Startseite
Forum
Fragen
Suchen
Formeleditor
Über Uns
Registrieren
Login
FAQ
Suchen
Foren-Übersicht
->
Quantenphysik
Antwort schreiben
Benutzername
(du bist
nicht
eingeloggt!)
Titel
Nachrichtentext
Smilies
Weitere Smilies ansehen
Schriftfarbe:
Standard
Dunkelrot
Rot
Orange
Braun
Gelb
Grün
Oliv
Cyan
Blau
Dunkelblau
Indigo
Violett
Weiß
Schwarz
Schriftgröße:
Schriftgröße
Winzig
Klein
Normal
Groß
Riesig
Tags schließen
Schreibt eure Formeln hier im Board am besten mit Latex!
So gehts:
Latex-Kurzbeschreibung
|
Formeleditor
[quote="DrStupid"][quote="TechnikFan"]Und das ausgerechnet mit der Energie h x 100MHz ?![/quote] Die Ladungsträger werden in der Dipolantenne zu einer Oszillation mit einer bestimmten Frequenz f gezwungen. Es würde mich nicht überraschen, wenn diese Anregung in einem sehr einfachen Modell (ohne Wechselwirkung mit Material der Antenne) jeweils der Energie h*f entspricht.[/quote]
Optionen
HTML ist
aus
BBCode
ist
an
Smilies sind
an
BBCode in diesem Beitrag deaktivieren
Smilies in diesem Beitrag deaktivieren
Spamschutz
Text aus Bild eingeben
Alle Zeiten sind GMT + 1 Stunde
Gehe zu:
Forum auswählen
Themenbereiche
----------------
Mechanik
Elektrik
Quantenphysik
Astronomie
Wärmelehre
Optik
Sonstiges
FAQ
Sonstiges
----------------
Off-Topic
Ankündigungen
Thema-Überblick
Autor
Nachricht
TechnikFan
Verfasst am: 11. März 2025 17:51
Titel: Re: Frequenz
Ich hätte meinen Einwand etwas ausführlicher formulieren sollen. Sorry.
Wenn die abgestrahlte Energie des Dipols sich aus einzelnen Photonen zusammensetzt, dann muss natürlich jedes einzelnen Photon eine Energie gleich h x 100Mhz haben.
Wenn ein Elektron, wie von DrStupid angenommen in der Hin-und-her-Bewegung aufgehalten wird, müsste die abgestrahlte Energie gleich h x 100Mhz sein, weil das nach Plank die Energie des abgestrahlten Photons ist. Bei diesem ersten Versuch, einen quantenmechanischen Prozess zu finden, gibt es noch einen weiteren Fehler: Das Elektron, das in seiner Bewegung gestoppt wird, gibt seine Energie an den Dipol ab (ohmscher Widerstand) und wird als thermisches Photon damit den Dipol erwärmen.
DrStupid hat Folgendes geschrieben:
TechnikFan hat Folgendes geschrieben:
Wie soll aus der relativ einfachen Wellenform ein abgegrenztes Wellenpaket werden?
Die Wellenform sieht nur deshalb relativ einfach aus, weil Du nicht berücksichtigst, dass auch Dein Dipol Energie in diskreten Portionen abgibt. Bei abnehmender Leistungsdichte hört das irgendwann auf eine gute Näherung zu sein.
Ich wage mal eine ketzerische Behauptung, wohlwissend dass ich hier Wikipedia und namhafte Physiker in Zweifel ziehe:
Elektromagnetische Strahlung besteht nur dann aus Photonen, wenn sie bei quantenmechanischen Prozessen erzeugt wird.
DrStupid
Verfasst am: 11. März 2025 09:27
Titel:
TechnikFan hat Folgendes geschrieben:
Und das ausgerechnet mit der Energie h x 100MHz ?!
Die Ladungsträger werden in der Dipolantenne zu einer Oszillation mit einer bestimmten Frequenz f gezwungen. Es würde mich nicht überraschen, wenn diese Anregung in einem sehr einfachen Modell (ohne Wechselwirkung mit Material der Antenne) jeweils der Energie h*f entspricht.
TechnikFan
Verfasst am: 10. März 2025 21:31
Titel:
Und das ausgerechnet mit der Energie h x 100MHz ?!
Das passt nicht zusammen.
DrStupid
Verfasst am: 10. März 2025 19:15
Titel:
TechnikFan hat Folgendes geschrieben:
Daraus ergibt sich die Frage: Was ist der quantenmechanische Prozess, der in dem Dipol die Aussendung eines elektromagnetischen Photons mit der Frequenz von 100 MHz auslöst?
Ich weiß nicht, ob man das konkret benennen kann. Festkörperphysik ist nicht trivial. Aber da in der Antenne Ladungsträger hin und her pendeln, könnte man sich im einfachsten Fall vorstellen, dass einer davon aufhört, diese Bewegung mitzumachen und die frei werdende Energie als Photon angestrahlt wird.
TechnikFan
Verfasst am: 10. März 2025 17:28
Titel:
Daraus ergibt sich die Frage: Was ist der quantenmechanische Prozess, der in dem Dipol die Aussendung eines elektromagnetischen Photons mit der Frequenz von 100 MHz auslöst?
DrStupid
Verfasst am: 09. März 2025 17:37
Titel: Re: Frequenz
TechnikFan hat Folgendes geschrieben:
Wie soll aus der relativ einfachen Wellenform ein abgegrenztes Wellenpaket werden?
Die Wellenform sieht nur deshalb relativ einfach aus, weil Du nicht berücksichtigst, dass auch Dein Dipol Energie in diskreten Portionen abgibt. Bei abnehmender Leistungsdichte hört das irgendwann auf eine gute Näherung zu sein.
TechnikFan
Verfasst am: 09. März 2025 17:19
Titel: Re: Frequenz
GVeverca hat Folgendes geschrieben:
Jegliche elektromagnetische Strahlung, von Radiowellen bis zur Gammastrahlung, ist in Photonen quantisiert. Das bedeutet, die kleinste Menge an elektromagnetischer Strahlung bestimmter Frequenz ist ein Photon.
Quelle Wikipedia
Da Wikipedia in der Regel eine vertrauenswürdige Quelle darstellt, möchte ich diese Aussage nicht so einfach in Frage stellen.
Aber wenn ich als elektromagnetische Quelle einen Lambda-halbe-Dipol betrachte, dessen Strahlung sich ins Universum ausbreitet, dann kann ich für einen 100 MHz-Sender mit 1 Watt Leistung, der für 1 Sekunde eingeschaltet wird, die Strahlenausbreitung ziemlich genau berechnen. Die Energie für ein Photon dieses Senders lässt sich leicht angeben und so auch die Anzahl der Photonen die abgestrahlt wurden. Das elektromagnetische Feld dieses Strahlers besteht bei einem Ort in der Ferne aus einem magnetischem Feld und einem elektrischem Feld, die senkrecht zueinander und senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung stehen.
Mit zunehmender Entfernung vom Dipol wird die Energiedichte immer kleiner, sodass durch eine Fläche von z.B. einem Quadratkilometer nur noch 1 Photon der Strahlungsquelle durchgeht.
Wie soll aus der relativ einfachen Wellenform ein abgegrenztes Wellenpaket werden?
TechnikFan
Verfasst am: 09. März 2025 16:06
Titel:
Es wundert mich, dass noch niemand ein solches Experiment durchgeführt hat?
Zum Nachweis von Gravitationswellen wurden schon sehr große Interferometer gebaut. Wurden die noch nie mit Einzelphotonenquellen betrieben?
TechnikFan
Verfasst am: 24. Feb 2025 13:24
Titel:
Richtig!
Ich würde erwarten, dass ab einer gewissen kritischen Länge der Wege das Interferenzmuster verschwindet.
Nicht schlagartig ab einem bestimmten Wert, weil ich die Länge eines Photons als nicht scharf begrenzt vermute.
TomS
Verfasst am: 23. Feb 2025 16:28
Titel:
Der Einwand gegen die Abschwächung des Laserstrahls zu Untersuchung einzelner Photonen wird ja bereits im Video selbst angesprochen.
Der fundamentale Einwand ist jedoch ein anderer, und auch er wird genannt: betrachtet man als "Photon" das, was unabhängig von einer Detektionen existiert, oder bezeichnet "Photon" das Detektionsereignis? Ersteres ist in einem einfachen Doppelspaltexperiment sicher mathematisch (!) räumlich delokalisiert, letzteres sicher experimentell räumlich und zeitlich eng lokalisiert.
Letzteres sollte unverändert für die Detektion hinter dem Mach-Zehnder-Interferometer gelten.
Wenn ich dich richtig verstehe, möchtest du die Länge eines Weges im Interferometer so durchstimmen, dass du ab einer gewissen kritischen Länge eine Änderung des Interferenzmusters erhältst. Dann würdest du davon sprechen, dass diese Länge die des Photons übersteigt.
Richtig?
TechnikFan
Verfasst am: 22. Feb 2025 02:12
Titel:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Haben wir eine analoge Aussage für die longitudinale Ausdehnung?
Ich habe immer noch den Vorschlag (s.o.), mit einem Mach-Zehnder-Interferometer die maximal möglichen Wegstrecken auszutesten, bei denen es bei Einzelphotonen noch zu Interferenzen mit sich selbst komm.
DrStupid
Verfasst am: 22. Feb 2025 00:17
Titel:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Haben wir eine analoge Aussage für die longitudinale Ausdehnung?
Dazu habe ich oben schon was gesagt. Wie erklärt man Maxima n. Ordnung ohne Photonen mit einer longitudinalen Ausdehnung von n Wellenlängen?
TomS
Verfasst am: 21. Feb 2025 21:11
Titel:
DrStupid hat Folgendes geschrieben:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Wie sich das Photon vor der Messung verhält, kann man mangels Messung nicht sagen. Und im Zuge einer Messung misst man ein lokalisiertes Photon; alles andere sind nur indirekte Argumente.
Bei einem einzelnen Photon stimmt das …
… und genau darum geht es hier doch.
DrStupid hat Folgendes geschrieben:
… aber bei vielen einzelnen Photonen sieht die Sache etwas anders aus. Beim Doppelspaltexperiment erhälst Du z.B. für jedes einzelne Photon ein lokales Signal. Aber alle Signale zusammen ergeben ein Interferenzmuster aus dem man auf Eigenschaften der einzelnen Photonen schließen kann. Das ist dann natürlich "nur" eine statistische Aussage, aber damit hat man es in der QM ständig zu tun und mehr als nichts ist es allemal.
Das stimmt.
Eine Aussage, die man sicher treffen kann ist, dass ein einzelnes Photon nicht als klassisches Objekt mit einer transversalen Abmessungen kleiner als der Spaltabstand beschrieben werden kann, da dies das Interferenzmuster nicht erklärt.
Haben wir eine analoge Aussage für die longitudinale Ausdehnung?
DrStupid
Verfasst am: 21. Feb 2025 18:49
Titel:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Wie sich das Photon vor der Messung verhält, kann man mangels Messung nicht sagen. Und im Zuge einer Messung misst man ein lokalisiertes Photon; alles andere sind nur indirekte Argumente.
Bei einem einzelnen Photon stimmt das, aber bei vielen einzelnen Photonen sieht die Sache etwas anders aus. Beim Doppelspaltexperiment erhälst Du z.B. für jedes einzelne Photon ein lokales Signal. Aber alle Signale zusammen ergeben ein Interferenzmuster aus dem man auf Eigenschaften der einzelnen Photonen schließen kann. Das ist dann natürlich "nur" eine statistische Aussage, aber damit hat man es in der QM ständig zu tun und mehr als nichts ist es allemal.
TomS
Verfasst am: 21. Feb 2025 17:52
Titel:
Wenn du die Messung durchführst, wirst du feststellen, dass die Intensität eben gerade
nicht
kontinuierlich abnimmt, weil bei genügend großen Entfernungen nur noch sporadisch einzelne Photonen detektiert werden.
Ich habe inzwischen einiges zu der Frage gelesen und bin nicht zufrieden. Wie sich das Photon vor der Messung verhält, kann man mangels Messung nicht sagen. Und im Zuge einer Messung misst man ein lokalisiertes Photon; alles andere sind nur indirekte Argumente.
TechnikFan
Verfasst am: 21. Feb 2025 16:01
Titel:
377 Ohm hat Folgendes geschrieben:
In großer Entfernung von einer monochromatischen, isotrop strahlenden Quelle nimmt der Energiefluss
kontinuierlich
ab, zumindest klassisch betrachtet.
Was heißt das, "... nimmt der Energiefluss kontinuierlich ab..."? Mit zunehmender Entfernung, d.h. mit 1 / r hoch 2?
Wurde ein Experiment durchgeführt, das diese Theorie unterstützt?
377 Ohm
Verfasst am: 20. Feb 2025 18:25
Titel:
TechnikFan hat Folgendes geschrieben:
Schwache elektromagnetische Strahlung, die ab und zu Energiepakete in Photonengröße überträgt, ist eine für mich ganz neue Theorie. Gibt es dafür eine von anerkannten QM-Experten akzeptierte wissenschaftliche Quelle?
Ganz neu ist die Theorie sicher nicht. Es ist doch das, was Einstein 1905 als heuristischen Gesichtspunkt vorgeschlagen hat. In großer Entfernung von einer monochromatischen, isotrop strahlenden Quelle nimmt der Energiefluss
kontinuierlich
ab, zumindest klassisch betrachtet. Das ändert nichts an der Tatsache, dass die Energie immer nur in Portionen von
absorbiert wird.
TechnikFan
Verfasst am: 20. Feb 2025 15:16
Titel:
DrStupid hat Folgendes geschrieben:
Ich denke mal, dass es mit dem Photon als Welle spätestens bei der Absorption vorbei ist und dass die Frage nach seiner Größe damit gegenstandslos wird.
Wenn man sich für Interpretationen der Quantentheorie interessiert, ist die Eigenschaft von Photonen vor der Absorption wichtig.
Ich vermute, die maximal mögliche Länge der Wege beim Mach-Zehnder-Interferometer ist ein anderer Wert als die Kohärenzlänge von Photonen.
TechnikFan
Verfasst am: 20. Feb 2025 14:51
Titel:
377 Ohm hat Folgendes geschrieben:
Unter dem Titel
How big is a photon?
wurde vor einiger Zeit ein interessantes Video dazu auf physicsforums diskutiert.
Dieses Video wirft mehr Fragen auf als das es Antworten liefert.
Die Art und Weise wie hier Einzelphotonen erzeugt werden ist nicht Zielführend. In QuantumLab (siehe
https://www.quantumlab.nat.fau.de/
unter „Grundlagen“) wird erläutert, warum Abschwächung von Laserlicht bis zu Energie-Leveln, bei denen nur einzelne isolierte Photonen durchkommen können, für Einzelphotonen-Experimente ungeeignet ist. Die Fluoreszenzlampe, die er im Video bei 16:15 erwähnt, hätte da auch nicht weitergeholfen.
Schwache elektromagnetische Strahlung, die ab und zu Energiepakete in Photonengröße überträgt, ist eine für mich ganz neue Theorie. Gibt es dafür eine von anerkannten QM-Experten akzeptierte wissenschaftliche Quelle?
Die wissenschaftlichen Artikel am Ende der Forumsdiskussion helfen auch nicht weiter (Zitat aus dem Artikel von Shan-Liang Liu „The length of a photon is half of the wavelength and the radius is proportional to square root of the wavelength“)
DrStupid
Verfasst am: 19. Feb 2025 19:30
Titel:
TechnikFan hat Folgendes geschrieben:
Ich denke, dass man mit einem Doppelspalt nur die Breite eines Photons messen kann.
Man kann damit auch die Länge abschätzen oder wenigstens eine untere Grenze bestimmen. Jedes Maximum entspricht einer Phasenverschiebung um eine ganzzahlige Anzahl von Wellenlängen. Wären Photonen z.B. nur nur eine Wellenlänge lang, dann gäbe es auch nur ein Maximum.
Anders sieht das beim Detektor aus. Selbst wenn der wie eine Antenne arbeitet, weiß ich nicht, ob und wenn ja wie man da aus dem Messignal auf die Länge des absorbierten Photons schließen könnte. Ich denke mal, dass es mit dem Photon als Welle spätestens bei der Absorption vorbei ist und dass die Frage nach seiner Größe damit gegenstandslos wird.
377 Ohm
Verfasst am: 19. Feb 2025 17:39
Titel:
TechnikFan hat Folgendes geschrieben:
Ich denke, dass man mit einem Doppelspalt nur die Breite eines Photons messen kann.
Die Länge müsste man doch am besten mit einem Mach-Zehnder-Interferometer messen können. Wenn man prüft, bei welcher maximalen Länge eines Weges einzelne Photonen noch mit sich selbst interferieren, hätte man einen Messwert für die Mindestlänge eines Photons. Richtig?
Ja, man ermittelt so die Kohärenzlänge des Lichts. Unter dem Titel
How big is a photon?
wurde vor einiger Zeit ein interessantes Video dazu auf physicsforums diskutiert.
TechnikFan
Verfasst am: 19. Feb 2025 14:36
Titel:
TomS hat Folgendes geschrieben:
3) Zuletzt kann man sich noch überlegen, wie man derartige Photonen und ihre Größe misst. Messen bedeutet dabei ein Interaktion mit einem System einer typischen Längenskala. Z.B. kann man lokalisierte Zustände gemäß (2) mit einem Doppelspalt oder Gitter wechselwirken lassen, und man findet - geeignete Abmessungen vorausgesetzt - dass sich die Photonen wie Objekte der Größe der o.g. Wellenpakete u verhalten; d.h. man kann Ihnen diese Größe
im Rahmen einer Messung
zuschreiben.
Ich denke, dass man mit einem Doppelspalt nur die Breite eines Photons messen kann.
Die Länge müsste man doch am besten mit einem Mach-Zehnder-Interferometer messen können. Wenn man prüft, bei welcher maximalen Länge eines Weges einzelne Photonen noch mit sich selbst interferieren, hätte man einen Messwert für die Mindestlänge eines Photons. Richtig?
Brillant
Verfasst am: 10. März 2017 16:24
Titel: Re: ausgemessen
h_z hat Folgendes geschrieben:
Man hat 8 Meter für jedes Photon gemessen, aber ich weiss nicht mehr, wo ich das gelesen habe.
8 Meter habe ich auch gelesen. Aber ich weiss nicht mehr, ob es ein Photon war. Oder ein Photo?
gnt
Verfasst am: 10. März 2017 16:20
Titel: Re: ausgemessen
h_z hat Folgendes geschrieben:
Man hat 8 Meter für jedes Photon gemessen, aber ich weiss nicht mehr, wo ich das gelesen habe.
Vermutlich auf Deinem Smartphone als Du es im Querformat gehalten hast - dann ging es aber um ebene Wellen.
h_z
Verfasst am: 10. März 2017 15:58
Titel: ausgemessen
Man hat 8 Meter für jedes Photon gemessen, aber ich weiss nicht mehr, wo ich das gelesen habe.
Kassiopeija
Verfasst am: 18. Feb 2017 08:05
Titel:
Photonen haben aber gar keine Masse.
GVeverca
Verfasst am: 06. Feb 2017 13:44
Titel: Frequenz
Jegliche elektromagnetische Strahlung, von Radiowellen bis zur Gammastrahlung, ist in Photonen quantisiert. Das bedeutet, die kleinste Menge an elektromagnetischer Strahlung bestimmter Frequenz ist ein Photon.
Quelle Wikipedia
Die Masseberechnung nach der erweiterten Relativitätstheorie bezieht auch die Frequenz mit ein. Soviel ich weiß.
Ausserdem ist E=MC2 auch nicht soooo schwer zu verstehen,oder?
In der Geschwindigkeit steckt eine Raum-Zeit-Definition. Hierbei erstmal nur Länge und Zeit.
Aber die derzeitige Wissenschaft in sowieso in einem sehr verwirrten Zustand. :-)
Die Teilchentheorie bedeutet, das einzelne Photonenquanten existieren. Wie aber kann das in Zusammenhang mit der Tatsache gebracht werden, das das Licht der Sterne selbst auf Milliarden von Lichtjahren konstant und von überall gesehen werden kann? (Wenn das Licht unserer Sonne schon 4,5 Milliarden Jahre unterwegs ist kann man es überall auf einer Kugeloberfläche mit dem Radius 4,5 Milliarden Lichtjahren sehen.) Bei einzelnen Teilchen bedeutet dies, das die Teilchen sowohl Energie als auch Masse der Sonne beinhalten und der Sonne die Ruhemasse fehlt, den diese Teilchen VOR ihrer Entstehung hatten. Der Masseschwund, den die Sonne erleidet haben müsste, ist Wahnsinnig und nicht mit der Realität vereinbar.
Versuche doch einmal, das Licht rein energetisch zu beschreiben. Hierbei als 3-dimensionale Energieform, die emmitiert und reemmitiert wird. Das klappt. :-)
Bedeutet aber, das die Relativitätstheorie und die Teilchentheorie falsifiziert wären.
pbhd
Verfasst am: 06. Feb 2017 08:10
Titel: Re: Länge des Photons
GVeverca hat Folgendes geschrieben:
Kann einfach über die Relativitätstheorie und ihrer erweiterten Form ermittelt werden.
Die Geschwindigkeit eines Teilchens und die Frequenz, Schwingungen/sec. ergibt bei Photonquanten 300.000m/Anzahl Schwingungen wobei auf beiden Seiten die 'sec' (Zeit) schon entfernt sind. Eine Einzelschwingung ergibt somit einen genau berechenbaren Wert.
Ok, dann ist die Frage: wieviele Wellenzüge hat ein Photon? Wie oft schwingt es?
jh8979
Verfasst am: 06. Feb 2017 07:29
Titel: Re: Länge des Photons
GVeverca hat Folgendes geschrieben:
Eine Einzelschwingung ergibt somit einen genau berechenbaren Wert.
Der aber keinerlei physikalische Bedeutung hat.
GVeverca
Verfasst am: 06. Feb 2017 07:24
Titel: Länge des Photons
Kann einfach über die Relativitätstheorie und ihrer erweiterten Form ermittelt werden.
Die Geschwindigkeit eines Teilchens und die Frequenz, Schwingungen/sec. ergibt bei Photonquanten 300.000m/Anzahl Schwingungen wobei auf beiden Seiten die 'sec' (Zeit) schon entfernt sind. Eine Einzelschwingung ergibt somit einen genau berechenbaren Wert.
TomS
Verfasst am: 08. Jan 2017 18:10
Titel:
Ich denke, die Antwort ist nicht eindeutig; letztlich ist auch die Frage nicht präzise gestellt. Man muss sich darüber im Klaren werden, was man mit "Größe" eigentlich meint.
Zunächst sollte man überlegen, ob die nicht-rel. QM einem überhaupt weiterhelfen kann; ich behaupte nein, denn diese enthält in ihrem Formalismus überhaupt keine Photonen, sondern lediglich klassische elektromagnetische Wellen. D.h. dass das Argument bzgl. der Lebensdauer bzw. der Frequenzunschärfe eines Zustandes nicht ausreichend ist. Zudem ist die Energie-Zeit-Unschärfe keine fundamentale Aussage über die Zustände (wie für Ort und Impuls) sondern lediglich über eine im Rahmen der zeitabhängigen Störungstheorie abgeleitete Eigenschaft in einer bestimmten Näherung. Ein weiteres Problem ist, dass man die Unschärfe einer Observablen nicht mit dem Wert der Observablen selbst verwechseln darf. Und letztlich ist die Zeit auch keine Observablen im Sinne der QM.
Man muss m.E. mehrere Definitionen von "Größe" unterscheiden.
1) Zunächst mal zur formalen Definition: im Rahmen der Quantenfeldtheorie werden Zustände wie "ein Photon" durch Feldoperatoren A beschrieben (für eine physikalische Eichung, d.h. transversale Eichfelder). Üblicherweise verwendet man dazu eine Fourierdarstellung der Form
für Impuls p (und diversen Vereinfachungen). Ein ein-Photon-Zustand wäre dann definiert als
wobei der Operator a^dagger diesen mathematisch "erzeugt".
Dieser Zustand hat einen scharfen Impuls p und ist damit eine ebene Welle
unendlicher
Ausdehnung in x-Richtung (sowie in y,z, die ich hier unterdrückt habe).
2) Nun sind diese formalen Objekte sicher nicht geeignet, reale Photonen, also Wellenpakete zu beschreiben. Dazu kann man eine verallgemeinerte Konstruktion
verwenden, wobei u jetzt mehr oder weniger lokalisierte Wellenpakete bezeichnet.
Ein ein-Photon-Zustand bzgl. u wäre dann definiert als
Der Zustand beschreibt bzw. der Operator A "erzeugt" jetzt lokalisierte Photonen.
(1) und (2) sind absolut äquivalent, geeignete Wellenpakete u als Basis vorausgesetzt. Wenn man also in einem Experiment z.B. kohärente Zustände präpariert, dann ist eine andere Basis u sinnvoll, und dann liegen entsprechend der o.g. Beschreibung
lokalisierte
Zustände vor, die den Wellenpaketen entsprechen.
3) Zuletzt kann man sich noch überlegen, wie man derartige Photonen und ihre Größe misst. Messen bedeutet dabei ein Interaktion mit einem System einer typischen Längenskala. Z.B. kann man lokalisierte Zustände gemäß (2) mit einem Doppelspalt oder Gitter wechselwirken lassen, und man findet - geeignete Abmessungen vorausgesetzt - dass sich die Photonen wie Objekte der Größe der o.g. Wellenpakete u verhalten; d.h. man kann Ihnen diese Größe
im Rahmen einer Messung
zuschreiben.
4) Nun kann man versuchen, Photonen zu lokalisieren, d.h. sie mit immer kleineren Strukturen wechselwirken zu lassen. Dabei stellt man fest, dass es keine prinzipielle Untergrenze zu geben scheint. Insofern kann man Photonen (u.a. Elementarteilchen) als punktförmige absehen. Man beachte jedoch, dass noch niemand ein Photon mit einer Frequenz im sichtbaren Bereich auf einer Größe eines z.B. "punktförmigen Elektrons" lokalisiert hat. Erstens stellt sich beim Elektron sofort die selbe Frage, und zweitens sind Elektronen in Festkörpern ebenfalls nur auf Längenskalen von typischerweise atomarer Größenordnung lokalisiert.
5) Manchmal liest man, dass in Quantenfeldtheorien "punktförmige Wechselwirkungen" oder "punktförmige Teilchen" vorliegen (z.B. im Gegensatz zur Stringtheorie). Das ist ziemlicher Quatsch, denn erstens entsprächen die "Teilchen" den o.g. Zuständen, und die sind ausgedehnt, entspr. (1) sogar unendlich ausgedehnt, und zweitens existieren die "punktförmigen Wechselwirkungen" lediglich als formale mathematische Objekten im Rahmen der Störungstheorie, deren graphische Darstellung es als Feynmandiagramme geschafft haben, die QFT-Seminare zu verlassen und irgendwie als "Abbild realer Prozesse" missverstanden zu werden.
Zusammenfassend: als präparierte physikalische Zustände entspr. (2) und als physikalische Phänomene im Rahmen von Messungen entspr. (4) erscheinen Photonen als ausgedehnte Entitäten.
as_string
Verfasst am: 08. Jan 2017 16:52
Titel:
Nein, ein Zeitpunkt. Nach klassischer E-Dynamik geht man von einem längeren Schwingen aus, nach Quantenmechanik ist es genau ein Zeitpunkt.
Was die Lichtbrechung (nicht Beugung) in einem Prisma mit der "Länge" von Photonen zu tun haben soll, ist mir ein Rätsel.
Ansonsten wie gesagt: es kommt darauf an, was man als Länge bezeichnen will. Das ist bei Quanten nicht mehr ganz so eindeutig.
Gruß
Marco
pbhd
Verfasst am: 08. Jan 2017 12:53
Titel: Kohärenzlänge passt ganz gut.
>Aber emittiert wird es zu einem festen Zeitpunkt.
Hmm. Ein Punkt wird es wohl nicht sein? Sondern ein Zeitraum. Das mit der Kohärenzlänge ist ein interessanter Aspekt, ich glaube das das die Länge ist, die ich meine, weil die, für ein einzelnes Photon, ein Maß dafür ist, wie es mit sich selbst interferieren kann.
Soweit ich mich erinnere, kann man Doppelspaltexperimente auch mit einzelnen Photonen machen, und die beiden Spalte muessen einen Abstand grösser der Wellenlänge haben.
Weißlichtinterferometrie funktioniert anscheinend ähnlich.
Aber auch Beugung von Licht in einem Prisma benötigt eine endliche Länge der einzelnen Photonen, sonst könnten sie ja nicht gebeugt werden.
Oder andersherum, wenn man einen Apparat hat, der zur Interferenz Wegunterschiede anbietet, die jenseits der Kohärenzlänge liegen, sollte diese nicht auftreten, so sollte man also die mittlere Kohärenzlänge messen können.
Chillosaurus
Verfasst am: 08. Jan 2017 12:25
Titel:
Ein Objekt, das sich mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegt müsste doch immer für den ruhenden Beobachter eine Länge von null haben auf Grund der Lorenz-Kontraktion.
as_string
Verfasst am: 08. Jan 2017 11:30
Titel:
Hallo!
Wir hatten so eine ähnliche Diskussion schon einmal allerdings mit Elektronen. Wir waren uns da letztlich nicht so ganz einig. Die Grundfrage ist, was man denn überhaupt genau unter der "Größe" oder "Länge" oder "Ausbreitung" eines Teilchens versteht.
In meinen Augen sind alle wirklich elementaren Teilchen (Wie ein Photon oder Elektron) punktförmig. Obwohl die Teilchen eine Ortsunschärfe haben, kann der Ort an sich beliebig genau gemessen werden. Als "Messergebnis" wird man genau einen Ort raus bekommen und nicht: "Das eine Ende des Teilchens ist da und das andere dort" oder so was.
Anders bei einem Atomkern oder sogar bei Nukleonen, bei denen man in Streuexperimenten tatsächlich eine Ausdehnung bzw. räumliche Struktur feststellen kann.
Auf der anderen Seite könnte man z. B. die Koherenzlänge als Ausdehnung eines Photons auffassen oder auch seine (Energieabhängige) Wellenlänge.
Der Zeitpunkt, zu dem ein Photon von einem angeregten Atom spontan emittiert wird, ist nicht scharf in der Hinsicht, dass man ihn nicht genau vorhersagen kann. Aber emittiert wird es zu einem festen Zeitpunkt.
Gruß
Marco
pbhd
Verfasst am: 08. Jan 2017 05:23
Titel: Wie lange ist ein Photon? (in Metern)
Naja, ein Photon hat ja bekanntlicherweise die Energie hv, also je höher die Frequenz, desto mehr Energie kann ein Quant übertragen.
Aber wie lange braucht es dazu? Als elektromagnetische Welle gesehen (die z.b. beim Übergang eines Elektrons in einen niedrigeren Energiezustand emittiert wird) könnte diese ja, bei gegebener Frequenz, mit einer geringen Amplitude, dafür aber zeitlich (und damit auch räumlich) lange emittiert werden, oder eben kurz und heftig...
Man kann es nach oben abschätzen über die Lebensdauer eines solchen Zustands, aber mir kommt es so vor, als ob es verschieden 'lange' Photonen bei gegebener Frequenz geben müsste (deren Amplitude dann irgendwie ~ 1/Länge sein müsste)...