Citat:
Ursprungligen postat av
Fri
För att olika färger DEFINIERAS som olika längder.
Du kan nog fråga vem som helst och få svaret att det är kontraintuituvt. Eller titta efter själv och se huruvida du kan skilja mellan föremåls färg och längd...
Nej, olika färger DEFINIERAS inte som olika längder.
Fundamentalt så kan man, löst taget, säga att olika färger "definieras" som olika energinivåer hos fotoner. Fotoner med med energin 1,8 eV upplevs av människan som röd, fotoner med energin 2,7 eV uppleves som blå.
Som säkert bekant finns sambandet E = hf, mellan energin hos en foton och frekvensen hos strålningen den utgör. I ett kvantmekanisk sammanhang har frekvensen att göra med hur snabbt den komplexa sannolikhettäthetsvågen varierar men i en klassisk förklaring (med tillräckligt många fotoner), motsvarar det hur snabbt svängningarna i det elektromagnetiska fältet varierar, det vill säga hur många svängningar, det vill säga vågor, per tidsenhet som infaller.
Således kan man som en konsekvens av det säga att elektromagnetisk strålning som utgörs av fotoner med energin 1,8 eV har en frekvens av 434 THz och uppleves som röd medan elektromagnetisk strålning som utgörs av fotoner med energin 2,7 eV har en frekvens av 653 THz och upplevs som blå.
Eftersom vi vidare har en konstant utbredningshastighet för vågen, nämligen ljusfarten c, så finns det på samma sätt som mellan energi och frekvens ett direkt och proportionerligt samband mellan frekvens och våglängd: f = c/λ.
Således kan man som en konsekvens av det säga att elektromagnetisk strålning som utgörs av fotoner med energin 1,8 eV har en frekvens av 434 THz därför även en vågländ på 691 nm och uppleves som röd medan elektromagnetisk strålning som utgörs av fotoner med energin 2,7 eV har en frekvens av 653 THz och därför även en våglängd på 460 nm och upplevs som blå.
Våglängd är ett klassiskt fenomen och klassiskt fysik är inte fundamental, kvantfysiken är mer fundamental än klassisk. Således kan man, om man frågar mig, inte säga att färg DEFINIERAS utifrån längd. Däremot kan man härleda en våglängd utifrån färg.
Sen gällandes den rumsliga utbredningen av vågen:
Tänk dig att vi har en foton med en viss energi som färdas genom rummet. Denna foton är punktformig och rör sig med konstant hastighet - utan att svänga fram eller tillbaka åt något håll. Genom rummet så ritar den alltså ut en linje:
______________________________________
Denna foton är som sagt punktformig - har ingen rumslig utsträckning - och rör sig helt rakt fram utan att svänga något i rummet. Inneboende i denna foton finns en liten pil, den här pilen (som inte sträcker sig ut i rummet utanför fotonen) snurrar hela tiden runt runt runt, med en vinkelhastighet som är proportionerlig till energin hos fotonen.
Den här pilens funktion är att avgöra hur fotonen skall knuffa på laddade partiklar som den stöter på. Om pilen pekar rakt upp när den träffar på en elektron så kommer fotonen att knuffa elektronen åt ett visst håll och om den pekar rakt ner kommer den knuffa elektronen åt motsatt håll. Om den är någonstans däremellan så kommer den knuffa elektronen i motsvarande riktning lika mycket som pilens komposant i den riktningen.
Tänk dig sen att vi observerar en strid ström med dessa fotoner som rör sig längsmed samma linje. Vi noterar att alla pilarna inte är i fas, efterhand som fotonerna rör sig längsmed linjen så hinner ju pilarna rotera något. Fotonen precis i början av vår tänka linje har en pil som pekar rakt uppåt, klockan tolv. Fotonen som är en centimeter längre fram har en pil som pekar klockan fyra. Fotonen som är två centimeter längre fram har en pil som pekar klockan åtta. Fotonen som är tre centimeter längre fram har en pil som återigen pekar klockan tolv.
Vi kan alltså dra slutsatsen att fotonen hinner färdas tre centimeter under tiden som det tar för fotonens pil att snurra ett varv. Det här är en våglängd, en våglängd på tre centimeter. Anledningen att våglängden blir tre centimeter är för att fotonens pil snurrar med en viss vinkelhastighet, det vill säga har en viss frekvens (10 GHz) och det beror på att fotonen har en viss energi (~41 µeV).
