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[quote="Qubit"][quote="TomS"][ Die Definition eines Photons ist dabei nicht einseitig! [/quote] Eben, daher scheint das mir noch nicht der Punkt zu sein.. auch "klassisches Licht" kann mit Materie quantenmechanisch wechselwirken, zB. Photo- oder Comptoneffekt. Die Frage ist da, ob "klassisches Licht" aus "Photonen besteht"? Da beginnt für mich die "Heuristik" von Einstein aber endet auch da :)[/quote]
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TomS
Verfasst am: 16. März 2025 22:29
Titel:
TechnikFan hat Folgendes geschrieben:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Qubit hat Folgendes geschrieben:
Aber man kann keinem Quantenfeld "individuelle Photonen" zueignen, das klappt nicht. "Photonen" sind da eine statistische Eigenschaft des Quantenfeldes. Wer behauptet, ein "einzelnes bestimmtes Photon" durch einen Doppelspalt zu schicken, weiss nicht, was er sagt. Da gibt es kein solches "individuelles Photon"..
So würde ich es nicht formulieren, aber ich stimme dir in dahingehend zu, dass man das, was man detektiert, nicht mit dem verwechseln darf, was vor der Detektion existiert. Man muss eigtl. von einem kollektiven Ereignis sprechen, an dem neben denen des elektromagnetischen Quantenfeldes die Freiheitsgrade beteiligt sind. Und vor der Detektion ist da … nun ja … ein Quantenfeld.
Aber was versuchen wir dann in
https://www.physikerboard.de/topic,70930,-wellenfunktion-eines-photons.html
zu beschreiben?
Du hast recht, wir müssen hier besser unterscheiden, was wir
mathematisch
beschreiben, und was wir
tatsächlich beobachten
.
1) Z.B. hat niemand jemals
direkt
die Wellenlänge oder Frequenz eines hochenergetischen Photons gemessen. Wir messen Energien von Detektorereignissen und beobachten Interferenzeffekte an Gittern mit typischen Abständen.
2) Quantitativ zutreffend beschrieben, d.h. vorhergesagt und experimentell bestätigt wird dies mittels Feldoperatoren, die auf Zustandsvektoren in abstrakten Hilberträumen wirken.
3) Dann führt man einen Begriff wie "Photon" ein, was sowohl bestimmte Aspekte der Messungen (1) aber eben auch mathematische Entitäten (2) bezeichnet. Während (1,2) sehr präzise gemessen und formuliert werden, ist (3) ein unpräziser "Jargon"; der Physiker kann sich immer auf (1,2) zurückziehen, aber der Jargon verlässt die Seminarräume und erreicht YouTube, Bücher, Fernsehen und Foren.
Wie gehen wir mit einer derartigen Situation um? Versuchen wir weiter, die Fragen und Antworten zu präzisieren? Bemühen wir mehr Mathematik? Beenden wir – frustriert – die Diskussion? Wir kommen eigentlich in jedem derartigen Thread zu genau diesem Punkt.
TechnikFan
Verfasst am: 16. März 2025 14:08
Titel:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Qubit hat Folgendes geschrieben:
Aber man kann keinem Quantenfeld "individuelle Photonen" zueignen, das klappt nicht. "Photonen" sind da eine statistische Eigenschaft des Quantenfeldes. Wer behauptet, ein "einzelnes bestimmtes Photon" durch einen Doppelspalt zu schicken, weiss nicht, was er sagt. Da gibt es kein solches "individuelles Photon"..
So würde ich es nicht formulieren, aber ich stimme dir in dahingehend zu, dass man das, was man detektiert, nicht mit dem verwechseln darf, was vor der Detektion existiert. Man muss eigtl. von einem kollektiven Ereignis sprechen, an dem neben denen des elektromagnetischen Quantenfeldes die Freiheitsgrade beteiligt sind. Und vor der Detektion ist da … nun ja … ein Quantenfeld.
Aber was versuchen wir dann in
https://www.physikerboard.de/topic,70930,-wellenfunktion-eines-photons.html
zu beschreiben?
TomS
Verfasst am: 14. März 2025 21:20
Titel:
Qubit hat Folgendes geschrieben:
Sorry, denke, du missverstehst mich: natürlich kann man "individuelle Photonen" detektieren, dem habe ich nie widersprochen :)
Sorry meinerseits.
Qubit hat Folgendes geschrieben:
Aber man kann keinem Quantenfeld "individuelle Photonen" zueignen, das klappt nicht. "Photonen" sind da eine statistische Eigenschaft des Quantenfeldes. Wer behauptet, ein "einzelnes bestimmtes Photon" durch einen Doppelspalt zu schicken, weiss nicht, was er sagt. Da gibt es kein solches "individuelles Photon"..
So würde ich es nicht formulieren, aber ich stimme dir in dahingehend zu, dass man das, was man detektiert, nicht mit dem verwechseln darf, was vor der Detektion existiert. Man muss eigtl. von einem kollektiven Ereignis sprechen, an dem neben denen des elektromagnetischen Quantenfeldes die Freiheitsgrade beteiligt sind. Und vor der Detektion ist da … nun ja … ein Quantenfeld.
Qubit
Verfasst am: 14. März 2025 19:53
Titel:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Qubit hat Folgendes geschrieben:
Die "Photonen" sind eine statistische Eigenschaft des Quantenfeldes. Und ja, diese statistische Eigenschaft ist "maximal". Es macht da gar keinen Sinn, von einem "individuellen Photon" zu reden. Es existiert nicht.
Sorry, es ist doch Käse.
Selbstverständlich kann man einzelne Photonen detektieren.
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Photon_counting
Was sich vor der Detektion ereignet, sagt einem diese natürlich nicht 😉
Sorry, denke, du missverstehst mich: natürlich kann man "individuelle Photonen" detektieren, dem habe ich nie widersprochen
Aber man kann keinem Quantenfeld "individuelle Photonen" zueignen, das klappt nicht. "Photonen" sind da eine statistische Eigenschaft des Quantenfeldes. Wer behauptet, ein "einzelnes bestimmtes Photon" durch einen Doppelspalt zu schicken, weiss nicht, was er sagt. Da gibt es kein solches "individuelles Photon"..
TomS
Verfasst am: 14. März 2025 19:40
Titel:
Qubit hat Folgendes geschrieben:
Die "Photonen" sind eine statistische Eigenschaft des Quantenfeldes. Und ja, diese statistische Eigenschaft ist "maximal". Es macht da gar keinen Sinn, von einem "individuellen Photon" zu reden. Es existiert nicht.
Sorry, es ist doch Käse.
Selbstverständlich kann man einzelne Photonen detektieren.
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Photon_counting
Was sich vor der Detektion ereignet, sagt einem diese natürlich nicht 😉
Qubit
Verfasst am: 14. März 2025 17:35
Titel:
Qubit hat Folgendes geschrieben:
TechnikFan hat Folgendes geschrieben:
Qubit hat Folgendes geschrieben:
Du kannst aber kein Photon beim Durchgang durch den Doppelspalt individualisieren, es ist eine statistische Eigenschaft des Quantenfeldes.Da gibt es kein "individuelles Photon"..
D.h. du meinst das Photon bei dem unbestimmten Zustand während des Durchgangs durch den Doppelspalt (oder vergleichbar: der "Quasi-Aufteilung" auf zwei Wege beim Mach-Zehnder-Interferometer). Richtig?
Die "Photonen" sind eine statistische Eigenschaft des Quantenfeldes. Und ja, diese statistische Eigenschaft ist "maximal". Es macht da gar keinen Sinn, von einem "individuellen Photon" zu reden. Es existiert nicht.
PS: auch der Ansatz, hier ein "einzelnes bestimmtes Photon" zu betrachten, dessen Eigenschaften "quantenstatistisch" variieren, führt schon in die Irre..
Qubit
Verfasst am: 14. März 2025 17:21
Titel:
TechnikFan hat Folgendes geschrieben:
Qubit hat Folgendes geschrieben:
Du kannst aber kein Photon beim Durchgang durch den Doppelspalt individualisieren, es ist eine statistische Eigenschaft des Quantenfeldes.Da gibt es kein "individuelles Photon"..
D.h. du meinst das Photon bei dem unbestimmten Zustand während des Durchgangs durch den Doppelspalt (oder vergleichbar: der "Quasi-Aufteilung" auf zwei Wege beim Mach-Zehnder-Interferometer). Richtig?
Die "Photonen" sind eine statistische Eigenschaft des Quantenfeldes. Und ja, diese statistische Eigenschaft ist "maximal". Es macht da gar keinen Sinn, von einem "individuellen Photon" zu reden. Es existiert nicht.
TechnikFan
Verfasst am: 14. März 2025 17:17
Titel:
Qubit hat Folgendes geschrieben:
Du kannst aber kein Photon beim Durchgang durch den Doppelspalt individualisieren, es ist eine statistische Eigenschaft des Quantenfeldes.Da gibt es kein "individuelles Photon"..
D.h. du meinst das Photon bei dem unbestimmten Zustand während des Durchgangs durch den Doppelspalt (oder vergleichbar: der "Quasi-Aufteilung" auf zwei Wege beim Mach-Zehnder-Interferometer). Richtig?
Qubit
Verfasst am: 14. März 2025 17:14
Titel:
Qubit hat Folgendes geschrieben:
TechnikFan hat Folgendes geschrieben:
Qubit hat Folgendes geschrieben:
Wenn man so zB. schwaches Licht (als "Einzelphoton"-Experiment) durch einen Doppelspalt schickt, bedeutet das nicht, dass ein "individuelles Photon" durch den Doppelspalt gegangen ist, sondern ein Photon als "statistische Gesamtheit" und dann eben an einem Ort dann detektiert wird..
Was meinst du mit "individuelles Photon" und Photon als "statistische Gesamtheit"?
Wenn man einzelne Photonen erzeugt und diese dann in dem Versuchsaufbau detektiert, kann ich durch das Notieren der Generations- und Detektionszeiten diese Photonen individualisieren.
Ja, aber die Detektion erfolgt da klassisch. Da legst du Eigenschaften eines einzelnen Photons fest, "individualisierst" es damit. Du kannst aber kein Photon beim Durchgang durch den Doppelspalt individualisieren, es ist eine statistische Eigenschaft des Quantenfeldes.Da gibt es kein "individuelles Photon"..
Oder anders formuliert: durch den Doppelspalt geht ein Quantenfeld (bei zB. Elektronen als "ponderable Materie" analog ein "Materiefeld"). Und das legt die statistischen Eigenschaften von Photonen fest, die sich dann detektieren lassen, als "individuelles Photon".
Aber es geht weder ein "individuelles Photon" noch ein "individuelles Elektron" durch den Doppelspalt..
Qubit
Verfasst am: 14. März 2025 16:54
Titel:
TechnikFan hat Folgendes geschrieben:
Qubit hat Folgendes geschrieben:
Wenn man so zB. schwaches Licht (als "Einzelphoton"-Experiment) durch einen Doppelspalt schickt, bedeutet das nicht, dass ein "individuelles Photon" durch den Doppelspalt gegangen ist, sondern ein Photon als "statistische Gesamtheit" und dann eben an einem Ort dann detektiert wird..
Was meinst du mit "individuelles Photon" und Photon als "statistische Gesamtheit"?
Wenn man einzelne Photonen erzeugt und diese dann in dem Versuchsaufbau detektiert, kann ich durch das Notieren der Generations- und Detektionszeiten diese Photonen individualisieren.
Ja, aber die Detektion erfolgt da klassisch. Da legst du Eigenschaften eines einzelnen Photons fest, "individualisierst" es damit. Du kannst aber kein Photon beim Durchgang durch den Doppelspalt individualisieren, es ist eine statistische Eigenschaft des Quantenfeldes.Da gibt es kein "individuelles Photon"..
Qubit
Verfasst am: 14. März 2025 16:40
Titel: Re: Bestehen EM-Wellen (immer) aus Photonen?
TomS hat Folgendes geschrieben:
Qubit hat Folgendes geschrieben:
Eben, daher scheint das mir noch nicht der Punkt zu sein..
auch "klassisches Licht" kann mit Materie quantenmechanisch wechselwirken, zB. Photo- oder Comptoneffekt.
Genau das funktioniert nicht.
Hohlraumstrahlung, Photo- und Comptoneffekt sind ja gerade die Beispiele, die zeigen, dass eine rein klassische Theorie der el.-mag. Strahlung falsch ist.
Ja eben, "Photonen" (obwohl Einstein diesen Begriff nie benutzt hat) scheinen mir da in der Aussage "Licht besteht aus Photonen" genauso "heuristisch" zu sein wie zB. das Bohr'sche Atommodell zur Beschreibung quantenmechanischer Eigenschaften von Atomen. Die Frage ist dann mithin, was ist eigentlich "klassisches Licht" aus Sicht der QED?
TechnikFan
Verfasst am: 14. März 2025 16:40
Titel:
Qubit hat Folgendes geschrieben:
Wenn man so zB. schwaches Licht (als "Einzelphoton"-Experiment) durch einen Doppelspalt schickt, bedeutet das nicht, dass ein "individuelles Photon" durch den Doppelspalt gegangen ist, sondern ein Photon als "statistische Gesamtheit" und dann eben an einem Ort dann detektiert wird..
Was meinst du mit "individuelles Photon" und Photon als "statistische Gesamtheit"?
Wenn man einzelne Photonen erzeugt und diese dann in dem Versuchsaufbau detektiert, kann ich durch das Notieren der Generations- und Detektionszeiten diese Photonen individualisieren.
TechnikFan
Verfasst am: 14. März 2025 16:28
Titel: Re: Bestehen EM-Wellen (immer) aus Photonen?
TomS hat Folgendes geschrieben:
TechnikFan hat Folgendes geschrieben:
Meine Idee habe ich oben bereits geäußert: EM-Wellen können nur dann als Photon betrachtet werden, wenn sie mit einem quantenmechanischen Vorgang erzeugt werden.
Und da das immer der Fall ist, können elektromagnetische Wellen (im Gegensatz zu stationären E- und B-Feldern) immer als klassischer Grenzfall eines Quantenfeldes betrachtet werden.
Gibt es dazu experimentelle Belege für einzelne Photonen, d.h. Wellenpaketen, im Radiowellen- (oder wenigsten Mikrowellen-) Bereich?
TomS hat Folgendes geschrieben:
Die Definition eines Photons ist dabei nicht eindeutig!
Welche verschiedenen Definitionen gibt es denn?
TomS
Verfasst am: 13. März 2025 20:58
Titel: Re: Bestehen EM-Wellen (immer) aus Photonen?
Qubit hat Folgendes geschrieben:
Eben, daher scheint das mir noch nicht der Punkt zu sein..
auch "klassisches Licht" kann mit Materie quantenmechanisch wechselwirken, zB. Photo- oder Comptoneffekt.
Genau das funktioniert nicht.
Hohlraumstrahlung, Photo- und Comptoneffekt sind ja gerade die Beispiele, die zeigen, dass eine rein klassische Theorie der el.-mag. Strahlung falsch ist.
Qubit
Verfasst am: 13. März 2025 20:51
Titel: Re: Bestehen EM-Wellen (immer) aus Photonen?
TomS hat Folgendes geschrieben:
[
Die Definition eines Photons ist dabei nicht einseitig!
Eben, daher scheint das mir noch nicht der Punkt zu sein..
auch "klassisches Licht" kann mit Materie quantenmechanisch wechselwirken, zB. Photo- oder Comptoneffekt.
Die Frage ist da, ob "klassisches Licht" aus "Photonen besteht"?
Da beginnt für mich die "Heuristik" von Einstein aber endet auch da
TomS
Verfasst am: 13. März 2025 20:35
Titel: Re: Bestehen EM-Wellen (immer) aus Photonen?
TechnikFan hat Folgendes geschrieben:
Meine Idee habe ich oben bereits geäußert: EM-Wellen können nur dann als Photon betrachtet werden, wenn sie mit einem quantenmechanischen Vorgang erzeugt werden.
Und da das immer der Fall ist, können elektromagnetische Wellen (im Gegensatz zu stationären E- und B-Feldern) immer als klassischer Grenzfall eines Quantenfeldes betrachtet werden.
Die Definition eines Photons ist dabei nicht eindeutig!
Wir starten mit der Fourierdarstellung eines klassischen, reellen Feldes
a_k steht für die Amplitude, u_k für die Fundamentallösung zu k.
In der Quantenfeldtheorie wird aus dem a ein Operator, d.h.
Der Ein-Photon-Zustand zu k wird mathematisch dargestellt durch Anwendung eines derartigen Erzeugungsoperators auf das Vakuum
Meist verwendet man für u_k ebene Wellen, aber dass ist nicht zwingend. Insbs. im Falle von speziellen Symmetrien wird man andere Lösungen wählen, beispielsweise würde man für el.-mag. Strahlung in einer kugelförmigen Kavität nie ebene Wellen verwenden, da sie die Randbedingungen verletzen.
Qubit
Verfasst am: 13. März 2025 20:01
Titel:
Qubit hat Folgendes geschrieben:
TechnikFan hat Folgendes geschrieben:
Qubit hat Folgendes geschrieben:
Aber was da wohl sicher wenig Sinn macht, ist, von einer
individuellen Existenz einzelner Photonen
zu sprechen..
Kannst Du das etwas erläutern?
In der Quantenstatistik kann man die Individualität einzelner Quantenteilchen nicht unterscheiden, im Gegensatz zur klassischen statistischen Physik. Ansonsten bekommt man falsche Ergebnisse.
Die Folge ist somit, dass man so auf Existenz von Photonen in der Gesamtheit schliessen kann, aber nicht auf die Existenz eines einzelnen individuellen Photons. Wenn man so zB. schwaches Licht (als "Einzelphoton"-Experiment) durch einen Doppelspalt schickt, bedeutet das nicht, dass ein "individuelles Photon" durch den Doppelspalt gegangen ist, sondern ein Photon als "statistische Gesamtheit" und dann eben an einem Ort dann detektiert wird..
PS: zugrunde liegt dem letztlich ein "elektrodynamisches Feld" im Sinne der QED (nicht klassisch nach Maxwell, das kennt keine "Photonen").
Und diese Beschreibung beinhaltet ein oder mehrere "Photonen", die aber nicht individuell unterschieden werden können und (quantenmechanische) Eigenschaften dieses Feldes sind. Aber diese "Photonen" können da im Experiment im Sinne der Quantenstatistik detektiert werden..
Qubit
Verfasst am: 13. März 2025 19:26
Titel:
TechnikFan hat Folgendes geschrieben:
Qubit hat Folgendes geschrieben:
Aber was da wohl sicher wenig Sinn macht, ist, von einer
individuellen Existenz einzelner Photonen
zu sprechen..
Kannst Du das etwas erläutern?
In der Quantenstatistik kann man die Individualität einzelner Quantenteilchen nicht unterscheiden, im Gegensatz zur klassischen statistischen Physik. Ansonsten bekommt man falsche Ergebnisse.
Die Folge ist somit, dass man so auf Existenz von Photonen in der Gesamtheit schliessen kann, aber nicht auf die Existenz eines einzelnen individuellen Photons. Wenn man so zB. schwaches Licht (als "Einzelphoton"-Experiment) durch einen Doppelspalt schickt, bedeutet das nicht, dass ein "individuelles Photon" durch den Doppelspalt gegangen ist, sondern ein Photon als "statistische Gesamtheit" und dann eben an einem Ort dann detektiert wird..
TechnikFan
Verfasst am: 13. März 2025 19:15
Titel:
Qubit hat Folgendes geschrieben:
Aber was da wohl sicher wenig Sinn macht, ist, von einer
individuellen Existenz einzelner Photonen
zu sprechen..
Kannst Du das etwas erläutern?
Qubit
Verfasst am: 13. März 2025 19:05
Titel:
Was wir wissen, ist, dass wenn Licht quantenmechanisch mit Materie wechselwirkt, wir von "Photonen" sprechen müssen. (zB. Compton-Effekt)
Was wir auch wissen ist, dass wenn wir die Intensität von Licht genügend schwach machen, wir von "Welleneigenschaften" von Photonen sprechen müssen. (zB. "Einzelphotonen" am Doppelspalt).
Was wir auch wissen, ist, dass in der QED "Photonen" die Wechselwirkungsquanten sind.
Einstein hat damals "Lichtteilchen" generell (heuristisch) als Konstituenten von Licht gedacht. Aber da gab es schon immer Kritik und wir wissen nicht, ob "Photonen" wirklich das "Wesen" von Licht ausmacht..
Aber was da wohl sicher wenig Sinn macht, ist, von einer individuellen Existenz einzelner Photonen zu sprechen..
TechnikFan
Verfasst am: 13. März 2025 18:32
Titel: Bestehen EM-Wellen (immer) aus Photonen?
Meine Frage:
Bei der Diskussion im Thread zu ?Wie lang ist ein Photon? (in Metern)?
Bin ich auf die Frage im Titel gestoßen, und habe dort ein Gedankenexperiment vorgeschlagen siehe
https://www.physikerboard.de/htopic,50936,radiowellen.html
Die Diskussion endet (z.Zt.) mit meiner Behauptung, dass EM-Wellen nur dann als Photon betrachtet werden können, wenn sie mit einem quantenmechanischen Vorgang erzeugt werden.
Dies steht im Widerspruch zu der Aussage, dass EM-Wellen immer aus Photonen bestehen. Diese Aussage wird sehr häufig gemacht. Zitat aus Wikipedia zum Photon . ?Jegliche elektromagnetische Strahlung, von Radiowellen bis zur Gammastrahlung, ist in Photonen gequantelt.?
Diese Problematik wurde auch schon in dem Thread
https://www.physikerboard.de/htopic,69534,radiowellen.html
diskutiert, aber seit August 2023 nicht mehr weitergeführt (vielleicht weil dort alle Meinungen ausgetauscht wurden?).
Ich würde diese Diskussion gerne in einem eigenen Thread weiter führen, weil ich sie als fundamental wichtig erachte. Wenn meine Behauptung oben richtig ist, hilft es vielleicht bei der Frage nach der Wellenform eines Photons.
Meine Ideen:
Meine Idee habe ich oben bereits geäußert: EM-Wellen können nur dann als Photon betrachtet werden, wenn sie mit einem quantenmechanischen Vorgang erzeugt werden.