Licht

Sonne1001001 · Gast

Meine Frage:
Meine Frage: Woraus besteht Licht eigentlich? Klar, es gibt den Welle-Teilchen-Dualismus. Zum Einen sind es Photonen und zum Anderen elektromagnetische Wellen.
Aber was ist eine elektromagnetische Welle eigentlich (wirklich) bzw. warum erzeugt eine bewegte Ladung EM-Wellen? Ist ein Photon bzw. EM-Welle elektrisch geladen? Sonst könnte sie doch nicht mit den Ladungen wechselwirken, oder?

Meine Ideen:
Vielen Dank!

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18087

Ein Photon ist eine quantisierte, elementare Anregung des klassischen elektromagnetischen Feldes und kann auf nichts weiter zurückgeführt werden. Ein Photon ist (ebenso wie das klassische elektromagnetische Feld) ungeladen.

D2 · Anmeldungsdatum: 10.01.2012 Beiträge: 1723

Kann man das Photon lokalisieren?
Den Ort des wahrscheinlichen Aufenthalts berechnen?
Können die Photonen auch Drehimpuls mitnehmen?
Warum behauptet man, das Photon nur gequantelte Energiemenge mitnimmt, obwohl seine Freuenz bzw. seine Wellenlänge beliebige Werte annehmen kann?
Können die Photonen durch starke elektrische Felder abgelenkt werden?
Die Gravitations - und starke Magnetfelder tuen das.
http://de.wikipedia.org/wiki/Faraday-Effekt

Was ist die Impendanz des Vakuums in physikalischem Sinne?
http://de.wikipedia.org/wiki/Wellenwiderstand

Wenn ein Photon im starken Gravitationsfeld eine stehende Welle bilden soll, kann man dieses Photon als ein Quasiteilchen betrachtet werden welches zusätzliche Eigenschaften zum Vorschein bringt ?

Sonne1001001 · Gast

Aber warum heißt es dann elektromagnetisch? Das heißt doch, dass die Welle geladen sein muss?
Und warum lässt sich Licht ablenken durch Gravitationsfelder und elektrische Ladungen?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18087

Sonne1001001 · Gast

Mal eine andere Frage bezogen auf Licht: Warum ist Glas durchsichtig?
Und warum ist die Luft auch durchsichtig?

Laron · Anmeldungsdatum: 20.02.2012 Beiträge: 230

Das menschliche Auge ist empfindlich für einen schmalen Bereich des elektromagnetischen Spektrums, der ca. zwischen 380 nm und 780 nm liegt und folgerichtig als "sichtbares Licht" bezeichnet wird. Jedes Material, das in diesem Bereich Licht durchläßt, bezeichnet man als durchsichtig. Fensterglas reflektiert ca. 4 % des einfallenden Lichtes pro Seite und die Absorption in dem Bereich ist so gering, daß sie im Alltag keine Rolle spielt. Der Rest geht durch und wird vom Auge gesehen.

Sonne1001001 · Gast

Stimmt es, dass Licht (elektromagnetische Welle) eine Form von Energie ist?
In der Sonne wird doch auch Energie in Form von Srahlung frei, oder?
Und warum absorbieren nur die Elektronen eines Materials das Licht (Photon)? Könnte es auch von einem Proton absorbiert werden?
Warum kann Licht überhaupt absorbiert werden, wenn es aus Teilche besteht, vielleicht weil es Energieist?

Wie kann man das verstehen, wenn man sagt, die Ruhemasse (Ruheenergie) eines Photos wäre null, es aber doch eine Energie hat???

Laron · Anmeldungsdatum: 20.02.2012 Beiträge: 230

Das haben die Kollegen oben schon zu erklären versucht. An dieser Stelle müssen wir unterscheiden zwischen der Sache und dem Modell, mit dem wir es beschreiben. Solche Diskussionen werden alerdings schnell philosophisch.
Laß es mich mal so sagen: wir beschreiben Licht mit dem Modell der elektromagnetischen Welle und wenn es ein Teilchen wäre, wäre es ein Photon. Eine EM-Welle IST in dem Sinne keine Energie, sondern überträgt sie nur.
Eine bewegte Ladung erzeugt ein Magnetfeld, das veränderliche Magnetfeld erzeugt ein elektrisches Feld und so weiter. So kann sich die Welle ausbreiten. Umgekehrt kann diese Welle eine Ladung in Bewegung versetzen und so die Energie wieder abgeben. Denk an einen Stein, den Du in einen See wirfst und eine kleine Boje, die sich dadurch auf und ab bewegt. Das ist so ähnlich.

>In der Sonne wird doch auch Energie in Form von Srahlung frei, oder?

Ja.

>Und warum absorbieren nur die Elektronen eines Materials das Licht (Photon)? Könnte es auch von einem Proton
>absorbiert werden?

Spätestens jetzt müssen wir trennen in "Licht" im Sinne einer EM-Welle und "sichtbares Licht". Sichtbares Licht "entsteht" in Elektronenhüllen von Atomen und kann aufgrund seiner Energie vereinfacht gesagt auch nur in den Elektronenhüllen wieder aufgenommen werden. Um Kernbausteine zu beeinflussen brauchst Du deutlich höhere Energieen, sprich kürzere Wellenlängen. Das ist immer noch Licht, aber schon längst nicht mehr sichtbar.

>Warum kann Licht überhaupt absorbiert werden, wenn es aus Teilche besteht, vielleicht weil es Energieist?

Licht besteht nicht aus Teilchen (s.o.). Nur manchmal ist das Teilchenmodell für die Beschreibung von bestimmten Effekten das einfachere.

>Wie kann man das verstehen, wenn man sagt, die Ruhemasse (Ruheenergie) eines Photos wäre null, es aber doch
>eine Energie hat???

Die Frage gab es schon an einer anderen Stelle. Ein Photon ist niemals in Ruhe, sondern bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit. Wenn es eine Ruhemasse hätte, wäre das nicht möglich.

Sonne1001001 · Gast

Ehrlich gesagt muss ich eine Sache in deiner Erklärung anprangern.
Du sagst, dass Licht nicht aus Teilchen sondern aus Wellen besteht. Nur in diversen Situationen würde man das "Teilchenmodell" verwenden.
Ich kann aber ganz genau das Gegenteil formulieren (behaupten): Licht besteht aus Teilchen und nur in ganz verschiedenen Situationen verhält es sich wie eine Welle.
Welle-Teilchen-Dualismus. Derjenige, der dieses Rätsel löst verdient den Nobelpreis!!!

Die Antwort bezüglich der Ruhemasse ist mir nicht ganz klar. Denn es muss ja einen Grund dafür geben, dass die Ruhemasse null ist und es sich deshalb mit Lichtgeschwindigkeit bewegt.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18087

Im Rahmen der Quantenfeldtheorie wird ein Formalismus verwendet, der weder Teilchen noch Wellen verwendet. Die Frage ist dann "nur" noch, wann ein Quantenobjekt (ein Photon) als Teilchen bzw. Welle erscheint. Ich würde aber davon Abstand nehmen, zu behaupten, dass das Photon ein Teilchen ist oder eine Welle ist, denn dies ist eine ontologische (philosophische) Frage, und dazu sagt die Physik grundsätzlich nichts; sie stellt lediglich einen Formalismus bereit, der es erlaubt, experimentell überprüfbare Vorhersagen zu machen - und das funktioniert hervorragend.

Warum ein Photon Ruhemasse Null hat (bzw. warum andere Teilchen eine von Null verschiedene Ruhemasse haben) kann heute niemand beantworten. Letztlich kennt man im Rahmen der QFT verschiedene Möglichkeiten, wie man Teilchen mit ihren jeweiligen Massen beschreibt bzw. wie man überhaupt Massenterme in die Theorie einführt. Warum-Fragen kann die Physik nicht beantworten.

Sonne1001001 · Gast

Also wenn ich dich richtig verstehe, beschreibt man das Licht in der Quantenfeldtheorie nur als Photon (quantenobjekt).
Und ein Photon ist das praktisch ein quantisiertes "Energiepacket"?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18087

D2 · Anmeldungsdatum: 10.01.2012 Beiträge: 1723

Was passiert wenn zwei Photonen sich so ungünstig treffen das an diesem Treffort widersprüchliche Bedingungen gleichzeitig herrschen müssen?
Für ein Photon muss z.B. das E-Feld zunehmen für das Andere aber umgekehrt abnehmen? Können die Photonen ihre Bewegungen beibehalten, oder soll man in Erwägung ziehen, das diese Photonen Energie und Impuls austauschen?
Kann es bei so einem Austausch zu neuer Umverteilung von Energien und Impulsen kommen? (ich gehe davon aus dass solche Prozesse in der Zeit reversibel sind).

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18087

Photonen im Rahmen der QFT haben keinen definierten Ort sowie kein definiertes E- und B-Feld. Sie können sich nicht "an einem Ort treffen". Wenn sich "zwei Photonen treffen", dann werden sie sich in niedrigster Näherung gegenseitig wechselwirkungsfrei ignorieren (so wie sich zwei Lichtstrahlen durchdringen), in höheren Ordnungen sind Streuungen bzw. Paarerzeugungen möglich.

D2 · Anmeldungsdatum: 10.01.2012 Beiträge: 1723

"Photonen im Rahmen der QFT haben keinen definierten Ort sowie kein definiertes E- und B"

Wenn ich Compton-Effekt betrachte und mit Formeln spiele
http://de.wikipedia.org/wiki/Compton-Effekt
dann treffen sich Photon "ohne definierten Ort" mit einem Elektron(angebliche Ausdehnung Null) wie zwei Billardkugeln die ihre Energien und Impulse austauschen, mit Berücksichtigen von rel. Effekten komme ich zu richtigen Ergebnissen.

Aber wie soll ich mir ein Photon in Bewegung vorstellen?
Eine Wolke, Kugel, Zylinder, Torus?
Welche Ausdehnung hat das Photon in der Längsrichtung?
Wenn Null, was ändert sich dann wenn seine Wellenlänge variiert?
Abstände zwischen welchen sein El . Feld in Magn. Feld übergeht?
Pulsiert womöglich die Ausdehnung des Photons in der Querrichtung mit dem Wechsel der Felder?

Die Photonen die in eine Richtung fliegen ziehen sich an. Vielleicht sind Photonen als
el. Ströme zu betrachten, die sich gegenseitig mit Magnetfeldern einschnüren?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18087

Gustav123 · Gast

Ich habe nochmal in Wikipedia nachgeschaut und da stand, dass ein Photon die elementare Anregung (Quant) des quantisierten elektromagnetischen Feldes ist. Das beschreibt es doch ganz treffend, oder?

Aber ist ein Photon nun ein Teilchen? Es wird noch immer erklärt, dass Licht aus Wellen und Teilchen besteht, und dass die Photonen die Lichtteilchen sind.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18087

Gustav123 · Gast

Also könnte man statt Photon auch Lichtteilchen sagen?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18087

ja - nur muss man sich eben immer wieder klarmachen, dass es sich dabei nicht um "Teilchen" im klassischen Sinne handelt. Mit dem klassischen Teilchenbegriff kannst du z.B. keine Interferenzphänomene erklären.

Uriezzo · Anmeldungsdatum: 15.09.2011 Beiträge: 281 Wohnort: Großostheim

D2 · Anmeldungsdatum: 10.01.2012 Beiträge: 1723

Was ist unter niedrigster Ordnung zu verstehen?
Photon hat Geschwindigkeit, Energie und Impuls. Es muss zu einer bestimmten Zeit an einem Elektronen streuen dabei muss sein Einfallwinkel berücksichtigt werden.
Etwas früher oder später und das Photon wird sein Ziel verfehlen, der Energie +Impulsaustausch wird nicht stattfinden. Photonen kann man zwar von der Seite nicht sehen, aber ihre Position im Raum lässt sich schon berechnen.
Ist schon praktisch, seine konstante Geschwindigkeit.

Von welcher Unendlicher Ausdehnug ist die Rede, wenn das Photon nur mit Hilfe von El und Magn Felder fortbewegen muss und es gibt genug Experimente, dass sich diese Felder abwechselnd im Raum vorfinden?

Potonen sind Bosonen, die gesellen sich gerne :-)

"Eine Konsequenz ist, dass sich gleichartige Bosonen zur selben Zeit am selben Ort (innerhalb der Unschärferelation) befinden können. Mehrere Bosonen nehmen dann den gleichen Quantenzustand ein, sie bilden makroskopische Quantenzustände."
http://de.wikipedia.org/wiki/Boson
dafür müssen diese sich in eine Richtung bewegen und man kann sich Gedanken machen wie und warum diese "zur selben Zeit am selben Ort“
sein können. Ihre identische Geschwindigkeit garantiert die Synchronisation,
vorausgesetzt die Photonen fliegen parallel in eine Richtung.

In der Natur ist wahrscheinlich alles, was eine elektrische Ladung (auch neutrale )trägt,
in Wirklichkeit eine Zusammensetzung unterschiedlicher Ladungen ist. Mich wird nicht wundern wenn irgendwann rausgefunden wird, dass das Neutrino auch ein zusammengesetztes Teilchen ist. Warum soll das Photon eine Ausnahme machen? Allein aus logischen Gründen soll eine EM Welle (das Photon) mit Ladungen behaftet oder auf solche angewiesen sein.

Wenn ein stromdurchflossener Kupferleiter um sich ein Magnetfeld hat, keine kommt auf Gedanke zu argumentieren das Ursprung seines Feldes in seiner Neutralität liegt.
Umgekehrt, trotz seiner scheinbaren Neutralität bildet sich um ein Teil seiner bewegten Ladungen ein M Feld aus.

Uriezzo · Anmeldungsdatum: 15.09.2011 Beiträge: 281 Wohnort: Großostheim

Gustav123 · Gast

An Uriezzo

Da du ja sehr wahrscheinlich Physik studiert hast, was ich überaus fantastisch finde, könntest du mir noch mal eine Art Feedback zu Thema Photon geben. Für einen Laien wie mich zumindest?

Also ein Photon ist nicht unbedint ein Teilchen, sondern es ist die *quantisierte, elementare Anregung des EM-Feldes.
(Anschaulich gesprochen sind Photonen das, woraus elektromagnetische Strahlung besteht, daher wird gelegentlich auch die Bezeichnung Lichtteilchen verwendet; Wikipedia). Man könnte sie daher als eine Art von Teilchen verstehen.

*quantisiert bedeutet in diesem Zusammenhang, dass nur bestimmte Portionen von diversen phsyikalischen Größen auftauchen.

Stimmt das so? Ist das ausreichend für einen Laien?
Danke Big Laugh

Uriezzo · Anmeldungsdatum: 15.09.2011 Beiträge: 281 Wohnort: Großostheim

Ja, ich denke, das stimmt so Tanzen

.

Gustav123 · Gast

Gibt es sonst noch etwas wissenswertes über Licht bzw. Photonen?

Uriezzo · Anmeldungsdatum: 15.09.2011 Beiträge: 281 Wohnort: Großostheim

Ich kann Dir folgendes Buch empfehlen:

QED. Die seltsame Theorie des Lichts und der Materie.
von R.P. Feynman

Es ist zwar schon etwas älter, aber immer noch eines der besten populärwissenschaftlichen Bücher, die ich kenne.