Фотон — квант электромагнитного поля. Радиоволна, видимый свет, рентгеновское и гамма-излучение состоят из одного типа квантов; различаются частотой и энергией.
Энергия фотона E=hν, а импульс в вакууме p=E/c. Масса покоя равна нулю, но импульс реален: свет давит на поверхность и может разгонять парус. В вакууме фотон распространяется со скоростью c.
Волна и событие
Интерференция требует амплитуд вероятности, а детектор регистрирует локальное событие — целый квант. Если выпускать фотоны по одному через интерферометр, отдельные точки постепенно образуют волновой рисунок. Это не переключение между двумя классическими масками.
Фотоэффект показывает порционную передачу энергии электрону, комптоновское рассеяние — обмен энергией и импульсом. В веществе свет замедляется как распространение возбуждения из-за взаимодействия с атомами; между взаимодействиями фундаментальная скорость не меняется.
Что означает измерение одного фотона
Детектор регистрирует локальное событие — например, возбуждение атома или электронный импульс, — но это не доказывает, что до регистрации фотон летел по скрытой классической дорожке. Квантовая теория задаёт амплитуды альтернативных путей; их интерференция определяет вероятности возможных исходов.
С другой стороны, энергия и импульс передаются порциями, поэтому свет нельзя описать только непрерывной классической волной. Волновые и корпускулярные свойства относятся к разным проявлениям одной квантовой системы. Выбор установки определяет, какие отношения можно наблюдать, но не превращает фотон то в шарик, то в обычную волну среды.
Одиночные фотоны дают интерференционное распределение при повторениях. Фотон — квант электромагнитного поля с нулевой массой покоя.
Нельзя назначить фотону обычную траекторию и размер шарика. Его состояние описывает квантовая теория поля, а конкретный опыт определяет, какие свойства — частота, поляризация, направление или момент регистрации — можно измерить.
