menu close Teknologiens Mediehus
person Konto arrow_drop_down
Vores læser Jesper Andersen har engang spurgt:
Hvis man tager to lysbilledapparater (diasprojektorer), og putter nøjagtig ens dias i og lader dem 'lyse' mod hvert sit lærred, således at lysstrålerne midt mellem apparater og lærreder krydser hinanden i en vinkel på 90 grader - hvad ses så på lærrederne?
To sorte billeder? To hvide? To perfekte billeder, som om intet var hændt?
Anders Thorseth, fysiker og projektleder på DTU Fotonik, svarer:
Det er en fundmental egenskab ved lysets bestanddele (kaldet lyskvanter eller fotoner), at de kan optage samme kvantetilstand.
Inden for fysikken kaldes den slags partikler for bosoner efter Satyendra Nath Bose. Det betyder blandt andet, at lysstråler kan krydse hinanden på deres vej frem, uden at det gør den mindste forskel på deres egenskaber længere fremme.
Det ses også for eksempel i en laserlyskilde, som virker ved, at fotoner populært sagt genererer kopier af sige selv, som så generer nye kopier også videre og så videre, indtil et enormt antal fotoner optager samme tilstand (samme retning, bølgelængde, polarisation osv.).
Hvis ikke lyset havde denne egenskab, ville det være svært at se noget, for lys fra en retning ville blive forstyrret af lys fra andre retninger, og alt ville se sløret og tåget ud.
I eksemplet med projektorerne ville man blot få to upåvirkede billeder, mens hvis man sendte begge lysstråler mod samme væg, ville billedet bliver dobbelt så kraftigt i sin lysintensitet.
Du kan spørge om alt inden for teknologi og naturvidenskab. Redaktionen udvælger indsendte spørgsmål og finder den bedste ekspert til at svare – eller sender spørgsmålet videre til vores kloge læsere. Klik her for at stille dit spørgsmål til fagfolket.
"Inden for fysikken kaldes den slags partikler for bosoner efter Satyendra Nath Bose. Det betyder blandt andet, at lysstråler kan krydse hinanden på deres vej frem, uden at det gør den mindste forskel på deres egenskaber længere fremme."
Eller mere forståeligt. Elektromagnetiske felter (bølger) udbreder sig uanset hvor mange andre bølger der krydser hinanden. Ellers ville radiomodtagelse blive lidt besværligt. De skal udbrede sig i et ulineært medie for at kunne påvirke hinanden.
Hvordan forklares det egentlig at en foton afbøjes i et prisme?
Det svarer ikke til min barnelærdom om populationsinversion (under tilførsel af energi) på DtH.
Hvorfor ikke begrunde det med klassisk fysik:
Lys er elektromagnetisk stråling.
Elektromagnetisk stråling beskrives efter dagligdags erfaring vha. Maxwells ligninger.
Maxwells ligninger er lineære.
Derfor er løsningerne også lineære. Hvilket vil sige at superposition er gældende: f(x+y) = f(x) + f(y) (additivitet) og f(ax) = a f(x) (homogenitet (af 1.ste orden))
Det er derfor, vi f.eks. selektivt kan modtage radiobølger, selv om der er utallige sendere.
Det er først når de elektromagnetiske felter kobles til almen relativitetsteori, at beskrivelsen bliver ulineær. Eksempelvis beregnede Tolman i 1931 at to parallelle lysstråler ikke påvirker hinanden, mens to modsatrettede lysstråler vil tiltrække hinanden med 4 gange den ”kraft”, som kan beregnes efter klassisk fysik.
Det kan kort forklares med, at feltligningerne i Einstein teori er ulineære, og det samme bliver Maxwells ligninger, når de beskrives i den almen relativistiske rumtid.
Ligeledes sker der ting og sager, når lyspartiklerne = fotonerne (bosonerne) korrekt beskrives i QED (Quantum ElectroDynamics).
Teorien siger, at når feltstyrken i lysstrålen overskrider det såkaldte Schwinger Limit (ca. 1,3 x 10E18 V/m), kan 2 fotoner støde sammen og kortvarigt danne elektron-positron (virtuelle) par, som kort efter genforenes til 2 fotoner.
Processen er eksperimentelt bekræftet ved LHC i CERN. Læs videre her.
Det vil føre for vidt også at komme ind på vakuum polarisering, som populært beskrives her.
For en del år siden var der en udsendelse, men jeg husker desværre ikke om det blot var en krimi. Det angik en opstilling med to projektorer hvor lyset fra dem kun var synligt i de punkter hvor deres lysstråler krydsede hinanden, og det indenfor et felt med en speciel lysreflekterende luftart. Jeg fik indtryk af at man på den måde kunne lave 3-dimensionelle tv-apperater, ved på den måde at de to projektorer fungerede som to billedrør.
Når lys (eller radiobølger osv) rammer en ulinearitet så påvirkes bevægelsen. I et prisme er der en stor variation i løbehastigheden fra luft og ind eller ud af prismets materiale. Det medfører en ændret gruppeløbehastighed.
Helt ligesom hvis et hold soldater marcherer fremad ved siden af hinanden, og går frem mod en kantsten der er skrå i forhold til deres retning (dvs soldaten i højr side rammer kanten før ham i venstre.) Idet hver soldat rammer kantstenen så sænker han nu hastigheden til det halve. Resultatet er at fronten nu drejer [forudsat at de hele tiden går vinkelret på linjen mellem dem alle]
Syntes det du skriver er meget interessant. Jeg vidste ikke, at lysets retning havde betydning for sammentrækningen. Har nogen målt det :) ?
Du har helt ret i at elektromagnetismen først bliver ulineære i den relativistiske rumtid. Og ulineariteten påvirker endog så lidt, at det ikke har betydning i de normale tilfælde.
Der findes dog materialer der kan give ulineær påvirkning af elektromagnetiske stråler.
I forbindelse med guitarstrenge opstår der nemt ulineariteter, så jeg syntes ikke at sammenligningen er så god.
Fejl, dobbelt indlæg.
Kun delvist rigtigt. Et prisme er ikke en ulinearitet, men et materiale med en anden impedans end luft; men uanset om der er tale om ulineariteter eller ej, skaber overgangen to ting:
Her er vi derimod helt enige, og det er en ganske god og illustrativ forklaring, som passer perfekt med ætermodellen, hvor udbredelseshastigheden i et medie er v = 1/√(ε·µ) og mere specifik for glasset i prismet v = 1/√(ε0·εr·µ0), hvor εr er den relative dielektricitetskonstant af glasset, som er lig med brydningsindekset (n) i 2. potens (n = c/v = √εr).
Svends gode spørgsmål gik imidlertid på fotonen:
Hvis man sender en partikel ind mod en skrå flade som ved et prisme, vil den afbøjes til den modsatte side ligesom refleksionen, så nu skal fotonen, som er udelelig, alligevel deles i to, hvor den ene halvdel reflekteres til den ene side, og den anden fortsætter i en anden retning inde i glasset. Da f = E/h og E skal deles, må frekvensen af de to dele jo ændres; men det sker ikke i praksis. Forklaring udbedes fra alle fotontosserne - ikke mindst fra alle dem, der fører sig frem her, som om de har arvet alverdens visdom og anser os tvivlere for de rene idioter og båtnakker!
Tak for yderligere et søm til fotonmodellens ligkiste :-) Gad vide hvornår vi endelig kan få aflivet alt det forfærdelige sludder, så fysikken kan komme videre(?), og så kan vi passende samtidig få rettet op på H-feltet og B-feltet - incl. både retning og enhed. Det giver jo f.eks. ingen mening først at definere 1 A som 6,241,509,629,152,650,000 elektroner/s, og så angive H-feltet ude i rummet, hvor der ikke er nogen elektroner, i A/m!
Nogle af os håber stadig :-(
Ja, på et svar fra bl.a. dig; men det kommer vi nok til at vente længe på.
Nager det dig slet ikke, at du ikke kan svare på bare ét eneste af mine mange spørgsmål om fotonen og om magnetisk tiltrækning og frastødning vha. fotoner - fotonen er jo i din verden bærer af alle elektromagnetiske kræfter?
Energi er generelt set kraft gange vej E = F x s. For kinetisk energi energi erstatter man så kraften med masse gange acceleration E = m x a x s, hvilket betyder, at kinetisk energi uden masse er aldeles utænkelig, og da energien i et magnetfelt et kinetisk energi, må B-feltet nødvendigvis have masse. Hvor er den masse henne i fotonmodellen? Og jeg kunne blive ved.
Bortset fra at en foton ikke kan deles, så er forklaringen ikke dårlig. Dog kommer lige den detalje, at refleksionen afhænger af polariseringen, så afbøjningen i prismet skulle altså afhænge af polariseringen? Det gør den ikke. Bedre forklaring udbedes. Man kan spørge om hvad der blev af dualismen, som siger at lys (bølger) kan opfattes som begge dele (diskrete fotoner eller almindelig kontinuert stråling) afhængig af målemetoden og andre omstændigheder.
Partikel-bølge dualiteten og bølgefunktionskollapset er også noget forfærdelig sludder, som for længst er modbevist med al ønskelig tydelighed i dobbeltspalteeksperimentet, når det udføres med enkeltelektroner. Her kan man nemlig konstatere, at elektronen altid kun går gennem den ene spalte, og så må den altså være i partikeltilstand, når det sker; men så kan den ikke samtidig være i bølgetilstand, og hvor kommer interferensmønstret så fra?
Igen er det hele helt elementært ud fra ætermodellen (pilot wave), hvor ætermassen også kan gøre rede for impulsmomentbevarelsen, når elektronen skifter retning ved passage af spalterne; men fotontosserne har ingen masse til at forklare det, og de kan ikke andet end at tabe underkæben ned i bordet og kalde det kvantemekanik, når de ser et interferensmønster bygget op af én elektron ad gangen.
Hej Carsten Kanstrup
Det må du gerne uddybe.
Pilot wave modellen er faktisk en gammel kvantemekanisk model, der beskriver dobbeltspalteeksperimentet med elektroner på den måde, at elektronen altid kun går gennem én spalte, men bølgen går gennem dem begge og skaber så et interferensmønster efter spalterne, som elektronen "surfer" videre på i visse foretrukne retninger. Der er talrige links om dette på nettet som f.eks. denne: https://www.wired.com/2014/06/the-new-quan... , der også indeholder en udmærket video om en vandrende dråbe, der "surfer" på bølger skabt af vibrationer. Bemærk, at linken også viser den ækvivalens mellem den mekansike og elektriske verden, som jeg også agiterer for! Elektroner og oliedråber følger nøjagtig de samme formler, når bare man substituerer parametrene, så de, der påstår, at jeg er en båtnakke, når jeg fremhæver denne sammenhæng, har et gevaldigt forklaringsproblem ud fra den video!!!
Problemet for kvantemekanikken er bare, at da man smed æteren ud, mistede man samtidig det medie, som bølgen skal bevæge sig i; men det er selvfølgelig intet problem for ætermodellen.
På én eller anden måde er æter og elektroner forbundet således, at hvis man bevæger en elektron, sætter man også gang i en æterbevægelse og omvendt. Det er det, der bl.a. skaber radiobølger. Om denne kobling skyldes bindingsenergi mellem elektron og æter, som samtidig kunne redegøre for elektronens masse, eller det blot er en kraftpåvirkning, skal jeg ikke kunne sige. Nikola Tesla gik så vidt, som til at sætte lighedstegn mellem æter og elektroner; men det kan af flere grunde ikke passe. Bl.a. ville verdensrummet være negativt ladet, og hvor er så den tilsvarende positive ladning?
Med denne kobling og æteren til at overføre bølgen bliver det hele meget enkelt. Når elektronkanonen accelererer en elektron op, er det elektronen, der trækker æteren med og skaber en fremadgående æterbølge; men derefter er det æterbølgen, der trækker elektronen med, og så vil det være tilfældigt hvilken én af de foretrukne retninger/"spor", den kommer ind på efter spalterne. Derfor kan man bygge et interferensmønster op én elektron ad gangen uden vanvittige forklaringer, som at elektroner kan interferere med tidligere elektroner og/eller endnu ikke udsendte elektroner.
Da der naturligvis skal være impulsmomentbevarelse, betyder det, at når elektronen skifter retning og dermed får et impulsmoment, må noget andet få et tilsvarende modsat rettet impulsmoment; men igen har kvantemekanikken et gevaldigt forklaringsproblem, for i modsætning til ætermodellen har man ikke sådan noget "andet". Man kan så argumentere for, at elektronen er masseløs, hvilket mange fænomener også tyder på, og som den også bør være i henhold til standardmodellen; men dobbeltspalteeksperimentet kan også udføres med C60 "fodboldmolekyler", og så er det helt nødvendigt med en ikke ubetydelig masse til at gøre rede for det modsat rettede impulsmoment.
PS. Her er endnu en udmærket video, der også forklarer sammenhængen med tale: https://www.youtube.com/watch?v=WIyTZDHuarQ .
Hej Carsten Kanstrup
Det er ærgeligt ellers havde vi jo en sammenhængende alternativ forklaring.
I et parallel/spejlet univers? Hvorfor stopper al tænkning ved "kanten" af det kendte?