Kwanty światła i ich fale

Moja notka jest częściowo odpowiedzią na pytania przedstawione przez Henperola na jego blogu, a skierowane do profesora A. Jadczyka i innych specjalistów w dziedzinie fizyki. Jednak pozostały one do tej pory bez odpowiedzi. Jedynie profesor Eine odpowiedział na blogu Henperola dzieląc się  swoją wiedzą w tym temacie.

Na blogu u A. Jadczyka i Henperola zadałam pytanie, czym jest ta czerwona krzywa gładka (fragment sinusoidy) na rysunku fali z Wikipedii:

Rysunek nr 1

Może moje pytanie uznano prawdopodobnie za zbyt naiwne i nie dostałam odpowiedzi. A przecież utożsamiłam tę falę z energią pojedyńczego kwantu światła. Jest to fala, proszę nie mylić z długością fali, jest to zatem fala sinusoidalna o stałej długości L. Ponieważ utożsamiam ją ze stałą energią pojedyńczego kwantu światła, więc przypisuję jej energię e.

Na blogu A.Jadczyka i Henperola przedstawiłam także drugi rysunek.
 

Rysunek nr 2

Na tym rysunku została przedstawiona zmienna amplituda dla różnych stanów kwantu światła  - fotonu. I nikt nie zapytał skąd się bierze taka zmienność.  Oto odpowiedż: Gdy na przykład dwa kwanty światła (fotony) łączą się ze sobą, tworzą wówczas podwójną falę L+L(o energii e + e). Wówczas zmienia się amplituda każdego kwantu-fotonu, jak na przedstawionym przeze mnie wykresie (rysunek nr 2) . 

 

Dodatek z dnia 03.08.10

Pod notką u Henperola,  Zbig fg w swoim komentarzu podał odnośnik do swoich rozważań w tym temacie. Tam można przeczytać, że:

 "Energia jest intensywnością działania. Jego natężeniem - mocą działania.
Według mnie tak można interpretować Plancka wzór E = h·ν= h/T i uważać że mówi on ile kwantów działania h uderza w masę (w materię) w ciągu sekundy. Czyli z jaką energią próżnia więzi daną masę - z jaką energią masa oddziaływuje z próżnią, sprzęga się z nią. I ma bezwładność.

Kwant działania h jest najelementarniejszym elementem próżni. A może lepiej właściwością najelementarniejszego elementu próżni.A masę możemy traktować jako przekrój czynny cząstki bombardowanej kwantami h.

Zachęcam do podjęcia tego tematu. Uważam że jest to właściwy trop prowadzący do modelu próżni. Modelu, który fizykę ruszy z miejsca. Pozwoli zbudować naprawdę nową fizykę."

Według mnie to całkiem ciekawe ujęcie tematu. Zatem przyjmijmy, że istnieje taka "dziwna cząstka", która ma określoną energię stałą. A mimo to może mieć zmienną częstotliwość. Dlaczego jednak może ona przy stałej energii mieć zmienną częstotliwość? Ponieważ jest małym oscylatorem. Bo niby z jakiego innego powodu przy stałej energii może mieć ona zróżnicowaną częstotliwość, skoro ten, który przedstawiłam wydaje się najprostszy? 

 

WNIOSEK z notki:

W mojej notce próbuję przedstawić podstawową róznicę pomiędzy pojedyńczym kwantem światła, a paczką falową utworzoną z kwantów światła.

W pierwszym komentarzu pod tą notką Zbig fg zadał pytanie:

"ale czy we wzorze E=nhf stałe jest n czy f ?"

Jeśli przyjmiemy, że symbol "n" w tym wzorze oznacza zmienną liczbę kwantów światła współtworzących paczkę falową, wówczas odpowiedż będzie prosta. Przede wszystkim dla rozróżnienia ilości kwantów światła w paczce falowej oraz ilości drgań we wzorze na częstotliwość czyli f = n/t, proponuje wprowadzić symbol "N" dla zmiennej liczby kwantów we wzorze na energię paczki falowej. Teraz ten wzór przyjmuje postać:

E = N*h*f     (1)

Następnie proponuję we wzorze na energię poojedynczego kwantu światła zamienić symbol "E" na "e" czyli:

e = h*f/t       (2)

Za chwilę przyjrzymy sie obu wzorom... Ale zaczniemy od tych podstawowych.

 

1. Mamy wzór na częstotliwość:

f = n/t         (3)

gdzie "n" ilość drgań w danym czasie, a "t" wyznacza czas, w którym te drgania zostały wykonane. Zatem ilość drgań może być wprost proporcjonalna do czasu tych drgań. Ponieważ jednak  czas drgań w pojedyńczym kwancie światła jest stały i wynosi 1(jedną) sekundę, to w takim przypadku musimy zastosować inny wzór:

f = n/1s    (4)

stąd wzór na energię pojedyńczego kwantu powinien mieć postać:

e = h * n/1s   (5)

Z tego wynika, że energia pojedyńczego kwantu światła jest stała oraz czas drgań jest stały.  Co się zatem zmienia w fali pojedynczego kwantu światła, gdy oddziaływuje on z innymi - sobie podobnymi? Zmienia się ilość drgań na jedną sekundę. To by znaczyło, że częstotliwość fali jest zmienna, bo zależna od ilości drgań na 1(jedną) sekundę. Możemy wtedy powiedzieć, że zmienia się częstotliwość fali pojedyńczych kwantów światła, które oddziałują ze sobą współtworząc paczki falowe, ale nie zmienia się stała energia takiego kwantu. Gdyby istniała taka "dziwna cząstka kwantowa" musiałaby ona być po prostu oscylatorem.

Mamy wzór na częstotliwość, który określa zależność częstotliwości od pulsacji (predkości kątowej) zachodzącej w stałej przestrzeni:

f = ω / 2π

w którym ω -pulsacja (częstość kołowa) odpowiada prędkości kątowej w ruchu po okręgu. Prędkość kątowa w pojedynczym kwancie swiatła także powinna być stała, więc możemy przyrównać ją do jedności:

ω = 1

Teraz wzór na częstotliwość ma postać:

f = 1/2π (???)

ale z niego wynikałoby, że częstotliwość jest stała, a tak nie jest, więc o co chodzi? Otóż paczka falowa (pakiet falowy) to fala skupiona w ograniczonym obszarze przestrzeni. Więc jeśli mamy do czynienia z ograniczonym obszarem przestrzeni, to może coś się zadziewa z samą przestrzenią pojedyńczego kwantu światła? Tylko co? Może po prostu krzywizna przestrzeni ulega zmienie? I taka jest moja teza I: 

Przy stałej prędkości kątowej i stałym okresie pojedynczego kwantu światła zmianie ulega krzywizna przestrzeni samego kwantu.

Na danej stałej przestrzeni, gdy występuje w niej coraz większa ilość pojedyńczych kwantów współtworzących paczkę falową, zmienia się częstotliwość pojedyńczych kwantów znajdujących się w tej przestrzeni.Czy to mozliwe? Oczywiście. W takiej przestrzeni zmieniać się musi krzywizna samej przestrzeni.

Istnieje jeszcze jeden wzór na częstotliwość:

f = 1/T

zakłada on zależność częstotliwości od zmiennego okresu. Co symbolizuje jedynka w tym wzorze? Czyżby stałą pulsację czyli stałą prędkość kątową?  Byłby to wzór dla zmiennego okresu. A jak i dlaczego ten okres może się zmieniać przy stałej pulsacji?

Jest także wzór na okres:

T = 2π /ω  (???)

Mamy stałą 2π oraz podω  podstawiamy jedynkę, więc ω= 1 i coś tu tez nie gra. Okres nie może być zmienny dla stałej prędkości katowej? Żeby coś zagrało musimy uwzględnić zmianę krzywizny przestrzeni na przykład:

T = k * 2π

a przetwarzając teraz wzór: 

f = 1 / T

otrzymujemy teraz nowy:

f =  1 / k * 2π

A może to wzór na zmienną częstotliwość pojedyńczego kwantu światła w paczce falowej? Mamy przeciez zachowaną stąłą prędkość katową występującą w zmiennym okresie. Okres to przecież czas wykonania jednego pełnego drgania odpowiadający jednej i tej samej fazie ruchu drgającego. Zmienna częstotliwość świadczyłaby o możliwości przechodzenia kwantu światła od stanu do stanu czyli od jednej fazy do innej w zmiennym czasie t.

 

W powyższym wzorze "k" oznacza zmienną ilość okresową (zmienną pulsację) nastepująco z powodu zmiennej krzywiznę przestrzeni-pola pojedyńczego kwantu światła. To umożliwia zaobserwowanie faktu, że pulsacja może być wprost proporcjonalna do częstotliwości, poniewaz skoro:

f = 1/ k * 2 π

a

e = h * f

stąd ogolny wzór na stała energię kwantu światła ma postać:

e =  h * 1/ k * 2 π

i upraszczam ten wzór do postaci:

e = h /k * 2 π

A teraz pomijam zmienną krzywiznę:

e = h/2 π

Jeśli krzywizna przestrzeni jest zerowa, wówczas e = h kreślone czyli jest równe wartości drugiej stałej Plancka odpowiadającej energii "cząstki-oscylatora" o zerowej krzywiżnie przestrzeni-pola. 

W przypadku pojedynczego kwantu światła jego stała energia jest zależna od ilości drgań na 1(jedną sekundę):

e = h * n/1s

oraz  od zmiennej krzywizny przestrzeni-pola "dziwnej cząstki-oscylatora":

e = h  / k * 2π 

i w tym punkcie zgadzam się ze Zbigiem fg twierdzącym, że"Kwant działania h jest najelementarniejszym elementem próżni. A może lepiej właściwością najelementarniejszego elementu próżni." Dodam jedynie, że jest to podstawowa "dziwna cząstka-oscylator"próżni czyli eterui ta "dziwna cząstka-oscylator" ma stałą energię, której odkształcenia możemy obserwować uwzględniając zmienne wartości krzywizny jej przestrzeni-pola:e = h  / k * 2π .  Jednakże w przestrzeni-polu, której przypisywana jest zerowa wartość krzywizny przestrzennej, ma ona energię stałą: e = h /2π i wówczas energia ta jest równa hkreślonemu czyli e = h kreślone .

Wygląda na to, że róznica pomiędzy dwiema stałymi Plancka uznawanymi za podstawowe stałe fizyczne wynika ze zróżnicowania wartości krzywizny przestrzeni-pola pojedyńczego kwantu światła - fotonu - "dziwnej cząstki-oscylatora"

Sprawdżmy jeszcze zalezność długości fali i prędkości rozchodzenia się fali od krzywizny przestrzeni-pola Kwantu światła. Mamy dwa wzory na okres:

T = k * 2π

oraz

T= (lambda)/v

v - to prędkość rozchodzenia się fal

lambda - to długość fali.

I przyrównajmy obie prawe strony równań: 

k * 2π = lambda/ v

stąd wzór na prędkość rozchodzenia się fali:

v =  k * 2π/ lambda

pasuje? Według mnie tak. Prędkość rozchodzenia się fali może zostać zachowana jako stała tylko w przypadku zmieniającej się krzywizny przestrzeni-pola takiej fali, ponieważ prędkość rozchodzenia się fali jest zależna od stosunku krzywizny przestrzeni tej fali do jej długości. Inaczej zmienna prędkość rozchodzenia się fali świadczy o zmianie krzywizny przestrzennej pojedyńczego kwantu światła (albo odwrotnie). Wygląda na to, że sam kwant światła może mieć zmienną długość i amplitudę fali, ponieważ jest oscylatorem. Stąd teza II:

Fala pojedyńczego kwantu światła o stałej energii, jeśłi jest skupiona w ograniczonym obszarze przestrzeni, wówczas ma ona stałą częstotliwość. Gdy przestrzeń fali pojedyńczego kwantu światła zmienia się, taka fala zmienia swoją częstotliwość.

2. Paczka falowa (pakiet falowy) to fala skupiona w ograniczonym obszarze przestrzeni. Swobodną paczkę falową można traktować jako superpozycję (złożenie) harmonicznych fal płaskich o różnych częstotliwościach, więc teraz rzeczywiście wszystko gra. Dlatego przy stałej pulsacji składników paczki falowej będzie występowała zróżnicowana krzywizna całej przestrzeni - pola tej paczki falowej .

Mamy oto wzór na energię paczki falowej( zaproponowany przez Zbiga fg i zmodyfikowany przeze mnie):

E =  N* h *f

W tym przypadku energia paczki falowej jest zmienna ( w przeciwieństwie do energii pojedyńczego kwantu światła) i zależna od ilości pojedyńczych kwantów światła oddziaływujących ze sobą i współtworzących taką paczkę falową. Wyraz "N" oznacza ilość kwantów światła współtworzących daną paczkę. Teraz pod częstotliwość pojedyńczego kwantu światła podstawiam:  1/ k * 2π i przedstawiam wzór na energię paczki falowej:

E =  N*  h / k * 2π

Wygląda na to, że im więcej kwantów w paczce ("N"), tym większe stają się wartości określające krzywiznę ("k") przestrzeni-pola całej paczki. Im gęściej są upakowane fotony (kwanty światła), tym większa staje się krzywizna przestrzeni-pola paczki. A im wieksze zróżnicowanie częstotliwości poszczególnych kwantów w paczce, tym bardziej zróznicowana staje się krzywizna przestrzeni-pola całej paczki falowej:

E =  N*  h / k * 2π

Częstotliwość może być postrzegana jako niezmienna, kiedy jest stała dla wszystkich kwantów światła uplasowanych na tym samym poziomie - o tej samej wartości krzywizny w przestrzeni - pola danej paczki falowej.

Wiadomo, że paczka falowa (pakiet falowy) to fala skupiona w ograniczonym obszarze przestrzeni. Zatem swobodną paczkę falową można traktować jako superpozycję (złożenie) harmonicznych fal płaskich o różnych częstotliwościach. Dlatego, przy stałej częstotliwości występującej na róznych poziomach krzywizny przestrzeni-pola całej paczki falowej, w przestrzeni tej paczki występuje zróznicowana i zmienna krzywizna.

Zmienna prędkość rozchodzenia się fali całej paczki falowej świadczy o zmianie krzywizny przestrzennej pojedyńczych kwantu światła w tej paczce czyli związana jest ona z gęstością upakowania kwantów światła w paczce. Jeśli gęstość ta jest zróżnicowana, wówczas krzywizna przestrzenna całej paczki także jest zróżnicowana. Dlatego swobodną paczkę falową można traktować jako superpozycję (złożenie) harmonicznych fal płaskich o różnych częstotliwościach.

 

I jeszcze POST SCRIPTUM dla wytrwałych:

Jeszcze pragnę zwrócić uwagę na inny aspekt sprawy. Cytujętutaj wypowiedzi Henperola i Zbiga fg,  To wielka radość, chociaż byłoby ciekawiej móc dyskutowac w szerszym gronie. Dlaczego tak się nie dzieje? W jednym ze swoich komentarzy Ufoludek podzielił się swoim spostrzeżeniem:

"Zwróciłem uwagę, że nikt nie rozumie tego, co do niego mówisz, każdy wyciąga wnioski z twoich słów dla siebie, nigdy nie jest to zbieżne z twoim punktem widzenia. Wniosek; każdy ma swój własny równoległy wszechświat. Wydajemy się sobie obcy a jesteśmy jednym. Tylko ktoś nas porozsuwał w czasie, być może o ułamki sekund. Bo jak inaczej podzielić jedność?"

Dostrzegam w tym jego komentarzu sporą celność. Także w innych jego komentarzach, na przykład w tym:
 

"Widzę, jak różne są spojrzenia na zjawiska przyrody. Chylę czoła przed tymi którzy próbują dojść prawdy. Naprawdę jestem pełen podziwu. Dyskurs u A.J [Arkadiusza Jadczyka - przyp mój]zaczyna być coraz bardziej twórczy. Pewnie zauważyłaś, że S.H, Waldemar, A.J. i inni, po grudach, ale zaczynają się wspierać. Dostanie mi się za taką uwagę, ale liczę się z tym. To jest właśnie upływ czasu. Wszyscy mają rację, ale pojedynczo każdy ma tylko część. Tylko, że jeszcze o tym nie wiedzą."

Rozumiem doskonale i też tak to postrzegam. Chciałabym, bysmy naprawdę umieli wzajemnie sie wspierać. Takie jest moje marzenie. Najtrudniej jest zacząć się wzajemnie rozumieć i dostrzegać te części w innych "koncepcjach", które są puzzlami uzupełniającymi się wzajemnie. Ego często nie pozwala nam na podjęcie wpółdziałania. Ambicja często jest ważniejsza po stokroć niż poszukiwanie wspólnej płaszczyzny porozumienia, tworzenie wspólnej konstrukcji, dzieła. Tak zbyt często działał człowiek do tej pory. Może czas to zmienić?

Jednakże jeszcze nadal tak się dzieje w zasadzie we wszystkich dziedzinach życia i nauki, kiedy motywem przewodnim działania nie jest poznanie prawdy, lecz zaspokajanie ambicji wybujałego ego. Czasem trudno je ujarzmić. Ego jest jak koń, który często prowadzi swojego jeżdżca tam gdzie gdzie chce on sam - bo jest dziki i nieokiełznany. Wielką mądrością i talentem jeżdżca jest ujarzmienie tego dzikiego konia ego. Dopiero wówczas może on dowieżć do celu wytyczonego przez jeżdżca. 

Pragnęłabym współpracy i wzajemnego szacunku do tych drobnych indywidualnych "odkryć" (Henperola, Zbiga fg, Waldemara M., Arkadiusza J., Stanisława Hellera, Einego, moich oraz  innych "odkrywców"), ale wiem, że nie każdy ma taki cel. I to, co napisał Muki o podkradaniu sobie pomysłów jest także prawdą o sposobach działania, powiedzmy że sporej części "naukowców" dla których nagrody, poklask i "prawo pierwszej nocy" są celem i motorem działania. Ale istnieje inna prawda, o innych sposobach działania oraz o tym, że dla każdego z nas indywidualne odkrywanie prawdy o prawach Przyrody jest pasjonującym zajęciem, którego cel pozostaje jednak dla większości wielką nieznaną. A może jest tak,  jak napisał Ufoludek:

"Mamy fizycznie odkryć istnienie duszy, wyższej jażni, stąd taka determinacja. Musi być ponad nami jakiś katalizator. Wiem, powiedzą, że cechą człowieka jest pęd do wiedzy, chęć poznawania jak wszystko działa.
Nie wiem tego, ale na logikę tak mi to wygląda, że musi być kres poznania, a będzie nim odkrycie duszy. Czas jest przydatny gdy trzeba coś zrobić, do bycia jest zbędny."
 

Przy odkrywaniu duszy rzeczywiście wprowadzanie coraz większej dyscypliny dla ego ma wielkie znaczenie. Może Ufoludek dostrzegł coś, czego my jeszcze dostrzec nie potrafimy? Może w tym wyprzedził nas o "ułamek sekundy"? Intuicja mi podpowiada, że w tych jego słowach zawiera się oczywista prawda. Osobiście jestem w procesie poznawania duszy. Odkrycie jej może jednak być czasem wielkim szokiem dla jej odkrywców :-)))

z miłością

M.