Ηλεκτρομαγνητικά κύματα σε κοιλότητα - Από τα κλασικά στάσιμα κύματα στις κβαντικές σύμφωνες καταστάσεις

Electromagnetic waves in a cavity - From classical standing waves to quantum coherent states (english)

  1. MSc thesis
  2. ΔΙΑΜΑΝΤΗΣ ΠΑΠΑΪΩΑΝΝΙΔΗΣ
  3. Προχωρημένες Σπουδές στη Φυσική (ΠΣΦ)
  4. 14 May 2023
  5. Ελληνικά
  6. 114
  7. Ανδρέας Ζούπας
  8. Ανδρέας Ζούπας | Κωνσταντίνος Σφέτσος
  9. Το φως ως ηλεκτρομαγνητικό κύμα | Ηλεκτρομαγνητικό πεδίο σε κοιλότητα | Ακτινοβολία μέλανος σώματος | Φωτόνια | Τελεστές καταστροφής και δημιουργίας | Σύμφωνες καταστάσεις
  10. Προχωρημένες Σπουδές στη Φυσική/ΠΣΦΔΕ
  11. 7
  12. 5
  13. Περιλαμβάνει διαγράμματα

    • Περίληψη

      Σύμφωνα με την κλασική θεωρία του ηλεκτρομαγνητισμού του Maxwell, το φως αποτελεί ένα είδος ηλεκτρομαγνητικού κύματος. Επομένως, η περιγραφή του μέσω του θεωρητικού πλαισίου της κβαντικής φυσικής, η οποία αποτελεί το πιο σύγχρονο θεωρητικό πλαίσιο για την περιγραφή όλων των φυσικών φαινομένων, πραγματοποιείται με την εφαρμογή των αρχών και των νόμων της κβαντικής θεωρίας στο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο (κβάντωση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου).

      Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η παρουσίαση της κλασικής θεωρίας του Maxwell για τον ηλεκτρομαγνητισμό και η χρήση της στην περιγραφή των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων που δημιουργούνται στο εσωτερικό μιας κοιλότητας, η αναλυτική θεωρητική περιγραφή της ακτινοβολίας των μελανών σωμάτων και πώς από αυτή προκύπτει η ανάδειξη της σωματιδιακής φύσης του φωτός και η ύπαρξη των φωτονίων, καθώς και η εφαρμογή του μαθηματικού πλαισίου της κβαντικής θεωρίας για την περιγραφή του φωτός στα πλαίσια της κβαντικής φυσικής.

      Η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε για τη συγγραφή της εργασίας είναι η βιβλιογραφική έρευνα συγγραμμάτων σχετικών με την κλασική θεωρία του ηλεκτρομαγνητισμού, την κβαντική θεωρία και την κβαντική οπτική.

      Βασικό εύρημα στο οποίο οδηγούμαστε εφαρμόζοντας το μαθηματικό πλαίσιο της κβαντικής θεωρίας στην περιγραφή του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου που δημιουργείται στο εσωτερικό μιας κοιλότητας που περιβάλλεται από ιδανικώς αγώγιμα τοιχώματα, είναι η ύπαρξη των λεγόμενων “σύμφωνων καταστάσεων” (coherent states), οι οποίες, αν και σύμφωνα με την κβαντική θεωρία δεν αποτελούν φυσικά πραγματοποιήσιμες καταστάσεις, αποδεικνύεται ότι αποτελούν κβαντικές καταστάσεις που αναπαράγουν ακριβώς τα αποτελέσματα που προκύπτουν και από την κλασική θεωρία του ηλεκτρομαγνητισμού.

    • Abstract

      According to Maxwell’s classical theory of electromagnetism, light is a form of electromagnetic wave. Therefore, its description through the theoretical framework of quantum physics, which is the modern theoretical framework for the description of every physical phenomenon, is achieved by the application of the principles and laws of the quantum theory to the electromagnetic field (quantization of the electromagnetic field).

      The purpose of this paper is the demonstration of Maxwell’s classical theory of electromagnetism and its application to the description of the electromagnetic waves in the interior of a cavity, the detailed theoretical description of black bodies’ radiation and how the body nature of light and the existence of photons are emerged, as well as the application of the mathematical framework of the quantum theory to the description of light through the principles of quantum physics.

      The methodology for carrying out this paper is the review of the relevant literature on the fields of classical theory of electromagnetism, quantum theory and quantum optics.

      The basic finding to which we are led by the application of the mathematical framework of quantum theory to the electromagnetic field which is created in the interior of a cavity with ideal conducting walls, is the existence of the so called “coherent states”, for which, even though according to quantum theory they don’t represent real physical states, is proved they constitute quantum states that reproduce exactly the results that occur from the classical theory of electromagnetism.

  15. Hellenic Open University
  16. Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές