مقایسه فونون و فوتون


مقایسه فونون و فوتون

نوشتهاز سوی ya30 در شنبه 18 اسفند 1397 - 21:50

فرق بین فوتون و فونون چیه؟!
زین خلق پر شکایت گریان شدم ملول

آن های هوی و نعره ی مستانم آرزوست
نماد کاربر
 
سپـاس : 15

ارسـال : 52


سن: 24 سال
نام نویسی: 91/8/24

ذکر نشده

Re: مقایسه فونون و فوتون

نوشتهاز سوی paradoxy در يكشنبه 19 اسفند 1397 - 01:16

امواج الکترومغناطیسی رو اگر بخوان به شکل ذره ای بررسی کنند به شکل بسته های کوانتومی انرژی در نظر می گیرن که اسمش رو گذاشتن فوتون. سرعت فوتون در خلاء برای تمام ناظر ها c هست و جرم سکونش صفره.
امواج مکانیکی و صوتی، مثل ضربه ای که به یک در می زنید و در محیط مادی منتشر میشه رو اگر بخوان به شکل ذره ای بهش نگاه کنند، در بسته هایی از انرژی در نظر می گیرن که اسمش رو گذاشتن فونون. فونون سرعتش c نیست، شاید بشه بهش جرم سکون هم نسبت داد (من ندیدم جایی این کار رو بکنن ولی دیدم جرم گرانشی بهش نسبت دادن) علاوه بر این وقتی می خوان رفتار جمعی الکترون ها توی ابررسانا رو از نظر تئوری بررسی کنن، از این فونون ها استفاده می کنند.
نماد کاربر
 
سپـاس : 794

ارسـال : 1637


نام: داود حاجي تقي تهراني
سن: 13 سال
نام نویسی: 93/10/22

ذکر نشده

Re: مقایسه فونون و فوتون

نوشتهاز سوی ya30 در يكشنبه 26 اسفند 1397 - 22:54

paradoxy نوشته است:امواج الکترومغناطیسی رو اگر بخوان به شکل ذره ای بررسی کنند به شکل بسته های کوانتومی انرژی در نظر می گیرن که اسمش رو گذاشتن فوتون. سرعت فوتون در خلاء برای تمام ناظر ها c هست و جرم سکونش صفره.
امواج مکانیکی و صوتی، مثل ضربه ای که به یک در می زنید و در محیط مادی منتشر میشه رو اگر بخوان به شکل ذره ای بهش نگاه کنند، در بسته هایی از انرژی در نظر می گیرن که اسمش رو گذاشتن فونون. فونون سرعتش c نیست، شاید بشه بهش جرم سکون هم نسبت داد (من ندیدم جایی این کار رو بکنن ولی دیدم جرم گرانشی بهش نسبت دادن) علاوه بر این وقتی می خوان رفتار جمعی الکترون ها توی ابررسانا رو از نظر تئوری بررسی کنن، از این فونون ها استفاده می کنند.


خب ماهیت فونون دقیقا چیه؟
انرژی موج رو نشون میده؟
زین خلق پر شکایت گریان شدم ملول

آن های هوی و نعره ی مستانم آرزوست
نماد کاربر
 
سپـاس : 15

ارسـال : 52


سن: 24 سال
نام نویسی: 91/8/24

ذکر نشده

Re: مقایسه فونون و فوتون

نوشتهاز سوی paradoxy در يكشنبه 26 اسفند 1397 - 23:21

ماهیت، ذات، و ازین جور سبک سوالا رو بلد نیستم جواب بدم.
انرژی موج رو به شکل تقسیم بندی شده نشون میده. مثال میزنم، مثلا یک موج صوتی رو میشه با یک تابع سینوسی توصیف کرد که در بخشی از فضا گسترده شده. برای نسبت دادن انرژی به این موج، دامنش رو در نظر می گیریم. در حالی که همین موج صوتی رو میشه با ذرات گسسته ای هم توصیف کرد که بهش میگیم فونون. اون موقع برای اندازه گیری انرژی موجود در همین موج صوتی، باید تعداد فونون ها و انرژی بسته بندی شده در هر کدوم رو بدونیم. راستش فونون مفهومیه که منم زیاد باهاش رو به رو نشدم، فکر کنم کسایی خوب بتونن در این زمینه اظهار نظر کنن که ابررسانایی زیاد کار کرده باشند. بهرحال فونون فقط برای انرژی به کار نمیره، برای انتقال اطلاعات حالا به هر شکلی (مثلا در قالب تکانه و ...) هم استفاده میشه. در ابر رسانایی الکترون ها که فرمیونن (و بنابرین ترجیح میدن که تا جای ممکن از هم دور باشن و انرژی های متفاوتی رو اشغال کنند) مثل بوزون ها عمل می کنند (یعنی ترجیح میدن حالت های انرژی مشابهی رو داشته باشند) و بنابرین رفتار گروهی جدیدی پیدا می کنند. برای توصیف چرایی این رفتار الکترون ها در ابر رساناها، از مفهوم فونون ها استفاده میشه. با ریاضیاتش اصلا سر و کار نداشتم و همینطوری در همین حد کلی میدونم.

مثلا میگن الکترونه نوسان میکنه و میخوره به دیواره یون های مثبت تو ابرسانا، سبب به نوسان در اومدن اون دیواره یونی میشه، حالا اون نوسان دیوار یک فونون منتقل میکنه به الکترونی دیگه ای که یک جای دیگست کلا، و باعث میشه الکترونه هم به همون نوسان در بیاد و بنابرین همچین رفتار گروهی ای شکل میگیره.
نماد کاربر
 
سپـاس : 794

ارسـال : 1637


نام: داود حاجي تقي تهراني
سن: 13 سال
نام نویسی: 93/10/22

ذکر نشده

Re: مقایسه فونون و فوتون

نوشتهاز سوی ya30 در يكشنبه 26 اسفند 1397 - 23:30

paradoxy نوشته است:ماهیت، ذات، و ازین جور سبک سوالا رو بلد نیستم جواب بدم.
انرژی موج رو به شکل تقسیم بندی شده نشون میده. مثال میزنم، مثلا یک موج صوتی رو میشه با یک تابع سینوسی توصیف کرد که در بخشی از فضا گسترده شده. برای نسبت دادن انرژی به این موج، دامنش رو در نظر می گیریم. در حالی که همین موج صوتی رو میشه با ذرات گسسته ای هم توصیف کرد که بهش میگیم فونون. اون موقع برای اندازه گیری انرژی موجود در همین موج صوتی، باید تعداد فونون ها و انرژی بسته بندی شده در هر کدوم رو بدونیم. راستش فونون مفهومیه که منم زیاد باهاش رو به رو نشدم، فکر کنم کسایی خوب بتونن در این زمینه اظهار نظر کنن که ابررسانایی زیاد کار کرده باشند. بهرحال فونون فقط برای انرژی به کار نمیره، برای انتقال اطلاعات حالا به هر شکلی (مثلا در قالب تکانه و ...) هم استفاده میشه. در ابر رسانایی الکترون ها که فرمیونن (و بنابرین ترجیح میدن که تا جای ممکن از هم دور باشن و انرژی های متفاوتی رو اشغال کنند) مثل بوزون ها عمل می کنند (یعنی ترجیح میدن حالت های انرژی مشابهی رو داشته باشند) و بنابرین رفتار گروهی جدیدی پیدا می کنند. برای توصیف چرایی این رفتار الکترون ها در ابر رساناها، از مفهوم فونون ها استفاده میشه. با ریاضیاتش اصلا سر و کار نداشتم و همینطوری در همین حد کلی میدونم.

مثلا میگن الکترونه نوسان میکنه و میخوره به دیواره یون های مثبت تو ابرسانا، سبب به نوسان در اومدن اون دیواره یونی میشه، حالا اون نوسان دیوار یک فونون منتقل میکنه به الکترونی دیگه ای که یک جای دیگست کلا، و باعث میشه الکترونه هم به همون نوسان در بیاد و بنابرین همچین رفتار گروهی ای شکل میگیره.


خیلی ممنون از توضیحاتتون
من تصورم از فوتون این بوده که تو موج نوری اون چیزی که داره نوسان میکنه فوتونه
طبق این فرض مثلا تو نوسانات شبکه ( که فونون رو بهش نسبت میدن) اون چیزی که داره نوسان میکنه تو این مثال اتم ها هستن پس اینو درک نمی کنم که فونون این وسط چیکارست
البته فکر کنم کلا تصورم از فوتون و فونون از بیخ مشکل داره
برای همین در مورد ماهیت فونون پرسیدم
زین خلق پر شکایت گریان شدم ملول

آن های هوی و نعره ی مستانم آرزوست
نماد کاربر
 
سپـاس : 15

ارسـال : 52


سن: 24 سال
نام نویسی: 91/8/24

ذکر نشده

Re: مقایسه فونون و فوتون

نوشتهاز سوی paradoxy در دوشنبه 27 اسفند 1397 - 00:00

دو سه بار متنی رو راجب آزمایش دو شکاف نوشتم و پاک کردم چون نمیدونم از کجا باید شروع کنم. تصورتون تا حد قابل توجهی اشتباهه، اما در عین حال برام عجیبه که چون گفتید در مقطع ارشد دارید تحصیل می کنید، چطوری در مقطع لیسانس توجیح نشدید که فوتون و موج الکترومغناطیسی دقیقا چی هستند. قصد بی احترامی ندارم واقعا، ازین جهت میگم که خب نمیدونم آیا مثلا درس کوانتوم رو پاس کردید میتونم ازون مثال بزنم؟
ببینید ساده ترین ایرادی که میشه از نحوه تصورتون نسبت به فوتون و موج نوری گرفت (فونون رو بزاریم کنار اصلا)، اینه که من میتونم از شما همیشه این سوال رو بکنم که این فوتون ها، دقیقا "کجای" موج الکترومغناطیسی قرار دارند و دارن نوسان میکنند؟ چندتا هستن اصلا؟ مگر نه این که یک موج الکترومغناطیسی به شکل پیوسته در فضا گسترده شده؟ پس اگر بخوایم به هر نقطه از این موج که مشغول نوسان هست یک فوتون نسبت بدیم، اون موقع بینهایت فوتون باید در یک پرتوی نوری موجود باشه که خب نیست. شما یک چشمه نور خیلی کم شدت رو جلوی آشکار کننده فوتون بزاری مثلا میبینی هر 1 ثانیه یه صدای تیکی ازش در میاد.
نماد کاربر
 
سپـاس : 794

ارسـال : 1637


نام: داود حاجي تقي تهراني
سن: 13 سال
نام نویسی: 93/10/22

ذکر نشده

Re: مقایسه فونون و فوتون

نوشتهاز سوی ya30 در دوشنبه 27 اسفند 1397 - 23:06

بله واقعا ناراحت کننده هست که ارشد فوتونیک می خونم و همچین تصوری از فوتون داشتم.
ولی خداروشکر اصلاح شد
خیلی ممنون از شما smile072
از آزمایش دوشکاف منظ.رتون همون آزمایشی هست که رفتار ذره ای و موجی فوتون رو در حضور و عدم حضور آشکارساز نشون میده؟!
زین خلق پر شکایت گریان شدم ملول

آن های هوی و نعره ی مستانم آرزوست
نماد کاربر
 
سپـاس : 15

ارسـال : 52


سن: 24 سال
نام نویسی: 91/8/24

ذکر نشده

Re: مقایسه فونون و فوتون

نوشتهاز سوی paradoxy در سه شنبه 28 اسفند 1397 - 00:18

نه واقعا، من تضمین میکنم شما یقه ی دانشجوهای دانشگاه تهرانم که تازه این درسا رو پاس کردن بگیرید بازم از هر 10 نفر شاید دو سه نفرشون واقعا درست جواب بدند، چون هرچی نباشه این مفاهیم تا حد زیادی انتزاعی هست.

بله دقیقا همون آزمایش منظورمه. به نظرم این آزمایش تحلیل خوبی میتونه ارائه کنه از فوتون و خاصیت موجی نور. اگر جلوی یک چشمه نور، دو شکاف قرار بدیم (عملا میشه آزمایش یانگ) نقش تداخلی ای رو روی پرده مشاهده میکنیم که مربوط به امواج هست. این نقش تداخلی رو چطور میتونیم توصیف کنیم؟ میگیم هر شکاف دقیقا مثل یک چشمه نوری جداگانه عمل میکنه، و امواجی که از شکاف اول خارج میشه با امواج خارج شده از شکاف دوم تداخل میکنن و نقش تداخلی روی پرده میسازن. حالا درست در همین آزمایش اگر ما یک آشکار ساز در شکاف ها قرار بدیم، میبینیم ناگهان نقش تداخلی غیب میشه و چیزی که روی پرده میبینیم دقیقا مثل الگویی هست که اگر یک مشت تیله به سمت دو شکاف مینداختیم روی پرده می دیدیم. به عبارت دیگه انگار موجی نداریم، یک مشت ذره از دو شکاف رد شدن و اون نقش رو ساختن.

خب بالاخره نور موجه یا ذرست؟ آیا نور هم موجه و همزمان ذره ست؟ خیر! چه از نظر ریاضی و چه از نظر فیزیکی، موج یک تابع پیوسته و گسترده شده در فضاست مثلا سینوسی، کسینوسی چیزیه، در حالی که ذره یک نقطه هست و با چهار مختصه فضایی و زمانی در هر لحظه توصیف میشه محاله جفتش همزمان باشه. از طرفی اگر بگیم ذرات سوار بر موجن، خب سوالات دیگه ای پیش میاد که باید به اون ها هم پاسخ داد، مثل چیزی که بالا پرسیدم. یا میشه پرسید که آیا آشکار ساز بخش "موجی" فوتون هارو حذف میکنه که بعد ما نقش موجی نمیبینیم روی پرده؟. بهرحال میتونیم این سوال رو به این شکل پاسخ بدیم که بسته به آزمایشی که انجام میدیم، نور گاهی خواص ذره ای نشون میده که به این ذرات میگیم فوتون، گاهی خواص موجی، که مستقیم از معادلات ماکسول یا معادله شرودینگر بدست میاد. به عبارت دیگه ما نمیدانیمکه نور خارج شده از چشمه چیه واقعا، مادامی که مشاهدش نکنیم. همونطور که طبق کوانتوم هرگز قبل از اندازه گیری نمیتونیم بدونیم که یک الکترون کجاست، تکانه ش چیه و ...، برای فوتون هم همین بساط هست. پس به شکل خلاصه شده، اگر یک فوتون نور موقعیتش اندازه گیری نشده باشه، از نظر کوانتوم اون فوتون به شکل یک موج در فضا گسترده شده. (یه دونه فوتون ها!) و اگر بدونیم کجاست اون فوتون، مثلا با یک آشکار ساز، اون موقع فوتون مثل یک فوتون (ذره) عمل میکنه. برعکس این حرفم صادقه. یعنی نور موجی هست که در فضا گسترده شده مادامی که آشکارساز خاصی رو به روش قرار ندیم. اما به محض اینکه آشکار ساز بزاریم، تمام موج در یک نقطه "جمع" میشه که به اون نقطه میگیم فوتون، و رفتار ذره ای میبینیم. جمع شدن کل موج توی یک نقطه رو با تبدیل فوریه توصیف میکنیم که میایم تمام امواج با فرکانس های مختلف رو جمع میزنیم تا چیزی که حاصل میشه در یک نقطه ماکسیموم باشه و در نقاط دیگه صفر.

از تفاوت های شاخص دیگه ی موج و ذره میشه به انرژی اون ها اشاره کرد. در حالی که انرژی یک فوتون، متناسبه با فرکانسش، انرژی یک موج گسترده شده در فضا متناسب با دامنش. مفهومی مثل دامنه اصلا برای یک فوتون که ذرست قابل تعریف نیست. فرکانسم سرعت نوسان نقاط موج در فضا رو معین میکنه و هیچ تاثیری در انرژی موج نمیزاره.

پ.ن: البته n تا تفسیر دیگه هم از کوانتوم هست، مثل مسیرهای فایمن، یا همین جهانای موازی، تفسیر بوهمی و ...، که اونا هم درستند. اما استانداردترین و ساده ترین چیزی که میشه گفت همونی هست که نوشتم. مثلا در تفسیر مسیرهای فایمن، یک فوتون نور وقتی آشکار ساز نباشه، همچنان یک ذرست که تمام مسیرهای ممکن رو همزمان طی میکنه و بنابرین چیزی که روی پرده مشاهده میکنیم مثل خاصیت موجیه.
نماد کاربر
 
سپـاس : 794

ارسـال : 1637


نام: داود حاجي تقي تهراني
سن: 13 سال
نام نویسی: 93/10/22

ذکر نشده

Re: مقایسه فونون و فوتون

نوشتهاز سوی ya30 در سه شنبه 28 اسفند 1397 - 00:34

خیلی کامل بود توضیحاتتون
واقعا ممنونم
زین خلق پر شکایت گریان شدم ملول

آن های هوی و نعره ی مستانم آرزوست
نماد کاربر
 
سپـاس : 15

ارسـال : 52


سن: 24 سال
نام نویسی: 91/8/24

ذکر نشده


بازگشت به فوتونیک و لیزر

چه کسی هم اکنون اینجاست ؟

کاربرانی که در این تالار هستند: بدون کاربران عضو شده و 1 مهمان