Piše: Franc Rozman

Foton je delček svetlobe, po obliki pa elektromagnetno valovanje. Fotoni se praviloma združujejo v grozde fotonov.

Oblike energij so bolj ali manj predstavljive. Ena od oblike energij je na primer svetloba. Na primeru svetlobe si skušam, kolikor je to pač mogoče, čim bolj poglobiti predstavo o lastnostih energij.

Elektromagnetno valovanje.

V prejšnjem poglavju je opisan primer energije v obliki električnega naboja in pripadajočega električnega polja.

Če v mislih električni naboj na sliki 2.9 (Energija) na hitro odstranim, ne obstaja več naboj, ki bi še naprej vzdrževal električno polje okrog naboja.

Električno polje kot posledica odstranitve naboja, se začne zmanjševati.

Usihajoče električno polje ne pomeni izničenja energije. Zmanjševanje električnega polja na lokaciji poleg električnega polja ustvari magnetno polje, kot to prikazuje slika 3.1.

Ko se električno polje sesede na nič, se v soseščini ustvari magnetno polje, po količini enake energijske vrednosti.

Tudi magnetno polje trajno ne more obstajati dalj časa, zato se tudi nastalo magnetno polje začne sesedati. To sesedanje pa začne lokacijsko na tretjem mestu ustvarjati novo električno polje.

Ustvari se igra pretakanja električnega polja v magnetno in obratno v obliki potujočega elektromagnetnega valovanja, kot prikazuje slika 3.1.

Foton je elektromagnetno valovanje

Foton je torej v prostoru gibajoča se energija v obliki elektromagnetnega valovanja.

Gibanje energije po prostoru omogoča energijska razsežnost prostora s svojimi zakonitostmi, kot jih omenja predhodno poglavje, Energija.

Dokler se energija (valovanje) giblje po prostoru, dokler ne zadane v naše oko ali merilni instrument, je ne moremo zaznati.

Kako so fotoni na poti neopazni spoznam, če si zamislim svetlobni žarek, ki potuje mimo opazovalca.

Označeni svetlobni žarek na sliki 3.2 je lahko zelo močan, vendar ga opazovalec z razdalje ne bo opazil, niti malo, dokler žarek potuje mimo njega.

Ob tem predpostavljam, da v zraku ni prahu, od katerega bi se svetloba odbijala proti opazovalcu.

Foton lahko zaznam takrat, ko zadene v oko ali merilni instrument. Takrat pa foton že spremeni del svoje osnovne podobe.

Foton ima med letom neko obliko, ki pa je z neposrednimi meritvami zaradi nezaznavnosti fotona ne moremo zaznati in opazovati.

Foton je valovanje

Foton, kot oblika elektromagnetnega valovanja, je deloma podoben radijskim valovom, kot jih oddaja radijski oddajnik.

Obstaja pa razlika. Svetloba je na primer valovanje mnogo večjih frekvenc kot radijski valovi.

Bolj kot frekvenca je zanimiva druga razlika med svetlobo in radijskimi valovi. Energija radijskih valov, to je amplituda elektromagnetnega valovanja radijskih valov, se s spremembo moči radijskega oddajnika in z oddaljenostjo od antene zmanjšuje. Dogaja se nekaj podobnega, kot pri vodnem valovanju.

Vodni valovi in tudi radijski, prikazani na sliki 3.3, so z oddaljenostjo od izvora vse manjših amplitud.

Če vržem kamen v vodo, se ustvarijo krožni valovi. Valovi so z oddaljenostjo od izvora (večanjem kroga) vse daljši. Dolžina vala (obseg kroga) se povečuje, kar pomeni, da se energija vala z oddaljenostjo porazdeli po večji dolžini krožnice. Z oddaljenostjo od izvora posledično val postaja vse manjše amplitude.

Pri svetlobi v nasprotju s tem, praviloma opažam vedno enake energije (amplitude) fotonov, ne glede na oddaljenost od svetila.

Planck je ugotovil povezanost med frekvenco in energijo fotona. Ugotovil je, da je energija fotona odvisna le od frekvence, ne pa od oddaljenosti fotona od svetila (Ef = f.h. h - Planckova konstanta, f - frekvenca fotona).

Fotonu se z oddaljenostjo amplituda ohranja.

Foton določene frekvence in barve, ki poleti od Sonca z neko začetno energijo, z enako energijo pripotuje do Zemlje.

Če bi se svetloba gibala podobno kot vodni val, bi tudi svetlobni val s povečevanjem razdalje od izvora zgubljal energijo v smislu zmanjševanja amplitude, pa je ne.

Na osnovi vedno enake energije fotona na vsej svoji poti lahko sklepam, da se foton v prostoru ne razleze na način, kot se z oddaljenostjo od izvora podaljšuje vodni val.

Foton ima ves čas potovanja enak volumen. Glede volumna ima foton že neke lastnosti, kot jih običajno pripisujemo snovnemu delcu, čeprav je foton še vedno elektromagnetni val, vendar brez mirovne mase.

Gibanje fotona si torej lahko predstavljam podobno, kot če bi se vodni val gibal v obliki neke vodne bule, ves čas po velikosti enake izbokline na vodi.

Tri razsežna nihanja in valovanja

Prostor ustvarjajo tri prostorske razsežnosti: x, y in z. V vsaki od teh razsežnosti se hkratni lahko pojavi nihanje ali valovanje.

S primerom si skušam ponazoriti, kako izgleda takšno nihanje ali valovanje v več razsežnostih hkrati.

Vzamem na primer kroglo iz lahke plastike in ji nekje ob obodu vstavim težjo svinčeno utež, tako kot kaže slika 3.4.

Zaradi asimetrične teže se krogla na ravni podlagi vedno skotali tako, da je svinčena utež na najnižji točki.

Če kroglo premaknem in spustim, krogla zaniha. Če ni ovir, se krogla lahko kotali naprej in nazaj dlje časa. Končno se bo ustavila tako, da bo utež na prvotni najnižji točki.

Če kroglo sunem močneje, se bo krogla kotalila tako, da se bo njena hitrost večala in manjšala. V fazi, ko se utež dviguje, dvigovanje uteži kroglo zavira in jo upočasni. Ko se čez pol zasuka krogle utež spušča, utež kroglo pospešuje. Opazil bom večanje in manjšanje hitrosti krogle ob njenem kotaljenju.

V enem primeru opazim nihanje krogle, v drugem primeru valovanje (hitrosti) krogle.

Hkratno nihanje v eni in valovanje krogle v drugi smeri

V nadaljevanju kroglo postavim tako, da je utež bodisi na levi ali na desni strani. Ko jo spustim krogla, kot že omenjeno, niha levo ali desno.

V naslednjem koraku poskus ponovim tako, da kroglo ne le spustim ampak sunem v gibanje naprej. Kroglo sunem v kotaljenje tako, da je utež ob strani, izmaknjena iz ravnine kotaljenja krogle.

Zaradi svinčene uteži ob strani krogla niha levo in desno, zaradi sunka pa se krogla giblje naprej. Opazim nihanje v prečni smeri in hkrati valovanje v vzdolžni smeri.

Če bi krogla puščala sled na ravni podlagi, bi imela sled obliko, prikazano na sliki 3.5.
· V smeri gibanja se hitrost krogle zaradi uteži veča in manjša.
· Zaradi izmaknjene uteži iz osi gibanja krogla niha levo in desno.

Nihanja in valovanja

V vsaki od razsežnosti (x,y,z) lahko opazimo bodisi nihanje (naprej in nazaj, levo in desno, gor in dol), valovanje, ki pomeni progresivno razširjanje le v določeni smeri, naprej in kar naprej, brez nazaj. V neki točki lahko ne opažam nič, niti nihanja niti valovanja.

Nihalo ure na primer niha v eni prostorski razsežnosti, in predstavlja eno izmed oblik nihanj. Na vrvici po krožnici ali elipsi krožeči obesek niha v dveh smereh, levo in desno ter naprej in nazaj. Okrog Zemlje vrteča se Luna, okrog atomskega jedra vrteči se elektron ali v energijskem vozlu zavozlan kvark pa 'niha' v treh prostorskih razsežnostih.

Kadar se v eni od razsežnosti tri razsežnega nihanja, to nihanje spremeni v valovanje, dobimo na primer spiralno gibanje, rotiranje energije (ali snovnega delca) skozi prostor, kot prikazuje slika 3.6.

Vzdolžna valovanja brez rotacije

Ljudje smo vajeni zvoka, kot valovanja zraka ali vodnega valovanja.

Vodno valovanje energijsko valuje v smeri gibanja valovanja. Prečno na smer gibanja valov, pri vodnem valovanju ni nihanja ali valovanja.

Prečno na smer gibanja vodni val predstavlja le vodni greben, ki se, kadar je to možno, skuša čim bolj razširiti levo in desno. Temu vodnemu grebenu nič ne preprečuje razširjanja v levo in desno.

Ko pride vodni val na primer skozi režo, se obnaša kot točkast izvor valovanja, kot prikazuje slika 3.7.

V smeri napredovanja vodni val valuje, levo in desno pa se želi le čim bolj razširiti, s tem pa za oviro ustvari krožno valovanje.

Rotirajoča nihanja in valovanja

Pri valovanju, ki v vzdolžni smeri valuje, v prečni smeri pa niha ali rotira, se val v širino ne razleze. Rotiranje (prečno nihanje) ga okviri v prostorsko zaključeno obliko, ki mu ne dovoli prostorske rasti ali pobega levo in desno.

Rotirajoče valovanje ostaja enakih razsežnosti. Takšen rotirajoči val ves čas zaseda enak volumen prostora.

Foton predstavlja prostorsko zaključeno energijsko danost.

Meritve kažejo, da je foton ob gibanju skozi prazen prostor energijsko in volumsko stabilen. Foton si torej smemo predstavljati kot rotirajoče elektromagnetno valovanje, podobno, kot ga prikazuje slika 3.6.

Foton je rotirajoči elektromagnetni vozel, ki potuje skozi prostor na podoben način kot hiter delec. Foton ima torej neke lastnosti, kot jih opažamo pri valovanjih ter neke lastnosti, kot smo jih vajeni pri snovnih delcih.

Youngov eksperiment

Navedene ugotovitve o lastnostih fotona potrjuje tudi Youngov eksperiment, ki ga je Thomas Young izvedel v začetku devetnajstega stoletja.

Ko je Young spustil svetlobo skozi ozko pokončno režo, je na zaslonu za režo dobil ozek snop svetlobe, kot prikazuje slika 3.8.

Fotoni so skozi režo potovali na način, kot bi skozi režo potovali snovni delci.

Veriga fotonov

Fotoni torej predstavljajo spirale elektromagnetnega valovanja, kot jih prikazuje slika 3.6.

Pojavlja se vprašanje, koliko zavojev ima lahko taka spirala. Geometrijsko ima spirala lahko enega ali več zavojev.

Čim več zavojev ima takšen niz elektromagnetnega valovanja, toliko večjo energijo taka veriga premore. Ker je energija posameznega fotona določene frekvence praviloma vedno enaka, to lahko pomeni le dvoje:
· da se fotoni ne povezujejo v verige, da ima spirala le en vozel ali
· da vsak tak vozel (zavoj) v nizu vozlov pomeni svoj foton

V obeh primerih moram en zavoj spirale elektromagnetnega valovanja svetlobe pojmovati kot en foton.

Verige fotonov

Ali magnetni valovi (vozli, fotoni) elektromagnetnega valovanja po prostoru potujejo osamljeno, ločeno vsak foton zase, ali pa se gibljejo povezani v spiralo ?

Na sliki 3.9 je prikazan primer kompozicije šestih elektromagnetnih zavojev, vozlov, šestih fotonov, ki ustvarjajo spiralno elektromagnetno valovanje.

Takšen niz fotonov, če obstaja, mora imeti svoje ime. Ker v literaturi nisem našel imena, iščem ime med pojmi, kot so: 'veriga fotonov' ali 'fotonski grozd', ... (cluster-photon), ki pomeni na nek način povezano združbo fotonov.

Interferenčni odboj od oljnega madeža.

Odgovor na gornje vprašanje iščem v razumevanju odboja svetlobe od oljnega madeža na vodi, kot to prikazuje slika 3.10. Kadar se na mokri površini znajde tanek oljni madež, na primer na mastni mokri cesti ob dežju, opazim, da se svetloba odbija v obliki barvne mavrice.

Odboj svetlobe se pojavlja tako na vrhu oljne plasti, kot na spodnji strani oljne plasti, to je na spoju olja in vode.

Opažena mavrica je interferenca obeh odbojev.

Kadar je debelina plasti olja mnogokratnik valovne dolžine določene barve svetlobe, se seštevata odboja valovanj od zgornje in spodnje plasti olja, kar določeno barvo (frekvenco) svetlobe krepi.

Interferenca se lahko dogodi le v okviru fazno usklajenih fotonov.

Med seboj neodvisni fotoni do oljne površine prihajajo kot fazno neusklajeno valovanje. Interferenca lahko nastane med fazno usklajenimi valovanji, zato med neodvisnimi fotoni ne more nastati interferenca v obliki mavričnih barv.

Interferenca pa lahko nastane v okviru fazno usklajene verige fotonov na način, da se del te fotonske verige odbije na vrhnji plasti olja (slika 3.10), del te iste verige fotonov pa potuje do spodnje plasti in se tam odbije, vrne na gornjo ploskev, kjer se združi in prišteje tistemu delu te fotonske verige, ki se odbije od gornje plasti.

Seštejejo se na primer prvi fotoni iz opazovane verige s fotonom te iste verige iz sredine, ki zamujajo ravno toliko, kolikor časa prvi fotoni potrebujejo za pot skoz oljni madež in nazaj na vrhnjo plast.

Ponovna združitev fotonske verige okrepi svetlost tiste frekvence oziroma barve svetlobe, pri kateri sovpada debelina olja z mnogokratnikom valovne dolžine svetlobe.

Veriga fotonov mora biti torej daljša od dvojne dolžine oljnega madeža, da je opazen mavrični odsev.

Za mavrični odboj biti izpolnjeni naslednji pogoji:
· fotoni se povezujejo v verige fotonov,
· veriga fotonov mora biti daljša od dvojne debeline plasti olja
· fotoni iste verige so fazno usklajeni,
· del verige fotonov se odbije na zgornji, del na spodnji plasti.

Youngov eksperiment z dvojno režo

Predstavo o obliki fotona nam lahko še dodatno izostri že omenjen Youngov eksperiment z dvojno režo, prikazan na sliki 3.11.

S svetilom posvetimo na zaslon, ki ima dve reži.

Enkrat imamo pokrito eno režo, drugič pokrijemo drugo režo, v tretjem primeru pa odkrijemo obe reži.

Usmerjanje žarka skozi eno režo

Ko je Young fotone usmeril skozi levo režo, desno režo pa zakril, je na zaslonu dobil svetlobno liso, ki jo prikazuje zgornji del slike 3.12. Na levi strani zaslona je opazil črto z rahlo zabrisanimi robovi.

V nadaljevanju je pokril levo režo in svetlobi dovolil prehod skozi desno režo. Svetlobna lisa se je na podoben način pojavila na desni strani zaslona, kot prikazuje spodnji del slike 3.12.

Sliki sta pričakovani. Svetla črta na zaslonu je projekcija reže. Fotoni (fotonska veriga) praviloma potuje kot prostorsko zaokrožena energijskega tvorba (podobno kot snovni delček) iz svetila, skozi režo na zaslon.

Nekateri fotoni se na robu reže razbijejo.

Nekateri fotoni skozi režo potujejo neovirano. Nekateri fotoni pa nimajo te sreče in oplazijo rob reže.

Ko foton oplazi rob reže (slika 3.13) se dogodi dvoje: ob dotiku fotona z robom reže foton lahko izgubi del energije, po drugi strani pa ta dotik s silo deluje na foton in fotonu praviloma spremeni smer. Foton se odbije v smer izven prvotne smeri.

Spremembo smeri fotona opazimo na sliki projekcije (slika 3.12) kot neostre robove, ki jih ustvarjajo iz premočrtne poti preusmerjeni fotoni, zaradi dotika z robom reže.

Presenetljiva je projekcija ob odprtju obeh rež

Presenečenje je sledilo, ko je Young svetlobi omogočil hkratno pot skozi obe reži. Poleg leve in desne lise, je na ekranu opazil še stranske lise, kot prikazuje slika 3.14.

Pojav dodatnih lis je vzbudil predvsem pozornost fizikov kvantne fizike.

Zakaj in od kod stranske lise ?

Fotonska veriga lahko rob reže le oplazi, lahko pa na režo prileti tako, da se ob robu reže raztrešči in ne uspe preiti skozi režo.

Obstajajo tudi vse vmesne možnosti, ko se fotonska veriga raztrešči tako, da se več ali manj energije uniči ob trku, preostali del energije pa se v naključnih smereh razprši skozi režo.

Bolj ko fotonska veriga trešči ob rob reže, več energije (v obliki toplote) pusti na reži in bolj energijsko osiromašena nadaljuje pot.

Fotonska veriga se lahko naključno razleti v mnogih smereh.

Energijsko hudo oslabljene (ostanke) fotonske verige zaradi majhnih energij na zaslonu težko opazimo.

Svetloba druge reže energijsko šibkim fotonom vrne energijo.

Kadar svetlobi omogočimo prehod skozi obe reži, razbiti in energijsko osiromašeni ostanki fotonskih verig prve reže, na sliki 3.16 označeni črtkano, prehajajo skozi energijsko bogate fotonske verige druge reže, skozi žarek B.

Ko se fotoni srečajo, oziroma preidejo drugi skozi druge (osiromašeni ostanki fotonske verige iz reže A skozi energijsko bogate verige fotonov iz reže B), lahko pride do izmenjave energije med njimi.

Energijsko siromašne verige fotonov iz reže A se pod določenimi, v nadaljevanju opisanimi pogoji ojačijo, energijsko bogate verige fotonov iz reže B pa izgubijo del energije.

Izmenjava energije se ob srečanju dogaja med fazno usklajenimi fotoni.

Črte na zaslonu (slika 3.14) kažejo, da je izmenjava energije med fotoni v nekaterih smereh gibanja fotona iz reže A velika, v drugih smereh odboja fotonov iz reže A pa majhna. Izmenjava energije med fotoni iz rež A in B ob prehodu fotonov drugega skoz drugega ni enaka v vseh smereh gibanja fotona iz reže A.

Zamislim si izbran primer, ko imata fotonski verigi enako fazo valovanja pri vstopu v reži A in B. Tak primer najlažje zagotovim z laserskim svetilom, kjer imajo praviloma fotoni izbrane frekvence usklajene faze valovanja.

V nadaljevanju primerjam dolžini poti fotonov na sliki 3.16, ki jih napravita foton iz reže A in foton iz reže B do njunega srečanja. Pri različnih dolžinah njunih poti do srečanja so njune faze valovanja ob srečanju bolj ali manj usklajene.

Stranske črte Youngove meritve na sliki 3.14 kažejo, da si fotoni ob srečanju izmenjujejo energijo le pri izbranih dolžinah poti. To hkrati pomeni, da je izmenjava energije med fotonskima verigama odvisna od tega, kako je valovanje obeh fotonskih verig iz A in B reže ob srečanju fazno in frekvenčno usklajeno.

Na osnovi opazovanja interferenih črt lahko sklepam, da siromašni fotoni v primeru primerne fazne usklajenosti prejmejo energijo od energijsko bogatih fotonov. Fotoni ki si niso v fazi, si energije ob srečanju ne izmenjajo.

Energija osnovnega žarka se zmanjša

Na izmenjavo energije med fotonskima verigama ne kažejo le stranske črte, temveč tudi izmerjena zmanjšana energijska vrednost žarka B.

Meritve namreč kažejo energijsko oslabitev žarka B (slika 3.16) v primeru, kadar se žarek B srečuje z energijsko šibkimi fotoni iz reže A.

Pri Youngovem poskusu je presenetljiva velika energija fotonov v stranskih snopih, po drugi strani pa opazno zmanjšana energija osnovnih črt.

Pojav si lahko razlagam tako kot kaže slika 3.17. Verigi fotonov se ob 'trčenju' preoblikujeta. Po prehodu verig, druge skozi drugo, ne nosi vsaka veriga svojih fotonov ampak si fotone izmenjata.

Youngov poskus kaže na to, da se šibkejša veriga fotonov ojači, močnejša veriga fotonov pa se oslabi, glede števila fotonov.

Mach-Zhendenrjev interferometer

Leta 1896 sta fizika Mach in neodvisno od njega Zhander izdelala interferometer, ki je shematsko prikazan na sliki 3.18. Sestavljata ga dve ogledali in dve polpropustni ogledali.

Vstopni svetlobni žarek na sliki 3.18 usmerimo na polpropustno ogledalo, ki se nahaja levo spodaj. Tam se žarek razdeli v dva žarka, gornji in spodnji žarek, ki po ločenih poteh preko vsak svojega ogledala potujeta do polpropustnega ogledala, ki se nahaja na sliki desno zgoraj.

Spodnji žarek preide polpropustno ogledalo, gornji žarek pa se le odbije, zato žarka na drugo polpropustno ogledalo prispeta fazno zamaknjena.

Na drugem polpropustnem ogledalu se vsak od žarkov praviloma ponovno razdeli v dva žarka, tako da del preide skozi polpropustno ogledalo na primer v vertilalni smeri, del pa se od njega odbije v horizontalni smeri.

Vertikalni in horizontalni žarek sta interferenci dveh delnih žarkov, kot kaže slika 3.18.

Z geometrijo ogledal lahko vplivamo na to, kako fazno usklajeno ali fazno neusklajeno prispeta gornji in spodnji žarek do polpropustnega ogledala na izhodu žarkov.

Avtorja meritve sta ugotovila, da s spremembo medsebojne faze valovanja gornjega in spodnjega žarka pri nekaterih fazah žarkov vsa svetloba izide v horizontalni smeri, v določenih medsebojnih fazah pa vsa svetloba izide v vertikalni smeri. V splošnem pa izide po nekaj svetlobe v vsaki smeri.

Mach-Zhendenrjev interferometer nam torej ponuja metodo, za prepoznanje zakonitosti, kako se fotoni preoblikujejo v primeru, ko preidejo drug skoz drugega (slika 3.17) in koliko fotonov bo prevzel vsak od žarkov na izhodu.

Meritve Mach-Zhendenrjev interferometra kažejo, da v ugodnih razmerah lahko oslabljen stranski žarek (slika 3.16) prevzame glavnemu žarku večino enenrgije, kar strasnki žarek zelo ojača, osnovni žarek pa zelo oslabi, kar dokazuje tudi Youngov eksperiment.

Informacijska stabilnost fotonov

Pri izmenjavi energije med verigama fotonov pa opažam izjemno informacijsko obstojnost verig fotonov.

Obe verigi fotonov na sliki 3.17 preživita. Nobena od verig druge fotonske verige ne uniči. Obe verigi fotonov se po 'trku' ohranita.

Opažamo obliko 'solidarnosti', saj energijsko bogata veriga fotonov energijsko revni verigi odda del svoje energije ne glede na to, da s tem sama postane šibkejša.

Izmenjava energij med verigami fotonov izostri pogled v vesolje.

Pojav izmenjave energije med verigami fotonov predstavlja enega od čudes v naravi. Zamislim si, da nekje daleč iz vesolja pripotuje do Zemlje en sam foton, mogoče celo energijsko tako siromašen, da ga na Zemlji ne bi mogli opaziti.

Ko tak foton v naši okolici sreča nekaj energijsko bogatih verig fotonov, ki so po naključju ustrezne faze in enakih frekvenc, se mu vrne energija v takšni meri, da z lahkoto ponazori informacijo o sliki okolja, iz katerega prihaja.

Fotonski grozd - ( cluster photon )

Mavrični odboj na oljnem madežu, kot je bilo že rečeno, povzročijo fotoni znotraj iste verige fotonov, zato mora biti plast olja na vodi dovolj tanka. Na zgornji plasti mora prvi foton verige, ko se vrne iz spodnje plasti ujeti vsaj zadnji foton lastne verige.

Merjenje dolžina verige fotonov

Debelino plasti olja, pri kateri še opazim mavrični odboj mi torej omogoča merjenje dolžine verige fotonov.

Iz slike 3.19 je razvidno, da mora biti veriga fotonov daljša od dvojne debeline plasti olja, da opazimo mavrico.

Ugotovim lahko, da je ob določeni debelini plasti olja mavrica lahko opazna ob močni sončni svetlobi. Ob enaki debelini plasti olja je mavrica lahko zelo neznatna, običajno pa je sploh ni ob medli sobni svetlobi.

Sklepam torej, da imajo verige fotonov večje dolžine ob močni direktni svetlobi. Ob medli svetlobi so dolžine verig fotonov mnogo krajše.

Grozdi - snopi fotonskih verig

V nadaljevanju me zanima, ali se fotoni povezujejo v verige izključno po dolžini, drug za drugim, ali pa se verige fotonov lahko povezujejo tudi v vzporedne snope več verig fotonov, tako kot prikazuje slika 3.20.

Ali energijske povezave in energijsko sodelovanje med fotoni lahko nastaja tudi med fotoni, ki potujejo vzporedno, drug ob drugem, na primer v obliki grozda ?

Povezovanje vzporedno gibajočih se fotonov

Fotoni iste verige bi med seboj lahko interferiral le ob popolnoma navpičnem vpadu in navpičnem pogledu na oljni madež, ne pa pod kotom.

Na osnovi slike 3.21, ki prikazuje odboj svetlobe od mastnega madeža pod kotom, na osnovi geometrije lahko sklepam, da se ob vpadu fotonske verige pod kotom, fotona iste verige ne srečata. Fotona iste verige pri vpadu pod kotom ne moreta interferirati.

Srečavajo in seštevajo se lahko fotoni ene verige s fotoni vzporedne verige istega grozda.

Mavrico na oljnem madežu opažam pod kotom, kar pomeni, da se interferenca dogaja med fotoni, ki pripadajo vzporednim verigam istega grozda fotonov.

Grozd fotonov

Grozd fotonov še bolj nazorno opazim v poskusu Thomasa Younga (slika 3.11) ob prehodu fotonov skozi dvojno režo.

Fotoni za režo interferirajo v obliki prikazanih črt na sliki 3.14 le v primeru fazne usklajenosti, to je kadar fotoni, ki vpadajo na reži, izhajajo iz istega grozda fotonov.

V eksperimentu Thomasa Younga morata biti reži zadosti blizu, tako da del fotonov istega grozda fotonov preide skozi eno režo, del fotonov tega istega grozda pa skoz drugo režo. Fazno usklajeni fotoni na drugi strani reže interferirajo v obliki prikazanih črt.

Kadar sta reži preveč razmaknjeni, takrat jih isti grozd fotonov ne more zaobjeti. Pri preveč razmaknjenih režah fotoni fazno niso usklajeni, V takem primeru ne opazimo značilne interference na sliki 3.14.

Youngov eksperiment omogoča merjenje širino grozda fotonov.

Opažena odvisnost razdalje med režama v Youngovem poskusu z opaznostjo interference, daje možnost merjenja širine grozda fotonov.

Povečujemo razdaljo med režama in opazujemo interferenco.

Razdalja med režama, pri kateri se ravno še opazi medli obrisi interference pomeni širino grozda opazovanih fotonov.

Na oljnem madežu torej lahko merimo dolžino verige fotonov, ki je hkrati dolžina grozda fotonov, z Youngovem poskusom pa lahko merimo premer grozda fotonov.

Imamo torej možnosti merjenja dimenzij grozda fotonov v vseh prostorskih razsežnostih. Merimo lahko nekaj, česar neposredno ne moremo videti, merimo latentne lastnosti grozda fotonov.

Fotoni se povezujejo v grozde fotonov podobno, kot se molekule povezujejo v snovne delce.

, Fotoni praviloma ne tavajo po vesolju osamljeni. Povezujejo se v grozde fotonov, podobno, kot se molekule snovi povezujejo v snovne delce.

V prostoru praviloma prepoznavam grozde fotonov različnih velikosti, podobno kot na plaži opažam od prašnih delcev, preko kamenja od velikih skal.

Grozdi fotonov se gibljejo. V primeru direktne sončne svetlobe večinsko v isto smer, v splošnem pa v vse smeri, odvisno od odbojev in lomov svetlobe, kot prikazuje slika 3.22.

Pri odbojih in lomih se grozdi fotonov razbijejo in nadaljujejo pot v obliki manjših grozdov, dokler njihovo razbijanje ne privede fotonskega grozda do posameznih fotonov.

Energija fotona in grozda fotonov

Na osnovi opisanih eksperimentov lahko sklepam, da je grozd fotonov neka skupnost fotonov, ki:
· potuje v paketu
· ima neko stalno prostornino,
· fotoni znotraj grozda energijsko sodelujejo v smislu:
o izmenjave energije med fotoni in
o faznega usklajevanja med fotoni

Energijsko sodelovanje med fotoni znotraj grozda je način za ohranjanje fazne usklajenosti in volumske zaokroženosti grozda fotonov tudi takrat, ko je fotonski grozd podvržen vplivom okolja.

Fotoni izmenjujejo energijo in znotraj istega grozda med seboj energijsko sodelujejo.

Do izmenjave energije med fotoni prihaja celo med fotoni različnih grozdov, kot prikazuje slika 3.17, kadar so frekvence in faze fotonov usklajene, zato je pričakovano energijsko sodelovanje tudi med fotoni znotraj istega grozda fotonov.

Fotoni izgubljajo energijo.

Na fotone deluje sila gravitacije. Leta 1919 je Eddigton izmeril, da foton, ki leti mimo Sonca, spremeni smer svoje poti, zaradi gravitacijske privlačnosti Sonca.

Foton mora torej s silo na neki poti premagovati gravitacijsko polje, kadar želi pobegniti iz nekega nebesnega telesa. Pojav je še posebej opazen v primeru črnih lukenj, ko foton praviloma velike gravitacije, z energijo, ki jo premore, ne more premagati.

Ko foton premaguje gravitacijsko polje, izgublja del lastne energije. Na foton deluje zaviralna sila na njegovi poti.

Foton lahko izgubi del energije tudi pri lomu ali odboju svetlobe, kot je prikazano na sliki 3.15.
Fotone energijsko osiromaši tudi njihovo prodiranje v morske globine ali pot skozi težke deževne oblake.

Vpliv energijskih izgub na grozd fotonov

Tega siromašenja energije na nivoju fotonov z meritvami praviloma ne zaznamo. Meritve kažejo vedno enake energije fotonov izbranih frekvenc.

Pojav velike energijske stabilnosti fotonov si lahko razlagam tako, da opazovani grozd fotonov na osnovi izmenjave energije med fotoni znotraj grozda ob energijskih izgubah žrtvuje foton z namenom, da ostalim fotonom zagotovi optimalno energijsko stanje.

Ob energijskih izgubah se zmanjšuje število fotonov znotraj grozda zato, da fotoni lahko ohranjajo optimalno energijo.

Delni odboj svetlobe

Pri opazovanju interference na tanki plasti olja (slika 3.10), se energija grozda fotonov razdeli v dve smeri, kot kaže slika 3.23.

Posamezni fotoni v eni in drugi smeri ohranijo svoji frekvenci lastno energijo, kar pomeni, da se grozd fotonov razdeli v dva grozda.

Če pri odboju ni energijskih izgub, je vsota fotonov enega in drugega grozda enaka številu fotonov izvornega grozda, kot prikazuje slika 3.23.

Fotoni se odbijejo tako, da se kasneje lahko srečajo.

Pojavi se vprašanje, po kakšnem ključu in na kakšen način se fotoni ločijo v dve grozda.

Domnevamo lahko, da se pri delnem odboju vsak foton razdeli v dva energijsko siromašna fotona.

Po delnem odboju dobimo dva grozda siromašnih fotonov.

Ker pa tudi odbiti fotoni tvorijo grozd, se tak grozd energijsko siromašnih fotonov takoj po odboju preoblikuje, na osnovi izmenjave energije med fotoni, v manj številčni grozd energijsko optimalnih fotonov.

Grozd štirih fotonov na sliki 3.24 na primer žrtvuje en foton z namenom, da grozd treh fotonov svojo pot nadaljuje kot grozd energijsko optimalnih fotonov.