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Qualitative Beschreibung eines Photons?
 
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HaraldK



Anmeldungsdatum: 02.10.2012
Beiträge: 54

Beitrag HaraldK Verfasst am: 02. Okt 2012 22:58    Titel: Qualitative Beschreibung eines Photons? Antworten mit Zitat

CCDs, wie sie in Kameras verwendet werden, können einzelne Photonen registrieren. Kurz bevor das Photon in der Kamera registriert wird, ist es als elektromagnetische Welle unterwegs. Stimmt das noch so weit?

Stellen wir uns vor, dieses Photon kommt von einem weit entfernten Stern und ist viele Jahre unterwegs gewesen. Wie muss ich mir das elektromagnetische Feld, das dem Photon entspricht (das das Photon ist?) vorstellen, zum Beispiel einige Nanosekunden vor der Registrierung im CCD?

Ich habe bisher zwei völlig inkompatible Beschreibungen gefunden.

Die eine zeigt eine Linie, die den Stern mit dem CCD verbindet und senkrecht dazu und zueinander senkrecht werden elektrisches (E) und magnetisches (B) Feld gezeigt, so als hangele sich das Photon, oder sagen wir die E/B-Schwingung an dieser Linie entlang. Das entlang hangeln passiert mit Lichtgeschwindigkeit (klar) und zu jedem Zeitpunkt haben die beiden Felder über einem bestimmten Punkt der Linie ein Maximum und klingen vorwärts und rückwärts von diesem Punkt aus schnell ab.

Die andere Beschreibung sagt, dass sich das E/B-Feld vom Entstehungsort weitgehend kugelförmig ausbreitet und dass, solange das Photon noch nicht registriert ist, die obige Beschreibung im Grunde für jeden einzelnen Punkt der Kugeloberfläche gilt. Kurz vor der CCD taucht also nicht eine örtlich eng begrenzte Schwingung des E/B-Feldes auf, sondern eine Schwingung, die der Oberfläche einer Kugel mit vielen Lichtjahren Radius entspricht. Dass nun gerade das CCD von dieser "Wand" angeregt wird und nicht die Vorderkante des Objektives, ein Hausdach nebenan oder ein Objekt was sonstwo zum selben Zeitpunkt von der Kugeloberfläche erreicht wird, ist reine Glücksache, wobei das Glück hier durch die Wellenfunktion der Quantenmechanik beschrieben wird.

Welches ist die "richtigere" qualitative Beschreibung? Sind vielleicht beide falsch?
D2



Anmeldungsdatum: 10.01.2012
Beiträge: 1723

Beitrag D2 Verfasst am: 03. Okt 2012 11:41    Titel: Re: Qualitative Beschreibung eines Photons? Antworten mit Zitat

HaraldK hat Folgendes geschrieben:
Kurz bevor das Photon in der Kamera registriert wird, ist es als elektromagnetische Welle unterwegs. Stimmt das noch so weit?
Ich habe bisher zwei völlig inkompatible Beschreibungen gefunden.

Die eine zeigt eine Linie, die den Stern mit dem CCD verbindet und senkrecht dazu und zueinander senkrecht werden elektrisches (E) und magnetisches (B) Feld gezeigt, so als hangele sich das Photon, oder sagen wir die E/B-Schwingung an dieser Linie entlang. Das entlang hangeln passiert mit Lichtgeschwindigkeit (klar) und zu jedem Zeitpunkt haben die beiden Felder über einem bestimmten Punkt der Linie ein Maximum und klingen vorwärts und rückwärts von diesem Punkt aus schnell ab.

Zu jedem Zeitpunkt kann nicht stimmen.
s. Abb . unten
HaraldK hat Folgendes geschrieben:
CCDs
Die andere Beschreibung sagt, dass sich das E/B-Feld vom Entstehungsort weitgehend kugelförmig ausbreitet und dass, solange das Photon noch nicht registriert ist, die obige Beschreibung im Grunde für jeden einzelnen Punkt der Kugeloberfläche gilt. Kurz vor der CCD taucht also nicht eine örtlich eng begrenzte Schwingung des E/B-Feldes auf, sondern eine Schwingung, die der Oberfläche einer Kugel mit vielen Lichtjahren Radius entspricht. Dass nun gerade das CCD von dieser "Wand" angeregt wird und nicht die Vorderkante des Objektives, ein Hausdach nebenan oder ein Objekt was sonstwo zum selben Zeitpunkt von der Kugeloberfläche erreicht wird, ist reine Glücksache, wobei das Glück hier durch die Wellenfunktion der Quantenmechanik beschrieben wird.

Welches ist die "richtigere" qualitative Beschreibung? Sind vielleicht beide falsch?

Beim Compton Effekt, wird die Bewegung des Photons geradelinig angenommen.



EM Welle 001.gif
 Beschreibung:
 Dateigröße:  74.93 KB
 Angeschaut:  1210 mal

EM Welle 001.gif



CompBild1.gif
 Beschreibung:
 Dateigröße:  78.09 KB
 Angeschaut:  1210 mal

CompBild1.gif



CompF1.gif
 Beschreibung:
 Dateigröße:  63.67 KB
 Angeschaut:  932 mal

CompF1.gif


Chillosaurus



Anmeldungsdatum: 07.08.2010
Beiträge: 2440

Beitrag Chillosaurus Verfasst am: 03. Okt 2012 12:46    Titel: Re: Qualitative Beschreibung eines Photons? Antworten mit Zitat

HaraldK hat Folgendes geschrieben:
[...]

Welches ist die "richtigere" qualitative Beschreibung? Sind vielleicht beide falsch?

Prinzipiell sind beide Beschreibungen richtig. In der Ersten geht es um ein Bild dafür, wolang ein bestimmtes Photon, nämlich das, welches deine Kamera erreicht, gegangen ist (sein könnte).
Die Zweite gilt, wenn die Wahrscheinlichkeit für Emission in alle Richtungen gleich ist. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Photon genau die Kamera erreicht ist dann durch das Kreissegment, welches die Blende ausschneidet gegeben.
HaraldK



Anmeldungsdatum: 02.10.2012
Beiträge: 54

Beitrag HaraldK Verfasst am: 03. Okt 2012 15:38    Titel: Antworten mit Zitat

Beide Antworten bejahen die geradlinige Ausbreitung als eine Möglichkeit. Dabei zeigen die Grafiken von D2 allerdings eine stehende Welle, so als wenn in dem Moment, in dem das Licht vom Lichtjahre entfernten Stern mein Auge trifft, der Wellenzug von meinem Auge bis zurück zum Stern reicht. Dieses Bild passt wohl eher für eine Lichtquelle wie einen Laser, die kontinuierlich strahlt. Oder soll das auch für ein einzelnes Photon so aussehen?

Aber ich habe weitere Zweifel an diesem geradlinigen Ding. Wie passt diese Beschreibung zur Brechung nach Huygens ([url]http://de.wikipedia.org/wiki/Huygenssches_Prinzip[/url]). Deshalb noch mal die Nachfrage. Es gibt also bekannte Prozesse, die derart gerichtete Anregungen des E/B-Feldes erzeugen, dass man, wie im Bild zum Compton-Effekt von einer wandernden Anregung (Schwingung) des E/B-Feldes reden kann, die über eine Zeit t betrachtet auf eine Röhre von endlichem Radius und Länge etwa [latex]c\cdot t[/latex] beschränkt ist?
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