Наверняка вы догадываетесь откуда берется такая идея. Классическая призма Ньютона умеет разделять луч света на спектры. При этом из белого луча получается сразу семь лучей, распределенных согласно цветам радуги. Можно предположить, что каждый новый луч света определенного цвета - это набор отдельных фотонов. Ребром вопрос встанет в том случае, если попытаться обработать так одиночный фотон. Так как будет правильно и что с ним произойдёт?
С одной стороны, если рассматривать фотон как частицу, то любое такое "разделение" должно подразумевать его распад на составляющие. С другой - если это пакет энергии, то ничто не мешает просто разложить один большой поток на спектры. Но ответ, как обычно, будет где-то между.
В ситуации с одним фотоном могут произойти только две вещи: он может пройти сквозь материал призмы, не поглощаясь, или он может быть поглощен атомом материала призмы, в результате чего электрон в этом атоме перепрыгнет на более высокий энергетический уровень. Если это произойдет, то через небольшой промежуток времени (мы не можем точно знать, сколько времени) этот электрон вернется на свой более низкий энергетический уровень и новый фотон будет излучаться в случайное направление и со случайными параметрами (частотой и длиной).
Ключевой момент, который в корне изменит ваше понимание задачки состоит в то, что это не тот же самый фотон - это новый фотон. Этот новый фотон может затем покинуть материал в целости и сохранности или также может быть поглощен чем-то другим ближе "к выходу". Многие процессы поглощения/излучения могут произойти до того, как какой-то фотон наконец выйдет из материала.
Частота фотона будет влиять на детали всего этого - какие энергетические уровни задействованы и так далее, но вы просто не сможете увидеть поведение призмы, глядя только на один фотон. Это происходит, когда у вас есть много фотонов с широким спектром частот или луч белого света.
Помните, что фотоны, испускаемые при падении электронов на более низкие энергетические уровни, испускаются в случайных направлениях. Учитывая это, вы можете задаться вопросом, как же вообще можно добиться такого рода хорошо упорядоченного поведения, как разделение цветов да ещё и строго по радуге?
Чтобы понять это, вы должны принять во внимание, что действительно правильный способ думать об этих проблемах - это осознавать, что это волновая функция фотонов. В конечном итоге то, что вы рассчитываете в точке наблюдения - это полная волновая функция, которая возникает из всех возможных путей, которые фотон может пройти через материал (включая все возможные закономерности событий поглощения/излучения), суммированных в точке наблюдения. Эта окончательная волновая функция точки наблюдения позволяет вычислить вероятность обнаружения фотонов в точке.
Когда задействовано огромное количество фотонов, это даст ожидаемую в этот момент интенсивность, а частота является параметром, который на это влияет. Разные частоты в любой данной точке имеют разную интенсивность. И тогда вы можете увидеть эффект разделения на спектры.
Суть в том, что для одного фотона существует лишь некоторая вероятность его обнаружения, которая варьируется от точки наблюдения к точке наблюдения. Где-то вы его найдете, но это не откроет вам никаких законов классического масштаба. Если потом аппроксимировать результат, то да, при большом количестве фотонов получится призма Ньютона.
⚠️ На всякий случай потихоньку переношу материалы с ДЗЕНа в Телеграм и делаю архив. Мало ли что...Читайте лучшие статьи с канала здесь и не забывайте подписаться!
---
⚡ Обязательно подпишитесь на Telegram проекта и читайте эксклюзивные статьи! Обновления каждый день!