Когда свет от звезды распространяется и ослабевает, образуются ли промежутки между фотонами?

Ответ зависит от того, как вы смотрите на свет. Однако при наиболее точном подходе промежутки между фотонами не образуются по мере распространения света. Свет состоит из крошечных фундаментальных частиц, называемых фотонами. Фотон — это квантовый объект. Таким образом, фотон действует немного как частица и немного как волна, но на самом деле это нечто более сложное.

Если вы посмотрите на свет как на набор маленьких частиц, вы можете сказать, что более тусклый свет имеет более разбросанные фотоны. Но они не расходятся в космосе во время полета. Скорее, они распределяются во времени и пространстве по мере их получения.

Достаточно чувствительное устройство счетчика фотонов может регистрировать прием света по одному фотону за раз. Посветите на такое устройство, и оно не будет воспринимать свет как устойчивый поток. Скорее, оно принимает свет как серию дискретных пучков энергии, разделенных промежутками во времени.

Точно так же направьте свет на достаточно чувствительный массив счетчиков фотонов, и он получит свет в точечных местах с пространственными зазорами между ними. При таком взгляде на луч света всегда между фотонами есть промежутки, вне зависимости от того, будет ли свет очень ярким или очень тусклым.

Очень тусклые световые лучи имеют большие промежутки во времени и пространстве между приемом каждого фотона по сравнению с более яркими световыми лучами. Свет очень далекой звезды распространился на очень большую площадь и при этом стал очень тусклым. Следовательно, промежутки между приемом фотонов от очень далекой тусклой звезды велики. Опять же, промежутки есть только во времени приема и местах. Между движущимися фотонами нет промежутков в пространстве.

Если смотреть на свет как на волну, то промежутков нет, если их специально не создать. Конечно, если вы несколько раз включаете и выключаете фонарик, световой луч, исходящий от вашего фонарика, будет иметь пробелы.

Точно так же, если вы направите непрерывный луч света через ставни, которые постоянно открываются и закрываются, вы можете создать промежутки. Но если вы направите непрерывный луч света в свободное пространство, волна пойдет без промежутков и, следовательно, не будет образовывать промежутков при движении.

Волны — это колебания поля, которые плавно распространяются в пространстве. Распространение волны на большую площадь просто ослабляет силу волны, но не вызывает образования промежутков. Следовательно, если вы посмотрите на фотоны как на волны, в свете никогда не образуются пространственные промежутки, когда он движется через свободное пространство, независимо от того, насколько он становится тусклым.

Грубый, но полезный способ взглянуть на фотоны — это то, что они действуют как волны при движении и действуют как частицы при взаимодействии с материей. В контексте звездного света свет путешествует в космосе миллионы лет, действуя как волна, а затем действует как совокупность частиц при попадании в детектор фотонов, телескоп или глаз.

Таким образом, каждый фотон при обнаружении коллапсирует от большей части волновой формы до частицы. Поскольку фотоны во время движения в основном действуют как волны, между ними не возникает промежутков во время движения.

А поскольку фотоны действуют в основном как частицы при их обнаружении, то есть промежутки во времени регистрации фотонов и в местах их обнаружения. Акт обнаружения света заставляет его коллапсировать из волновой формы в форму подобную частице и, следовательно, создавать промежутки. Очень тусклый световой луч от далекой звезды имеет очень слабую волновую величину, что приводит к большим перерывам в приеме фотонов.

Смотрите также: Чему равен один год с точки зрения фотона?

Более ранняя версия этой статьи была опубликована в июле 2021 года.