¿Cómo confirmar las propiedades cuánticas de las microondas mediante efectos térmicos de las microondas?
La luz y los fotones en este artículo pueden entenderse como todas las frecuencias a menos que se especifique lo contrario.
Los argumentos de Zhang Deyi y Fool Among Fools son muy poderosos. En cuanto a por qué la taza no tiene efecto térmico, pero el agua en el ejemplo de Silly Big Silly Xiaoba tiene un efecto térmico, me temo que esto no puede explicarse cuantitativamente mediante la teoría electromagnética, pero soy solo un lego en la teoría del campo electromagnético. Digo esto sin entender desde otros aspectos, se puede decir que es una conjetura, y los internautas pueden corregirme.
Zhang Deyi dijo: "Todavía dije lo que dije la última vez. Este fenómeno puede explicarse mediante la teoría cuántica o la teoría clásica". También dijo: "Como movimiento de baja velocidad, no lo hacemos". Necesitamos usar la teoría de la relatividad, solo necesitamos usar la mecánica newtoniana Aplicable ". Por implicación, la teoría del campo electromagnético es una aproximación de la teoría cuántica a bajas frecuencias (esto es más o menos lo que entiendo, si me equivoco, consulte el argumento sobre este tema más adelante en esta publicación). En este caso, esencialmente admitió que la teoría cuántica es más correcta, por lo que la hipótesis de la cuantificación puede considerarse correcta, al menos hasta que surja una nueva teoría, que la teoría del campo electromagnético.
Hasta donde yo sé, la teoría de los fotones siempre es cierta cuando las ondas electromagnéticas involucran interacciones con objetos físicos. Ahora que es válida, demuestra en cierta medida que su punto de partida teórico, la cuantificación de la luz, es correcto, o al menos no existe una teoría mejor (pero me temo que nadie ha respondido si la cuantificación o los fotones son una realidad física, o es sólo una cuestión de herramientas o modelos matemáticos. La pregunta es si podemos "ver" fotones individuales, tal como ya podemos "ver" átomos individuales, y algunas personas supuestamente han "visto" electrones individuales. Pero la mecánica cuántica nos prohíbe "ver" al menos fotones de baja energía, por ejemplo, microondas con una longitud de onda de 1 mm, que es el límite superior de energía de las microondas, su incertidumbre de posición es aproximadamente la longitud de onda. Incertidumbre de 1 mm. El grado del fotón es la distancia astronómica (Nuestra situación actual es muy embarazosa. Queremos probarlo completamente pero no podemos probarlo. Queremos falsificarlo pero no vemos ningún problema por el momento. )
Estamos en una situación incómoda. La exactitud de su hipótesis sólo puede comprobarse en el marco de la mecánica cuántica, pero no puede demostrarse completamente si nuestras observaciones no pueden explicarse mediante la mecánica cuántica. Es necesario considerar abandonar la hipótesis de la cuantización.
Las propiedades cuánticas de la luz están estrechamente relacionadas con la estructura de niveles de energía de la materia. En realidad, son gemelas de la teoría cuántica. Sólo las conclusiones extraídas de una gran cantidad de experimentos pueden verificar la exactitud de la hipótesis. Como se mencionó, hasta ahora no hemos encontrado ningún contraejemplo claro, pero aun así, no sabemos si la misma conclusión podría derivarse de otro conjunto. de supuestos "no cuánticos", pero la posibilidad existe. Si un día se descubre una contradicción irreconciliable y la mecánica cuántica realmente llega a su fin, creo que a alguien se le ocurrirá una teoría mejor desde el punto de vista actual. , aún no ha llegado el momento. Si no hay nubes oscuras en la historia, será difícil para nosotros ni siquiera saber quiénes son Planck, Einstein y Bohr. Los argumentos experimentales a favor de las vibraciones de las bolas magnéticas nucleares y los hornos de microondas que presenté en mi artículo anterior no parecen probar realmente la cuantificación de las ondas de radio y las microondas, pero solo pueden demostrar que en estas dos bandas de frecuencia, la teoría cuántica. sigue siendo autoconsistente y puede explicar con éxito el fenómeno.
Volver al cartel original El problema se analiza específicamente en términos de niveles de energía de microondas y de rotación. La discusión aquí todavía se encuentra dentro del marco de la teoría cuántica. Hablo principalmente de este tema desde la perspectiva del espectro de emisión, y el espectro de absorción es el proceso inverso, que es esencialmente el mismo que el de los hornos de microondas. No conozco los detalles del funcionamiento de los generadores de microondas (pero, de nuevo, son parte del espectro de emisión), ni tengo información específica sobre el comportamiento espectral del proceso de absorción, por lo que no puedo discutir esto con más profundidad. Sin embargo, lo ampliaré brevemente. El espectro de rotación de las moléculas de gas (generalmente en el infrarrojo lejano a la banda de microondas, dependiendo del tamaño del nivel de energía de rotación de la molécula específica) se ha estudiado con gran detalle. Espectros de rotación puros a bajas temperaturas (decenas de grados Kelvin). son espectros de líneas típicos y son casi equidistantes. A temperaturas más bajas, la energía cinética de traslación promedio de las moléculas es pequeña y las colisiones entre sí generalmente no son suficientes para inducir transiciones de energía de electrones y niveles de energía vibratoria (no se descarta que individuales). Las moléculas con mayor energía desencadenarán transiciones en estos dos niveles de energía), pero mientras la temperatura no sea demasiado baja, las colisiones pueden causar transiciones en el nivel de energía de rotación, es decir, la energía de traslación disminuye, la energía de rotación aumenta.
Cuando las moléculas se encuentran en niveles de energía rotacional más altos, emiten espontáneamente fotones de infrarrojo lejano o microondas. El espectro de líneas emitidas representa la cuantificación de los niveles de energía rotacional, mientras que el espaciado igual significa que el espaciado entre los niveles de energía rotacional adyacentes de la molécula es igual (esta inferencia puede no ser siempre correcta, pero no podemos encontrar una explicación mejor que esta ).
Los datos del espectro de rotación de las moléculas de ácido clorhídrico se muestran en la figura adjunta. Los valores calculados en la tabla se calculan mediante mecánica cuántica en un modelo de rotor no rígido. Se puede ver que los valores calculados de la teoría cuántica concuerdan bien con los valores experimentales.
Entre ellos, el número de onda mínimo medido experimentalmente es 83,03 cm-1 y la longitud de onda es 0,12 mm, que se encuentra en la región óptica del infrarrojo lejano, cerca de la región óptica de las microondas. Si el peso molecular de las moléculas de gas es mayor, según cálculos teóricos, su frecuencia de radiación aparecerá en la región de las microondas. Si el autor desea verificar una determinada frecuencia de microondas mediante experimentos, puede consultar la literatura relevante para conocer métodos específicos. Creo que alguien ha realizado un trabajo similar.
Cabe señalar que cuando la molécula es más grande y la frecuencia correspondiente es menor, el intervalo de nivel de energía de la molécula es menor y la distancia entre las líneas espectrales es más cercana, lo que requiere el uso de mayor resolución. Sistemas espectrales, sepárelos lo suficiente para ser resueltos. Otra dificultad, aún más difícil de evitar, es que la presencia de ensanchamiento y autoabsorción Doppler aumentará en gran medida el ancho de las líneas espectrales, a menudo varios órdenes de magnitud mayor que el ancho natural limitado por el principio no mensurable, provocando así que las líneas espectrales Las líneas se superponen incluso en las más pequeñas. Incluso un buen sistema espectroscópico no puede separarlas. Sospecho que los datos que faltan para las tres líneas espectrales 123 en la figura adjunta pueden tener algo que ver con esto. Otra razón importante puede ser que el nivel de energía más bajo real a la temperatura de prueba no es el estado fundamental, sino que puede ser el segundo estado excitado, que debe calcularse si se conoce la temperatura. Esto también puede estar relacionado con la cuantificación significativa de la energía de traslación causada por interacciones intermoleculares que ocurren accidentalmente durante el movimiento aleatorio de las moléculas (no accidental para una gran cantidad de moléculas) (que conducen a transiciones en el nivel de energía rotacional acompañadas de transiciones en el nivel de energía traslacional, por lo tanto haga que la línea espectral sea una banda). Dado que el autor no ha visto la imagen original, el juicio anterior es solo una especulación. En mi memoria he visto un espectro de rotación puro. Parece que cada línea espectral lo tiene y el ancho es muy estrecho, pero no recuerdo dónde lo vi.
La discusión anterior trata sobre moléculas de gas, ya sea líquido o sólido, la interacción entre las moléculas hará que la estructura del nivel de energía rotacional sea extremadamente complicada (al igual que la estructura del nivel de energía electrónico). en un sólido). Hasta donde tengo un conocimiento muy limitado, no existe una buena teoría para resolver este problema. En cuanto a sus datos experimentales, no tengo información relevante, pero creo que el espaciamiento de los niveles de energía se hará más pequeño y la correspondiente frecuencia de absorción-emisión se desplazará al rojo. Esto podría explicar el importante efecto térmico de las microondas en el agua. Sin embargo, se espera que el espectro de absorción de microondas sea aproximadamente continuo en lugar de lineal como el de los gases, y debido a esto, la teoría de los campos electromagnéticos continuos puede explicar este fenómeno. Si fuera vapor de agua, probablemente no sería lo suficientemente grande como para causar una transición en el nivel de energía rotacional y no exhibiría un efecto térmico significativo, como se estimó a partir de los datos anteriores para el ácido clorhídrico.
Finalmente, agregaré un experimento que verifica directamente las propiedades cuánticas de las microondas, el espín del electrón *** vibración ESR. Su principio es similar al de la resonancia magnética nuclear. Es a través de la interacción entre las microondas y los niveles de energía divididos del espín del electrón en el campo magnético que la energía del fotón alcanza la diferencia de nivel de energía, puede ser absorbida para generar una señal. Debido a su estrecho rango de aplicación, no es tan popular como la resonancia magnética y no la he usado. Si desea conocer más detalles, puede consultar algunos libros de texto y monografías sobre métodos e instrumentos analíticos modernos. La introducción a la Enciclopedia Baidu es demasiado simple y puede que no sea de mucha ayuda. /view/818954.html?wtp=tt. El autor quiere verificar personalmente si puede ponerse en contacto con una universidad con instrumentos, pero personalmente creo que es de poca importancia. Es imposible descubrir fenómenos que no puedan explicarse mediante la mecánica cuántica. Como se mencionó anteriormente, es imposible probar estrictamente la cuántica. propiedades (si no lo admite. ¿Los principios deben probarse rigurosamente con base en experimentos)?
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No podía soportar ver la respuesta de "Big Homework F" De parte de mi amigo de arriba. Por favor, diga algunas palabras más. Algunas palabras. Nunca he visto el tercer método que mencionó mi amigo, y no sé si alguien lo ha hecho, pero lo que digo es que de todos modos es imposible "ver" los fotones de microondas (como mencioné en una publicación anterior, También podrías decir algunas palabras más.
Supongamos por el momento que un haz de microondas es una "cadena" de fotones, y la distancia entre cada fotón es de 1 mm. Oh, esta cadena de fotones es efectivamente contable, pero la energía de cada fotón está dispersa en un círculo de. 1 mm cuadrado. Diez mil. No estoy seguro de que en los próximos años alguien pueda inventar un dispositivo altamente sensible para detectar una intensidad de luz tan débil (no es posible por el momento). Además, parece que no importa qué tipo de contador de fotones, se convierten utilizando el llamado número absoluto de intensidad de luz, en lugar de "contarlos" uno por uno. Las señales producidas por otras técnicas de detección de microondas deben ser continuas (a menos que estén espaciadas 1 mm como lo hacen), excepto, por supuesto, la modulación artificial.
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Revisé las revistas chinas (herramienta de búsqueda 'Chinese Journal Full-text Database', actualmente la base de datos china de ciencia y tecnología más completa), que incluye literatura sobre medición del espectro de microondas y artículos de teoría del espectro de microondas. La literatura sobre mediciones es la siguiente:
1. Zhen Mengzhang Espectro de microondas, espectro infrarrojo y espectro Raman, análisis conformacional, trastorno de rotación interna y análisis de vibración del trans-1-fluoro-2-buteno[J]. .Propulsores químicos y materiales poliméricos, 1987, (02).
2. Espectro de microondas del reloj de cesio del Observatorio de Shanghai tras mejorar el sistema óptico del haz [J]. Observatorio de Shanghai de la Academia de Ciencias de China, 1991, (00).
Si necesita el texto completo (allí). son datos de medición y espectros, pertenece a la línea obvia de partituras), puedes obtenerla de mí.
Supongo que habrá más datos de observación extranjera al respecto. Si el autor quiere verificarlo, puede hacer preguntas adicionales y le proporcionaré los resultados de la búsqueda.
Hay muchos documentos de investigación de ESR en chino y hay más de 2000 artículos en una simple búsqueda. Por ejemplo:
1. ~(13)C? Espectroscopia de carbón y sus productos licuados", "Chinese Journal of Magnetic Resonance", Número 02, 2010.
2. Wang Guangqing, Du Libo. Liu Yang ¿Síntesis y estudio de ESR de cetonas de nitrilo lineales vinculadas a succinimida [J Acta Spectroscope, 2010, (01)?
Hay al menos un millón de artículos incontables sobre mediciones de RMN en todo el mundo. RMN **** La vibración se utiliza tan ampliamente que esencialmente se ha convertido en un arma habitual en el campo de la investigación.
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Jaja, al principio también pensé erróneamente que el cartel debe buscar una prueba rigurosa (al menos no inferior a la prueba de la radiación del cuerpo negro), pertenezco a La escuela "obstinada", así que hice lo mejor que pude para enumerar varios experimentos de verificación que son comparables a la radiación de cuerpo negro, tratando de disipar el "escepticismo" del cartel. Después de leer la explicación anterior del cartel original, parece que nuestro pensamiento es estrecho de miras. Sin embargo, con respecto a los detalles específicos de la prueba, calculo que el cartel es la persona con mayor autoridad que participa actualmente en la discusión en este hilo. Personalmente, no puedo hacer nada con respecto a los problemas profesionales del cartel. Después de todo, los aspectos eléctricos, ópticos y. Otros detalles involucrados en la prueba son más complejos que los que se pueden imaginar fuera de la industria.
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En cuanto a "¿Los cambios en los efectos térmicos cuánticos de las microondas causarán cambios correspondientes en la galvánica?" ¿producción?" Hagamos un cálculo muy aproximado. Tomando como ejemplo el cuanto de microondas de mayor energía de 300 GHz, la energía de un cuanto es de aproximadamente -22 J. Supongamos que la masa de contacto del termopar es 1 mg, el calor específico es 1 J/gK y la temperatura de contacto aumenta al orden de -19 K después de absorber un cuanto (la temperatura es un concepto macro, por lo que el cálculo es realmente problemático. Solo cuidado con el orden de magnitud entonces, se estima que el orden de magnitud no diferirá demasiado). La tasa eléctrica por diferencia de temperatura de un termopar suele ser de decenas de microvoltios. Se puede suponer que un termopar con un rendimiento excelente puede alcanzar. 1 mV/K.
Sin mencionar si esta fuerza electromotriz se puede medir con relativa precisión (el cartel debería conocer esta dificultad mejor que yo), la primera es la influencia de la temperatura ambiente. Obviamente, la fluctuación de temperatura causada por cualquier motivo debe ser. ser inferior a -19 veces K, los resultados de la medición son significativos. Este control de temperatura puede ser demasiado difícil. En otras palabras, para medir el efecto termoeléctrico del cuanto de microondas, la premisa es que un extremo del termopar debe garantizar que solo absorba un cuanto, y el otro extremo debe garantizar que sea absolutamente imposible absorber o emitir un cuanto. cuántico dentro del período de tiempo que el instrumento existente puede resolver (ninguna absorción o ninguna emisión es absolutamente imposible). Esta posibilidad no parece existir en la actualidad. Por lo tanto, tiendo a pensar que no es muy realista intentar utilizar los efectos térmicos de las microondas para confirmar las propiedades cuánticas de las microondas y luego convertirlas en efectos eléctricos y medirlos.
Los métodos realistas siguen siendo la espectroscopia y la espectroscopia de energía. La espectroscopia y la espectroscopia no dependen de la intensidad de la radiación, la posición de las líneas espectrales no cambia por muy fuerte que sea, al igual que el efecto fotoeléctrico. Si el usuario está interesado, puede consultar cómo la generación anterior de instrumentos lograba la medición. No sé mucho sobre los detalles de cómo funciona, así que no puedo entrar en detalles.
Además, a la tecnología de fotón único no se le ha prestado mucha atención antes, y mi publicación anterior sobre el conteo de fotones puede estar desactualizada (siempre pensé que era un efecto acumulativo). Encontré una tesis doctoral de CUHK de 2007 sobre "Desarrollo de detectores infrarrojos de fotón único" en Internet. El resumen decía que "la detección exitosa de pulsos de fotón único de 1550 nm" debe considerarse como la frecuencia mínima a la que se pueden detectar fotones (desde el final). de la región de luz visible (muy limitada para empezar). En teoría, este enfoque también podría utilizarse con microondas, pero sólo si se encuentran materiales optoelectrónicos que tengan poco trabajo de escape.