем в 410 раз больше длины волны Комптона.
> Но длина Комптона расчитана уже для холодного электрона!
> Увеличение длины де Бройля приводить к уменьшению энергии частицы. Но меньше массы покоя электрона мы не получим )-:.

Там уравнение другое типа Клейна-Гордона у него решение другое. В нерелятивистком случае оно сведется к Шредингеру но с E=P^2/2m.


> Если можно распишите подробнее что Вы конкретно имеете ввиду.

> > > > > Ожидается ли интерференция если включена лишь одна электроннная пушка?
> > > Интерференции нет?
> > на кристалле есть.
> Но кристал имеет гораздо больше чем две щели.
> И электронная пушка по видимому попадает на множество щелей, в противном случае что интерферирует с чем? Ведь интерференция требует как минимум два разных путя.

Естественно гораздо больше. Атомы в грубой модели можно представить ввиде непрозрачных шариков, а все что между пустое пространство. Поскольку структура переодическая будет дифракционная картинка.

> > > > > Обе пушки включены ?
> > > Интерференция есть?

> > тоже на кристалле есть. Но эффект аналогичен одной пушке. Тоесть интерференции между разными пучками не будет.
> Но проверить этого у нас нет возможности, или?

Почему стреляем и смотрим. Но поскольку когерентности между пучками нет то интерференции между пучками не будет (разность фаз случайна)

> > > > > При какой ширине щелей и при какой ширине промежутка между щелями электронная пушка может создать на экране интерференционную картину?
> > > > Для обычных температур это межатомные расстояния.
> > > Вы имеете ввиду обычные, нерелятивистические скорости?

> > да 1 еv ~ 10 A это для пушки очень мало работа выхода того же порядка.
> > 0.01mm ~ 10(-6) ev ~ 1 Кельвина
>


> > > > > Только учти что длинна волны для электрона очень мала (сделать большую можно но при очень низких температурах).
> > > > Тут не совсем понял.Длина волны де Бройля определяется энергией частиц(в данном случае энергией электрона)и равна h*c/E
> > > Не у нас же КМ энергия там P^2/2m то бишь \lambda ~h/mv для энергий порядка
> > > 1эв длина волны будет порядка 10 ангстрем.
> > Странно 10 ангстрем в 410 раз больше длины волны Комптона.

> Там уравнение другое типа Клейна-Гордона у него решение другое. В нерелятивистком случае оно сведется к Шредингеру но с E=P^2/2m.
Вы говорите про присоединённую волну де Бройля?
"Частица (возбужденное состояние поля) и присоединенная волна де Бройля движутся как единое целое. Волна де Бройля представляет электромагнитный волновой пакет квантового электромагнитного поля, где электрические и магнитные потоки обладают квантовыми свойствами. Длина присоединенной волны де Бройля зависит от скорости и массы (импульса) частицы l = 2eФ0/p, где e - квант электрического потока (заряда) 1.602·10-19 Кл, Ф0 - квант магнитного потока 2.068·10-15 Вб, p - импульс. Чисто для упрощения формулы можно использовать коэффициент пропорциональности h = 2eФ0 = 6.626·10-34 Кл·Вб, представляющий квант электромагнитного потока. Постоянная Планка - это произведение электромагнитных постоянных h = 2eФ0 и имеет физическую размерность Кл·Вб."
ссылка



> Там уравнение другое типа Клейна-Гордона у него решение другое. В нерелятивистком случае оно сведется к Шредингеру но с E=P^2/2m.
Неплохая ссылка.
"Поскольку длины волн рентгеновских лучей почти та же, что ожидалась у электронов, Дж.П.Томсон надеялся получить картину, сходную с известной дифракционной картиной рентгеновского излучения. И это ему удалось! На фотографиях две дифракционные картины. Одна получена при пропускании рентгеновских лучей через кристалл оксида циркония, вторая при рассеянии электронов в золотой фольге. Их трудно отличить"
Что смущает, так это комптоновская длина волны электронов )-:
ссылка


> > > > > > Только учти что длинна волны для электрона очень мала (сделать большую можно но при очень низких температурах).
> > > > > Тут не совсем понял.Длина волны де Бройля определяется энергией частиц(в данном случае энергией электрона)и равна h*c/E
> > > > Не у нас же КМ энергия там P^2/2m то бишь \lambda ~h/mv для энергий порядка
> > > > 1эв длина волны будет порядка 10 ангстрем.
> > > Странно 10 ангстрем в 410 раз больше длины волны Комптона.

> > Там уравнение другое типа Клейна-Гордона у него решение другое. В нерелятивистком случае оно сведется к Шредингеру но с E=P^2/2m.
> Вы говорите про присоединённую волну де Бройля?
> "Частица (возбужденное состояние поля) и присоединенная волна де Бройля движутся как единое целое. Волна де Бройля представляет электромагнитный волновой пакет квантового электромагнитного поля, где электрические и магнитные потоки обладают квантовыми свойствами. Длина присоединенной волны де Бройля зависит от скорости и массы (импульса) частицы l = 2eФ0/p, где e - квант электрического потока (заряда) 1.602·10-19 Кл, Ф0 - квант магнитного потока 2.068·10-15 Вб, p - импульс. Чисто для упрощения формулы можно использовать коэффициент пропорциональности h = 2eФ0 = 6.626·10-34 Кл·Вб, представляющий квант электромагнитного потока. Постоянная Планка - это произведение электромагнитных постоянных h = 2eФ0 и имеет физическую размерность Кл·Вб."
> ссылка

Честно говоря по этой ссылке какая-то хрень написана. Тобишь слов много и по одельности верные но вместе ахинея. Лучше взять нормальный учебник и почитать
толку будет больше


> Лучше взять нормальный учебник и почитать
> толку будет больше


> Лучше взять нормальный учебник и почитать
> толку будет больше
Следую Вашему совету.
Сравним верхние части обоих рисунков.

а
> > Квантовое распределение чисто классическими средствами получить невозможно. Как бы мы не напрягались. Собственно это можно показать через Вигнеровское распределение W(x,p). Для классических систем она будет строго положительна.
>
б
Колокол Гаусса на обоих рисунках а и б для единичных щелей похож.
Но имеет ли кривая колокола Гаусса право приближаться плавно к нулю?
Ведь в классическом случае, на экране за щелью могут попасть частицы лишь в том телесном углу, в котором этот экран наблюдается через щель с позиции точечного источника испускающего частицы.
Следовательно лишь рисунок б, близок к экспериментальным даным(кривая Гаусса обрывается).
Далее т.к. источник стоит нессиметрично по отношению к каждой щели и на конечном расстоянии от щелей, то кривая Гаусса, измеренная детектором на экране, должна быть перекошенной(её максимум лежит ближе к краям рисунка).

Если открыта по отдельности лишь одна щель, то распределение гауссовское,
Если же открыты обе щели, то непосредственно вблизи общего максимума который увеличивается по сравнению с класическим, имеем уменьшение регистрированных частиц(первые минимумы) по сравнению с классическим ожиданием(электроны).
Какие опыты(с макрообъектами) подтверждают существование классического распределения, т.е. подтверждают чистое сложение гауссовских кривых?


> > > Глубоко уважаемый qqruza !
> > > Большое спасибо Вам за то, что Вы отвечаете на подобные вопросы, которые очень интересуют не профессионалов, и которые другие профессионалы игнорируют.
> > Пожалуйста :)
> > > Ваш ответ сводится к тому, что чтобы это понять нужно долго учиться.
> > > Но неужели, если человек хочет понять суть теории, как устроен мир, но не планирует в дальнейшем использовать эту теорию для расчетов, нет способа дать упрощенный ответ?
> > Он уже дан. Взатмодействие электронов возникает за счет обмена квантами эл-маг поляч поля.
> Такой ответ так краток, что остается не понятным.
> Опишите, пожалуйста, хотя бы в нескольких фразах, как Вы это представляете
> себе в обычном (не к)пространстве.
Никак не представляю. Может быть и можно, но я об этом не думал.
Кртина обмена фотонами является только словесным отражением формул и никакой другой информации не содержит. Правила построения графиков Феймана являются лишь удобным способом запоминания математических выражений.

> > > Тела испускают кванты во все стороны. Кванты уносят энергию. Так?
> > > Почему же у тела она не убывает?
> > Выглядит как вопрос, но это подковырка.
> Честное слово, хотел не подковыривать, а понять.
Хотите понять -- учитесь считать, изучайте теорию.
> > Ну-ка, давайте вашу картинку проанализируем с помощью "понятным даже непрофессионалу законов физики". Смотрите, неувязка получается!

> Эту фразу я не понял. Получается неувязка с законом сохранения.
> И как она решается?
В популярных книжках обычно ссылаются на принцип неопределенности. Виртуальная частица живет конечное малое время, что позволяет нарушить закон сохранения энергии на величину порядка постоянной планка делить на время. Мне лично подобные рассуждения не очень нравятся, но если они помогают что-то понять, то наздоровье.

> > Чтобы хоть как-то понять, что мы хотим объяснить, нужно понять, как квантовая частица электрон может двигаться под действием силы. То бишь в потенциальном поле. Это не шарик, который движется по определенной траектории.

> В электронной трубке телевизора почему он не шарик?
> Мы точно управляем его движением и получаем на экране желаемую картинку.
Он шарик только в момент испускания катодом и в момент поглощения экраном. В промежутке между этими моментами он может вполне пройти через две дырки в промежуточном экране, что приводит к интерференции. Наблюдать квантовые свойства таким образом в трубке практически нереально, но интерференцию электронов можно наблюдать другим способом.

> > Есть масса популярных и полупопулярных книжек, некоторые из них весьма хороши. Например Фейнман, Странная теория света и вещества (могу наврать в названии).

> Спасибо. Постараюсь ее найти.
Когда я учился в школе я покупал множетсво книг, которые выбирал в книжном магазине. Не все я прочитал, некоторые оказывались слишком сложными, другие -- не столь интересными. Сейчас в инете есть множество замечатильных книг в электронном виде, и найти подходящие, которые инетерсно читать несложно. Только не забываете, что нужно не только читать, но самому что-то делать, учиться решать задачи.


> > Лучше взять нормальный учебник и почитать
> > толку будет больше
> Следую Вашему совету.
> Сравним верхние части обоих рисунков.
>
> а
> > > Квантовое распределение чисто классическими средствами получить невозможно. Как бы мы не напрягались. Собственно это можно показать через Вигнеровское распределение W(x,p). Для классических систем она будет строго положительна.
> >
> б
> Колокол Гаусса на обоих рисунках а и б для единичных щелей похож.
> Но имеет ли кривая колокола Гаусса право приближаться плавно к нулю?
> Ведь в классическом случае, на экране за щелью могут попасть частицы лишь в том телесном углу, в котором этот экран наблюдается через щель с позиции точечного источника испускающего частицы.
> Следовательно лишь рисунок б, близок к экспериментальным даным(кривая Гаусса обрывается).
> Далее т.к. источник стоит нессиметрично по отношению к каждой щели и на конечном расстоянии от щелей, то кривая Гаусса, измеренная детектором на экране, должна быть перекошенной(её максимум лежит ближе к краям рисунка).

> Если открыта по отдельности лишь одна щель, то распределение гауссовское,
> Если же открыты обе щели, то непосредственно вблизи общего максимума который увеличивается по сравнению с класическим, имеем уменьшение регистрированных частиц(первые минимумы) по сравнению с классическим ожиданием(электроны).
> Какие опыты(с макрообъектами) подтверждают существование классического распределения, т.е. подтверждают чистое сложение гауссовских кривых?

Вообще говоря гауссовской кривой не будет. Собственно те картинки показывают что складываются амплитуды волновой функции а не вероятности.

В классике профиль интенсивности будет просто пропорционален числу частиц в данном телесном угле, которые излучает источник . Никакого гаусса от точечного источника не будет будет вполне резкое разделение на освещенную область и тень.


> > >
> В классике профиль интенсивности будет просто пропорционален числу частиц в данном телесном угле, которые излучает источник . Никакого гаусса от точечного источника не будет будет вполне резкое разделение на освещенную область и тень.
Что можно ожидать на экране если в каждую щель двухщелевого эксперимента светит по лазерному лучу(оба луча синхронны, т.е. не только их длина волн совпадает но и их фаза)? Два пятнышка?
И как быть с дифракцией лазерного луча на единичной щели? Или если щель больше чем в сто раз превышает длину волны лазера, то щель на луч лазера никакого влияния не оказывает?


В самом низу:
Расстояние между щелями для лазера - 0,5 мм, ширина щелей 0,1мм.


Для верхних рисунков для белого света принцип установки.



> > > >
> > В классике профиль интенсивности будет просто пропорционален числу частиц в данном телесном угле, которые излучает источник . Никакого гаусса от точечного источника не будет будет вполне резкое разделение на освещенную область и тень.
> Что можно ожидать на экране если в каждую щель двухщелевого эксперимента светит по лазерному лучу(оба луча синхронны, т.е. не только их длина волн совпадает но и их фаза)? Два пятнышка?
> И как быть с дифракцией лазерного луча на единичной щели? Или если щель больше чем в сто раз превышает длину волны лазера, то щель на луч лазера никакого влияния не оказывает?

>
> В самом низу:
> Расстояние между щелями для лазера - 0,5 мм, ширина щелей 0,1мм.

>
> Для верхних рисунков для белого света принцип установки.


Лазер это не классика. Это обычная эл. волна. Естественно там будет дифракция.
Для электронов классика это модель твердых шариков летающих по законам механики
взаимодействие между шариками по кулону, в ней дифракции не будет.




Физика в анимациях - Купить диск - Тесты по физике - Графики on-line

Реклама:
Rambler's Top100