作者pp2009 (pp)
看板Physics
標題Re: [問題] 靜電場裡儲存的能量是光子能量嗎 ?
時間Tue Sep 14 11:45:52 2010
※ 引述《fnbest (白色)》之銘言：
: ※ 引述《pp2009 (pp)》之銘言：
: : 我再解釋一下這個問題為何不是一個無聊的問題, 因為有人不知我究竟在問什麼.
: : 問題是這樣的: 我們對 "電磁波量子化就得到光子" 已經耳熟能詳, 對此我並沒有疑問.
: : 然而, 如果大家仔細檢查量子化的程序, 就會發現必須將電磁波先寫成 Fourier 分量的
: : 疊加, 而每一個頻率的分量對應於一個諧振子. 然後把量子諧振子的上昇與下降算符重新
: : 解釋成光子的產生與湮滅算符, 就達到了量子化的目的 (當然還有各個 polarizaion 該
: : 如何處理的問題). So far so good.
: : 現在讓我們看看靜電場, 它是 Fourier 級數中的 0 頻率分量. 可是問題來了: 沒有 0
: : 頻率的諧振子 ! 可是在電磁學中, 我們知道無論電場是否為時變性, 在有電場的空間中
: : 都儲存著能量. 那麼靜電場中的能量是由什麼光子貢獻的呢 ? 好了, 這就是我的問題,
: : 希望大家都看懂了.
: 當討論電磁波被量子化時，為類比簡諧振子，我們利用電磁波在空腔模態展
: 開及其所遵守的馬克斯威方程，賦予電磁場有對應於簡諧振子的位置與動量
: 的一組正則變數，因此，可將電磁波類比為簡諧振子的量子化，而其相隔空
: 腔模態所對應的電磁波能量通常被稱為"光子"，所以在這模型下，"光子"是
: 分散在整個空腔模態空間裡，其概念已經跟古量子論所稱的一顆光子不同。
: 而且，要找到一組正則變數，週期性運動是很重要的概念，所以據此，我反
: 而想對你的問題提出一個問題：
: "光"是有一種波動週期性運動的量形式，你為何要討論將一沒有週期性變化
: 運動的靜電能能量形式轉化成有週期性變化的"光"呢?
主要是探討物理概念的一致性問題. 對於電磁波, 我們已大大方方的接受它就是光子(群),
那麼靜電場與靜磁場呢 ? 它們的能量需不需要量子化 ? 若要量子化, 量子化後是什麼 ?
若不要量子化, 那麼是否要回歸 Planck 的觀點 (僅僅能量的交換要量子化)?
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◆ From: 140.115.41.12
1F：→ xgcj:如果你要討論靜電場的話那就會有電子出現~那就會有interactio 09/14 12:06
2F：→ xgcj:n出現~ 09/14 12:07
3F：→ caseypie:呃，樓上，你是要說電子和真空虛光子的交互作用？ 09/14 12:07
4F：→ xgcj:是阿~因為要得到高斯定律的話你一定會牽扯Lagrange的交互作 09/14 12:11
5F：→ xgcj:用項 09/14 12:11
6F：→ xgcj:本來就該量子化~只是我們在在自由場中量子化的~靜電本身已經 09/14 12:13
7F：→ xgcj:不是自由場了 09/14 12:14
8F：推 caseypie:那麼，這樣不就變成靜電場和電磁波不是同樣的場了？ 09/14 12:32
9F：推 caseypie:或者你是說把Lagrange裡的free gauge field解釋成虛光子? 09/14 12:35
10F：→ caseypie:呃，應該說是把Lagrange裡的A都當成虛光子？ 09/14 12:36
11F：→ caseypie:我覺得這樣怪怪的，好像非有一個光子不可所以搬來個解釋 09/14 12:36
12F：→ xgcj:我覺得原PO是想要直接將靜電場量子化之後再算他的能量... 09/14 12:40
13F：→ caseypie:不，那不是他想做的事情，我知道他的意思 09/14 12:42
14F：→ caseypie:因為我們把A量子化的方式，是對k展開然後定義光子算符 09/14 12:43
15F：→ pp2009:to xgcj, 不必管原 po 如何想. 我想聽聽大家的意見. 09/14 12:44
16F：→ caseypie:k對應的是該電磁場的電磁波波數 09/14 12:44
17F：→ caseypie:但是靜電場的k是0，所以對應到的是k=0的光子算符 09/14 12:45
18F：→ caseypie:但是直觀上沒有這個東西，所以pp2009會覺得很奇怪 09/14 12:45
19F：→ xgcj:我是這樣認為得~Lagrange告訴我們電磁場和電子場是如何運動 09/14 12:45
20F：→ xgcj:和交互作用 09/14 12:45
21F：→ xgcj:一般來說會先從自由場開始量子化~之後再用INTERACTION 項作微 09/14 12:46
22F：→ xgcj:擾 09/14 12:47
23F：→ xgcj:你可以注意一下靜電場是怎得到的~ 09/14 12:47
24F：→ xgcj:我們先從Lagrange開始~寫下A的運動方程~之後得到MAXWELL EQ 09/14 12:48
25F：→ xgcj:然後你不是會有一條是有source的方程式~ 09/14 12:49
26F：→ xgcj:這條方程式的source就是從interaction term來的 09/14 12:50
27F：→ xgcj:所以你在解靜電場(古典)的時候~就已經有了interaction在裡面 09/14 12:51
28F：→ xgcj:那我們在量場裡 都是先從自由場出發 然後再考慮interaction項 09/14 12:52
29F：→ xgcj:所帶來的效應 09/14 12:52
30F：→ xgcj:而你想知道的靜電場其實已經不是自由場了... 09/14 12:53
31F：→ pp2009:to xgcj: 你所說的對應於古典電磁學的\rho\phi, \phi是電位 09/14 12:55
32F：→ xgcj:就因為不是自由場所以不能依照原本的方式作量子化~ 09/14 12:55
33F：→ pp2009:但在電磁學中用 integration by part, 丟掉 surface term 09/14 12:56
34F：→ xgcj:所以? 09/14 12:56
35F：→ pp2009:就的得到已電場平方表示的能量密度 09/14 12:57
36F：→ pp2009:兩種觀點的解釋不同 09/14 12:58
37F：→ pp2009:\rho\phi 表示中, 能量是由電荷所攜帶 09/14 13:00
38F：→ pp2009:在 E^2 表示中, 能量儲存於電場中 09/14 13:01
39F：推 caseypie:我的理解是，xgcj是說，QED裡那個E^2不是來自電子 09/14 13:02
40F：→ caseypie:電磁場量子化，只有處理已經有個電磁場存在時的情況 09/14 13:03
41F：→ caseypie:在一個free field裡放入一個電子，看成微擾 09/14 13:03
42F：→ pp2009:對於 "能量儲存於電場中" 這種觀點, 當應用於靜電場時, 09/14 13:03
43F：→ caseypie:至於如果是在沒有任何電磁場源的真空中放入電子 09/14 13:04
44F：→ caseypie:那就動用虛光子的概念來解釋：真空中仍然有free field 09/14 13:05
45F：→ pp2009:虛光子能提供多少能量貢獻給 E^2 能量密度 ? 09/14 13:08
46F：→ xgcj:我這樣講好了~當你放入一顆電子時事情就已經沒那樣單純~電子 09/14 13:10
47F：→ xgcj:附近會發生一些複雜的現象~除了真空極化還有電子的SELF ENERG 09/14 13:11
48F：→ xgcj:Y 09/14 13:12
49F：→ pp2009:如何得到定量結果而不只是一個說法? 微擾辦得到嗎 ? 09/14 13:13
50F：→ xgcj:你是說將E^2算出來?? 09/14 13:18
51F：→ pp2009:你終於知道了........ 09/14 13:19
52F：→ xgcj:我沒算~不過應該是爆掉的... 09/14 13:21
53F：→ pp2009:那就發展出對電容問題做 Renormalizaion 的方法. 呵呵 ! 09/14 13:49
54F：推 caseypie:哎唷反正一定又是搞出個physical energy把無限大藏起來.. 09/14 13:52
55F：→ pp2009:是無奈? 還是欣然接受? 呵呵 ! 09/15 00:11
58F：→ sneak: //daxiv.com 11/09 11:42