Tervehdys ihmiset!
kertokaapa mitä valo on? en tarkoita nyt aurinkoa tai revontulia, mutta ihan tavallista hehkulamppua tai lamppua vain.
Mitä valo on fyysisesti, millä yhdellä sanalla sitä voi kuvata, esim. atomit, hiukkaset...? Vaiko säteilyä?
kertokaapa mitä valo on? en tarkoita nyt aurinkoa tai revontulia, mutta ihan tavallista hehkulamppua tai lamppua vain.
Mitä valo on fyysisesti, millä yhdellä sanalla sitä voi kuvata, esim. atomit, hiukkaset...? Vaiko säteilyä?
Vastaukset 29
Vanhimmat
säteilyä.
Siis sähkö-ja magneettikentän vuorottelua
tietyllä taajuusalueella.
Siis ihan samanlaista kuin radioaallot,
paljon suuremmalla taajuudella vain.
Tietyissä oloissa valo käyttäytyy kuten
hiukkaset.
Valo"hiukkasista" käytetään nimitystä Fotoni.
Valon "syvintä" olemusta lienee ei kukaan tiedä.
Valo käsittää samanaikaisesti sekä sähkökentän että magneettikentän; ne eivät "vuorottele". Valo on sähkömagneettista vuorovaikutusta siinä missä magneettien tai varausten välinen veto- tai poistovoima. Mutta valon tapauksessa tuo vuorovaikutus on jaksollisesti värähtelevää; kuten aallot järven pinnalla, jotka välillä nostavat venettä ylös ja välillä laskevat alas.
Tosiaankin, valon käytön on samanaikaisesti hiukkasmaista ja aaltomaista. Tosin fotoni ei oikeastaan ole valohiukkanen siinä mielessä, että niitä ilmassa lentelisi kuin luoteja Irakin taivaan alla. Fotoni on tavallaan "energiapaketti": energia kenttään ja siitä pois tapahtuu noina pieninä paketteina.
"Valo käsittää samanaikaisesti sekä sähkökentän että magneettikentän; ne eivät "vuorottele"."
Tutustupa sähkämagneettisen kentän teoriaan.
Sähkökentän energia siirtyy magneettikenttään,
magneettikenttä on suurimmillaan kun sähkökenttä
on nolla. Sitten sähkökenttä purkaa energiansa
magneettikentäksi. Jne. Jne.
Miljardeja kertoja sekunnissa.
Uskoisin, että olen kohtuullisen hyvin tutustunut sähkömagneettisiin kenttiin, niiden parissa puuhailen päivät.
Tilanne ei suinkaan ole se, että energia menee kentästä toiseen, koska sähkö- ja magneettikenttä ovat saman ilmiön kaksi eri puolta, jopa siten, että toisen havaitsijan mielestä systeemissä on vain sähkökenttä, mutta toisen havaitsijan mielestä siinä on myös magneettikenttä.
Viittaat tuossa kenties yhteen erikoistapaukseen, eli lineaarisesti polaroituun tasoaaltoon, jossa välillä sähkökenttä häviää ja silloin magneettikenttä on maksimissa. Mutta jos esimerkiksi tarkastelet ympyräpolaroitua kenttää, niin siinä sähkökenttän energiatiheys taitaa olla ajan suhteen vakio. Ja kun tarkastellaan monimutkaisempia kenttiä, sähkö- ja magneettikenttä käyttäytyvät jo aika paljon monimutkaisemmin.
nyt menee jo niin syvälliseksi että
täytyypi vissiin itseni päivittää tietojani.
Minulla on kyllä vissi mielikuva ympyräpolarisaatiosta ja sen energiajakautumasta
kokonaisuutena ja pienessä avaruuden osassa mutta
en osaa oikein sisäistää asiaa.
... vaan kuuntelemaan, kun seuraavan kerran asiaa opetan...
E=kB
E=sähkökenttä,
k=vakio,
B=magneettikenttä.
Jos siis E=0 niin B=?
No ei nyt ihan noin... Sekä sähkö- että magneettikenttä ovat vektorisuureita; niillä on sekä suunta että suuruus. Siten esimerkiksi sähkökentällä on sekä ajasta että paikasta riippuvat vektorin komponentit E_x, E_y ja E_z. Samoin magneettikentällä on kolme komponenttia.
Tuossa ehkä olet tarkoittanut lineaarisen polarisaation tapauksessa esimerkiksi sähkökentän x-komponenttia ja magneettikentän y-komponenttia kun tasoaalto etenee z-akselin suuntaan, tai jotain muuta vastaavaa erittäin rajoittunutta tilannetta. Yleisesti homma menee hiukan monimutkaisemmaksi.
Menikö noin metsään? Muistelin, että fotonin magneettikentän voimakkuus menee käsi kädessä sähkökentän voimakkuuden kanssa. Kun E=max, B=max ja kun E=0, B=0. Mutta tuo taisikin olla lukiofysiikkaa.
Tuo on aika yliyksinkertaistettua tässä-kaava-jota-voit-kokeilla-käyttää-jos-et-tiedä-mitä-tehdä-fysiikkaa.
Asian pohdiskelussa kannattaa lähteä liikkeelle ihan perinteisestä sähköopista: otetaan vaikka yksi positiivinen ja yksi negatiivinen varaus, jotka vaikka kiertävät toisiaan tai muuten vaihtelevat suhteellisia paikkojaan. Jossain kaukana yksinäinen varaus huomaa, että siihen kohdistuu voimat molemmista näistä liikkuvista varauksista, osa voimasta riippuu tämän yksinäisen varauksesta (Lorentz-voiman termi varaus * sähkökenttä) ja osa riippuu myös nopeudesta (termi virran ristitulo magnettisen induktion kanssa). Kun nuo kaksi varausta liikkuvat harmonisesti ja vuorovaikutus näkyy viiveellä (valon äärellinen nopeus), niin tätä yksinäistä riepoittelee sähkömagneettinen aalto. Voimat ovat vektorisuureita, eli kumpikin noista voiman termeistä on sellaisia, että niillä on suuruus ja suunta. Ne myös riipuvat toisistaan; näin on oltava, koska tämän yksinäisen liike (eli virta) riippuu siitä, kuka sitä liikettä tarkastelee.
Ei muuta kuin paperia ja kynä ja piirtelemään voimavektoreita. Kun kenttiä ajattelee vektoreina, ei tarivtse erikseen sitten ihmetellä, että syntyy interferenssiä. Se on seurausta siitä, että vektoreita summattaessa voimat voivat kumota toisensa.
Voidaan myös väittää, että valo EI olekkaan sähkömagneettista säteilyä, vaan että valoa ja monta muuta samankaltaista säteilyä saadaan aikaan sähkömagneettisin menetelmin.
Siis syy ja seuraus vaihtavat paikkaa....
Luokittelu sähkömagneettiseksi säteilyksi lienee jossain määrin muoti-ilmiö radiotekniikan kehittymisen seurauksena.
Valoa voi synnyttää erilaisin keinoin, mutta valon on sähkömagneettista säteilyä. Radioaallot, lämpösäteily, valo, ultravioletti, röntgen, ... ovat kaikki sähkömagneettista säteilyä.
Ja Poyntinging vektorissa olisi jotain vaihtelua.
Fotoneja, eli atomia pienempiä hiukkasia.
Miten hiukkanen selittää eri värit? Ja vaikkapa prisman?
Valo on sähkömagneettista säteilyä, jolla on sekä hiukkas (fotoni) että aaltoluonne. Jopa yksittäisillä fotoneilla on aaltoluonne. Omituista, mutta niin se vaan on.
Miksi? Siksi!
Valo on sähkömagneettista säteilyä.
Seuraavaksi voi kysyä, mitä on sähkömagneettinen säteily. Näihin kysymysketjuihin ei tule loppua. Paras tapa vastata onkin kuvata asian tärkeimmät ominaisuudet.
Sähkömagneettista säteilyä on hyvin eritaajuista. Eritaajuiset säteilyt ihminen kokee hyvin eri tavoin.
- sähkötöpseli ei käytännössä juuri säteile
- radioaaltojen olemassa olon tuntee jokainen
- lämpösäteily on "hyvin suuritaajuista radiosäteilyä"
- valo on se sähkömagneettinen säteily, jolle silmä on herkkä (evoluutio optimoi silmän auringon säteilylle)
- valoa kovempia säteilyjä ovat ultravioletti (ruskettaa), röntgen ja kosminen säteily
Sähkömagneettisen säteilyn lajit ovat eri taajuisia, ne värähtelevät yhä nopeammin edellisen luettelon järjestyksessä. (On oikeastaan aika kumma juttu, että ne kaikki ovat yhtä ja samaa säteilyä.)
Sähkömagneettinen säteily etenee tyhjiössä 300 000 km/s. Tällöin yhden värähtelyn aikana edetty matka, aallonpituus, voidaan määrätä. Radioaaltojen aallonpituus vaihtelee suunnilleen 300 m ... 0,3 cm. Valon aallonpituus on siinä 0,7 mikrometriä (alle millimetrin tuhannesosan). Tämä tarkoittaa muunmuassa, että valomikroskoopilla ei voi tätä pienempiä asioita nähdä.
Sähkömagneettinen säteily koostuu sähkö ja magneettikentästä, jotka värähtelevät.
Säteilyllä on myös hiukkasluonne (älä kysy miksi, fysiikka ei osaa siihen vastata), tietyn taajuinen säteily koostuu tietyn kokoisista energia paketeista. Tämä näkyy tietyissä valosähköisissä ilmiöissä, säteilyn määrä ei vaikuta, vaaditaan vähintäin tietyn taajuista säteilyä, yms.
"-radioaaltojen olemassa olon tuntee jokainen"
Olenkohan outo kun en radioaaltojen olemassa oloa tunne. En áinakiin ilman jonkinlaista radiovastaanotinta;)
radiomastoon lähettimen eteen niin johan rupeaa tuntumaan. Radiomastojen läheltä löytyy myös usein grillatuja lintuja kun ne on lentänyt liian läheltä lähetintä.
... on nimeni lisäksi myös yksi keskeinen sähkömagneettisen säteilyn ominaisuus. Eli sähkömagneettinen kenttä on vektorisuure. Vektoriluonteen ja kenttien merkityksen voi ehkä parhaiten ymmärtää Lorentzin voiman kautta: kentän kuvaavat sitä, miten hiukkase vuorovaikuttavat keskenään.
Tästä tullaan heti siihen, että valo jo aallonpituutensa suuren koon johdosta on useamman kuin yhden atomin aikaansaannos. Ja nimenomaan pintailmiö materiassa, koska sillä on polarisaatio, joka voidaan aina piirtää pinnalle.
Se että voiko yksittäinen atomi tuottaa havaittavaa gamma-säteilyä..... siihen voi joku tietää vastauksen? Ainakin aallonpituutensa puolesta ehkä.
Eikös fosforenssi/fluoresenssissa yksittäinen atomi tuota "näkyvän" valon aallonpituuksisia kvantteja?
Qed selitä valon fotoneina ja Maxwellin yhtälöt ovat approksimaatio kun fotoneja on riittävästi ja fotonin energia on riittävän pieni. Myös säkömagneettinen voima selitetään fotonien vaihtona.
lyhyesti siis...
voinko sanoa yksinkertaisesti että valossa on hiukkasia?
vaikka se ei olisi koko fysiikan maailman totuus valosta, mutta ainakin osa sitä:)
vain meneekö totaalisesti pieleen? valohan on siis säteilyä aaltoliikkeessä?
Ei vo sanoa. Sähkömagneettinen aaltoliike on vuorovaikutusta, joka etenee aaltoliikkeen tavoin (koska vuorovaikutus etenee äärellisellä nopeudella ja se voidaan aina lineaarisessa systeemissä palauttaa harmonisten aaltojen summaksi). Energia siirtyy aaltoliikkeeseen ja siitä pois aina pienimpien energiapakettien (fotonien) monikertoina.
Valoa voidaan kuvata sekä hiukkasten (fotonien) avulla että kenttänä. Kumpikin on ihan yhtä pätevä esitystapa eivätkä nämä ole keskenään ristiriitaisia lähestymistapoja vaan vain eri näkökulmia.
Polarization, vastaapa kysymykseeni.
Miksi väitetään että on olemassa hiukkasia, kuten fotoneja, joiden lepomassa on nolla? Koska fotoni kulkee valon nopeudella, olisi tietysti mahdotonta, että sen lepomassa olisi nolla. Silloinhan se painaisi loputtoman paljon valon nopeudessa tyhjiössä. Miten fotoni yhtäkkiä voi saada massaa kun se lähtee liikkeelle? Silloin sillä pitäisi olla energiaa joka on "sama" asia kuin massa? Eikö ole fotoneja lepotilassa?
[lainaus]
Miksi väitetään että on olemassa hiukkasia, kuten fotoneja, joiden lepomassa on nolla?
[/lainaus]
Koska niin näyttää olevan ainakin mittaustarkkuuden rajoissa, joka on varsin hyvä.
[lainaus]
Koska fotoni kulkee valon nopeudella, olisi tietysti mahdotonta, että sen lepomassa olisi nolla.
[/quote]
Häh? Eikös ennemminkin olisi mahdotonta, että se liikkuisi valon nopeudella, jos sillä olisi massa?
[lainaus]
Miten fotoni yhtäkkiä voi saada massaa kun se lähtee liikkeelle?
[/lainaus]
Ei kai mitenkään.
[lainaus]
Eikö ole fotoneja lepotilassa?
[/quote]
Ei, mikäli se on sen mukainen kuin näyttää, eli lepomassaton.
Koska materian pinta-atomit ovat vain toispuoleisesti sidoksissa tausta-atomeihin, niin niiden liikkuminen on vapaampaa.
Näihin pinta-atomeihin osuu (veto)voima-aalto, joka pyrkii poreiluttamaan niitä tietyllä tavalla. Riippuen kuitenkin materian atomirakenteesta, ne voivat poreilla vain tietyillä tavoilla ja tämä havaitaan kappaleelle ominaisena värinä. Esimerkiksi punainen seinä loistaa punaisena, eikä valkoisena vaikka siihen osuisikin valkoista valoa auringosta.
Se että hilakokeilla voidaan saada aikaan ilmiöitä vastaanottavassa materiassa johtuu nimenomaa siitä, että kyseessä on voimakenttä joka etenee useita reittejä ja vastaanottavan materian pinnan "leikki" riippuu siihen kohdistuvasta summa-aallosta, joka voidaan saada aikaan monella eri tavalla. Valoa lähettävässä kappaleessa tämä "leikki" johtuu vaikkapa materian atomien lämpövärähtelyistä.
Tämä poreilu on säännönmukaista ja se ilmentää taikka edustaa valon aaltoluonnetta. Hiukkasluonteisuus johtuu siitä, että atomit reagoivat hiukkasgeometrisesti tausta-atomien kanssa (esimerkiksi peilauslait jms.). Siitä huolimatta valon siirtyessä siirtyy vain energiaa, mutta ei hiukkasia. Ja valo on siis massatonta ja lähinnä vain aaltomodulaatio materian kentässä.
Jos kaksi materian kenttää liikkuu toistensa suhteen, niin näissä kentissä etenevä modulaatio sopeutuu kyseisten kenttien liikkeeseen siten, että kussakin paikallisessa kentässä saavutetaan kyseisen kentän paikallinen valon nopeus silloin kun kenttä on vallitseva. Vallitsevana kenttänä toimii aina se, jolla on suurin massa ja kenttien välillä vaikutus muuttuu kokonaismassoihin verrannollisesti.
Suomeksi sanottuna avaruus on siinä olevan materian välitila niinkuin itse materia.... etäisyydet vain ovat huomattavasti suuremmat kuin varsinaisessa materiassa.
Voidaan ajatella tehtävän koe kahdella lasin palasella autiossa avaruudessa. Kyseisissä aineissa valo liikkuu lasille ominaisella nopeudella kummasakin erikseen. Jos kappaleet ovat suhteellisessa liikkeessä toistensa suhteen, niin valon nopeus vaihtuu niiden välissä. Jos muita kenttiä ei vaikuta lasien välissä kuin ko. lasikappaleet, niin valon nopeus lasinkappaleiden välissä määräytyy vain kyseisten kappaleiden massoista ja liiketiloista.
Maapallolla tehtynä edellinen koe vääristyisi mm. maapallon ja auringon painovoimien johdosta.
http://www.ahola-valo.fi/ahola.htm