Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 26 dotazů obsahujících »vlnovou«
22) Kmitání fotonů
13. 05. 2002
Dotaz: Dá sa povedat že:
Intenzita je výkon, kolik energie za jednotku času vyzarime, zatimco
frekvence je typ svetla, v prípadě viditelného svetla jeho barva. V
prípadě rádiových vln je to to, co ladíte na rádiu, frekvence udává počty
kmitů za sekundu, ale nerika, jak silne kmitaji, jen jak rychle.
Fotony kmitaju predsa stale ryczhlostou svetla?
Dalo by sa to vysvetlit aj rozdielnou rychlostou kmitania. Ked si predstavite , ze svetelna vlna sa siri rovnobezne po povrchu stola z jedneho konca na druhy. A fotony v tejto vlne kmitaju nahoru a dolu, teda kolmo na povrch stola. A ked kmitaju pomalsie ako sa svetlo siri a drahu jednotlivych fotonov si zakreslite v case dostanete pomale radiove vlny. A ked kmitajú rychlejsie ako sa svetlo siri! , teda rychlejsie ako "c" ich draha bude vyzerat ako rychle vysokoenergeticke kmity gama paprskov s kratkou vlnovou dlzkou. Takze ako to je môzu kmitat fotony rychlejsie alebo pomalsie ako rychlost svetla?
(Marek K.)
Odpověď: Věta
"Fotony kmitajú predsa stále rychlosťou svetla"
nedává smysl. Fotony nejsou kuličky na gumičce, které by
kmitaly kolmo ke gumičce v klidu (a tedy kolmo ke směru
šíření), aby se dalo uvažovat o jejich rychlosti ve směru
kolmém k šíření vlny. Gumička (bez jakýchkoliv kuliček)
zobrazuje pole jako jakýsi "stav napjatosti
protostoru", který je "napjatý" (tj. je tam
nenulová intenzita E elektrického pole resp. indukce B
magnetického pole) někde a někdy víc, jinde a jindy méně, a
tyto změny se dějí úhlovou rychlostí (počet kmitů za
dobu), a nikoli posupnou rychlostí (dráha za dobu), která je
pro světlo ve vakuu vždy rovna c, tj. zhruba 300 000 000 km/s.
"Kuličky" (fotony) se tam neuplatňují jinak, než
tím, že energie gumy (pole) se mění jen v určitých
dávkách (kvantech). Fotony tedy nekmitají, ale řekněme, že
každý z nich, jak tak letí (rychlostí světla ve směru
šíření vlny), má svou barvu, která odpovídá frekvenci
kmitů. Představte si, že mají barvu, a navíc pro nás pro
teď třebas střídavě světlají a tmavnou s touto frekvencí,
tj. jeden kmit jim trvá dobu T. Pokud byste si značili jejich
na cestě (kudy letí) body, kde měly barvu nejsilnější, pak
dvě značky na cestě budou vzdáleny o délku L vlny. Ta je
rovna L = c.T, kde T je doba kmitu. Modrý foton bude mít tuto
vzdálenost zhruba poloviční oproti červenému, třebaže se
šíří ve vakuu přesně stejně rychle. Jenže ten modrý
kmitá rychleji.
Dotaz: Zajimalo by mě vše o Schrödingerovich kočkách.
(Jakub Hruška)
Odpověď: V
roce 1935 Erwin Schrödinger publikoval článek, ve kterém
problém chápání principu neurčitosti demonstroval
myšlenkovým pokusem zvaným Schrödingerova kočka... Kočka je
zavřena v krabici se zařízením, které obsahuje radioaktivní
materiál a ampulku s jedem. Proces rozpadu radioaktivního
materiálu je procesem, který se řídí kvantovou mechanikou.
Známe jen poločas rozpadu (dobu, za kterou se rozpadne polovina
z radioaktivního materiálu), ale nevíme, kdy se rozpadne jeden
atom. Přístroj v krabici pracuje tak, že když se rozpadne
atom z radioaktivního materiálu, rozbije se ampulka s jedem a
kočka zemře.Podle běžných měřítek je kočka buď živá
nebo mrtvá. Podle zastánců kvantové teorie se však až do
okamžiku pozorování atom nachází někde mezi stavy
"rozpadlý" a "nerozpadlý". Kočka tedy
není ani živá ani mrtvá, až do té doby, dokud se do krabice
nepodíváme. Schrödinger tímto napadl neurčitost kvantové
mechaniky (dané vlnovou funkcí) tak, že přešel na popis
objektů makrosvěta.
Na webu můžete najít spoustu zajimavých článků na toto
téma: z česky psaných např. http://natura.eridan.cz/natura/1997/3/9703-7.html
a anglických : http://www.phobe.com/s_cat/s_cat.html , http://physicsweb.org/article/news/4/7/2 http://www.mtnmath.com/faq/meas-qm-3.html , http://www.sciencenet.org.uk/database/Physics/Original/p00262d.html...
Dotaz: Můj dotaz se týká vlnových délek zvuku a světla. Je pravda, že postupným zvětšováním vlnové délky el.-mag. energie projdu od světla plynule ke zvuku? A ještě, zda už jsou někde oficiálí, původní výsledky z pokusu se dvěma USA loďmi, které se Amer. snažili zneviditelnit, pod vedením Einsteina, ale došlo k chybě. Nevíte k jaké? (Jan Ouda)
Odpověď: Prodlužováním
vlnové délky elektromagnetického záření (elmag. vln) se
NEDOSTANETE do oblasti akustických vln. Jde o dva procesy
podstatně odlišné povahy. Světelné vlny, rozhlasové a TV
vlny, radar, rentgenové záření (vlny), jaderné gama
záření.... je šíření rozruchu eletromagnetického pole,
které může existovat i ve vakuu a které se šíří ve vakuu
rychlostí světla, bez ohledu na vlnovou délku. Zvuk je
šíření mechanického rozruchu v látce, tedy předávání
mechanické energie mezi částicemi látky (vzduchu, vody nebo
tuhé látky), které se děje buď prostřednictvím pout,
kterými jsou částice v pevných a kapalných látkách
vzájemně svázány, nebo v plynech tím že do sebe částice
narážejí. Tohle je jednak předávání energie zcela jiného
druhu (zde jde o mechanickou energii) a také rychlost
předávání je moc a moc menší a samozrejmě závisí na tom,
jak pevně se částice drží za ručičky, nebo v plynech jak
rychle poletují. Proto je rychlost šíření závislá na
látce a její teplotě. Ve vakuu, kde nic není, si nemá to
nic, co předávat a zvuková vlna nemůže existovat.
Dotaz: Zajímalo by mě, proč se nevyužije radioaktivní záření např. v laserové technice. Vždyť radioaktivní záření má velkou intenzitu a vysokou frekvenci emitujících kvant.Proč se tento zdroj nevyužije a jeho vysoká energie záření se neprožene přes nějaký modulátor,či scintalační zařízení, které přetransformuje např. rent. či gama záření na záření s menší frekvncí, s delší vlnovou délkou. Kdyby se enerie např.gama záření (jeden foton) přetransformovala na tři fotony s menší energií, ale součet těchto kvant by zase dal enerii gama záření.Takže by se zvětsila hustota, počet fotonů.Tohoto by se mohlo právě využít u laseru a docílit dostatečně velké energie buzení laserového systému. Vždyť by tímto způsobem odpadly veliké požadavky a nároky na příkon buzení, čerpání a vytváření populace hladin.To my není jasné, protože jestli jsem někde neudělal chybu v mých "úvahách", tak mi célý problém, který jsem zde nastíníl, příjde celkem logický, pokud se nemýlím. (Michal Tomáš)
Odpověď: Lasery v rentgenové oblasti se používají a vyvíjejí, ovšem
s většími potížemi než lasery ve viditelné spektrální
oblasti. Při laserové generaci způsobem obvyklým ve
viditelné spektrální oblasti, tj. stimulovanými přechody
mezi energetickými hladinami atomů, je nutné dosáhnout
přechodů mezi energeticky hodně vzdálenými hladinami (velká
hodnota energie vyzářeného fotonu), tj. mezi vnitřní a
vnější atomární hladinou. Ke vzniku stimulované emise je
nezbytné vytvoření inverze obsazení hladin (na vyšší
hladině je více atomů než na hladině spodní). Inverze
obsazení zmíněných energetických stavů má však velmi
krátkou relaxační dobu a proto je obtížné zajistit
dostatečně silné čerpání (dodání vnější energie),
které by umožnilo vznik dostatečně velkého inverzního
obsazení. Používá se například jaderný výbuch. Lasery v
rentgenové oblasti mohou ovšem pracovat i na jiném principu,
například stimulovanou emisí záření, které vzniká při
relaxaci látek, které byly ionizovány průchodem velmi
intenzivního femtosekundového světelného pulsu. Rentgenové
lasery jsou pro vysokou hodnotu energie fotonu vhodné v
"silových aplikacích", tedy pro vojenské účely,
ale vhledem k malé vlnové délce dovolují také účinnou
kompresi pulsů v čase a fokusaci svazků do velmi malých
rozměrů.
Navrhovaný postup, tedy rozložení energeticky velkého
fotonu na fotony menší může probíhat pouze ve vhodném
nelineárním optickém prostředí. Optické parametrické
procesy, k nimž navrhovaný proces patří, probíhají s
určitou účinností, která klesá s rostoucím řádem procesu
(s počtem fotonů, na který se původní foton rozpadá). V
daném případě by proto účinnost celého procesu byla velmi
malá. Výhodnější by byl kaskádový proces, tj. například
následné půlení fotonů. Ovšem světlo ve viditelné oblasti
by bylo získáno s mimořádně malou účinností. Opačný
proces, tedy sčítání "malých" fotonů pro vznik
velkého fotonu se dá využít naopak k převodu záření do
oblasti velmi krátkých vlnových délek. Tak například
kaskádovou generací násobných frekvencí bylo převedeno
záření neodymového laseru (1064 nm) na vlnovou délku 38 nm
(28 - krát původní frekvence).
Dotaz: Proč je index lomu světla různý pro různé barvy (na tom stejném rozhraní mezi
prostředími)? Je rychlost šíření světla prostředím ovlivněna vlnovou délkou?
A jestli ano, tak proč? (Jan Toušek)
Odpověď: Je to tak. A je velmi zajímavé (a vůbec ne jednoduché) rozebrat, proč
je vlastně rychlost světla v hmotném prostředí jiná než ve vakuu.
Jakmile zjistíme, proč je jiná, pak už tolik nepřekvapí, že je "jinak
jiná" pro různé frekvence.
Mechanismus šíření světla v hmotném prostředí je takový: prostředí
sestává z kladně i záporně elektricky nabitých částic, které mají úhrnný
náboj (prakticky) nulový a jsou víceméně v dynamické rovnováze. Můžeme
si představit, že elementární části látky jsou elektrické dipóly (např.
kladné jádro + záporné elektrony kolem). Dopadne-li na látku světlo, pak
z mikroskopického hlediska přišlo střídavé elektromagnetické pole (vlna)
o frekvenci f. Dipól je nucen pod vlivem elektrického pole kmitat (a
měnit svůj elektrický moment), protože na zápornou část působí opačná
síla než na kladnou (rozměry dipólu jsou mnohem menší než vlnová délka
světla). Ovšem pokud elektrický dipól kmitá, pak vyzařuje
elektromagnetické vlny stejné frekvence, jakou kmitá (Rayleighův rozptyl
- NIKOLI Comptonův, kde vyzařuje frekvenci jinou než přijal). Je to tedy
jakési "pošli to dál", ale s jistým zdržením: dipól je tvořem hmotnými
(nabitými) částicemi a ty mají samozřejmě jistou setrvačnost. Nakonec to
dopadne tak, že rozkmitaná látka vyzařuje vlny, které se skládají s
dopadající vlnou a ustáleným výsledkem je to, že se dopředu šíří nová
vlna téže frekvence, ale pomaleji. (Tedy v látce s jinou vlnovou délkou
než ve vakuu.) Jakmile přijmete tento rozbor, pak vám nebude moc divné,
že to "zdržení" bude pro různé frekvence různé (tomu se říká disperze
světla) v závislosti na vnitřní struktuře látky, na vlastních
frekvencích částí tvořících látku apod.
