Licht

Gustav123 · Gast

Meine Frage:
Ist es nicht so, dass nach Maxwells Theorie Licht bzw. ein Photon dann entsteht, wenn sich eine Ladung bewegt?
Ist diese Aussage auch heute noch gültig, oder wurde sie bereits falsifiziert?

Meine Ideen:
Nach dem Bohrschen Atommodell entsteht ein Photon doch dann, wenn ein Elektron von einem höheren auf ein niedrigeres Energieniveau springt.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18030

Nach der Maxwellschen Theorie entsteht eine el.-mag. Welle (auch Licht) bei zeitlich veränderlicher Strom- und Ladungsdichte. Photonen (Quanten) kann diese Theorie nicht beschreiben.

Im Rahmen der QM bzw. QFT kann man diese "zeitlich veränderlicher Strom- und Ladungsdichte" in einem verallgemeinerten Sinn auf Hilbertraumzustände übertragen und daraus die Entstehung von Photonen ableiten.

Gustav123 · Gast

Ist diese Vorstellung mit der Vorstellung, dass Elektronen Photonen emittieren beim Übergang von einem höheren auf ein niedrigeres Niveau, zu vereinbaren?

Wäre nach Maxwells Theorie das Atom nicht instabil?

Chillosaurus · Anmeldungsdatum: 07.08.2010 Beiträge: 2440

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18030

Wenn man versucht, Atome mittels klassischer el.-mag. Felder und Ströme zu beschreiben, so erhält man tatsächlich das paradoxe Resultat, dass Atome instabil sind. Genau dies war ein wesentlicher Faktor für die Entwicklung der Quantenmechanik

Gustav123 · Gast

Ich habe mir gerade den Wikipedia-Artikel zum Thema Rutherfordsches Atommodell durchgelesen.

Wenn ich den Artikel richtig verstanden habe, dann steht da, dass das Rutherfordsches Atommodell aus dem Grund nicht stimmen kann, weil eine bewegte Ladung elektromagnetische Strahlung emittiert.

Und deswegen wurde das Bohrsche Atommodell eingeführt mit seinen stabilen Bahnen.

Was ich nicht verstehe ist, wie Licht auf verschiedene Weise entstehen kann.
Einmal nach Maxwells Theorie (bewegte Ladung) und das andere mal nach dem bohrschen Atommodell.
Sehe ich da irgendeinen Zusammenhang nicht?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18030

Das Bohrsche Atommodell erklärt genau das nicht!

Zum einen erklärt es die stabilen Bahnen nicht, es postuliert sie nur. Und zum anderen postuliert es, dass beim Übergang zwischen diesen Bahnen ein Photon emittiert wird; man darf diese Emission jedoch nicht mittels der Maxwellschen Gleichungen beschreiben (da wir ja gelernt haben, dass diese nicht anwendbar sind); da jedoch das Bohrsche Modell keine andere Beschreibung der Emission liefert, wird hier letztlich gar nichts erklärt.

Gustav123 · Gast

Oh, dann habe das wohl falsch verstanden.

Gibt es denn eine quantenmechanische (oder andere) Erklärung, wie ein Photon (Licht) entsteht?

P.S. Es wird ja wirklich häufig in Schulen oder TV-Berichten die Entstehung eines Photons mit dem Bohrschen Atommodell erklärt.
Was man dazu sagen müsste ist (was du sagtest), dass es genau das nicht erklärt, sondern nur postuliert.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18030

Na ja, man kann die Wahscheinlichkeit des Übergangs zwischen zwei Energieniveaus quantenmechanisch herleiten. Man kann auch das dabei entstehende Wellenlängenspektrum beschreiben (das Licht ist nicht exakt monochromatsich, sondern hat eine gewisse Frequenzverteilung). Man kann dies auch mittels der QED mit noch höherer Präzision berechnen und dabei sohl Elektron als auch Photon als Quantenobjekte beschreiben.

Aber eine raumzeitliche Beschreibung im Sinne von "hier entsteht jetzt ein el.-mag. Wellenzug" existiert nicht mehr; diese klassische Vorstellung muss man aufgeben

Gustav123 · Gast

Das heißt, dass auch quantenmechanisch gesehen ein Photon beim Übergang zwischen zwei Energieniveaus entsteht?

Kann man sich das wie beim Bohrschen Atommodell vorstellen?

Gustav123 · Gast

Das Bändermodell ist doch eine quantenmechanische Theorie.
Vielleicht werden ja auch Photonen beim Übergang von Elektronen zwischen verschiedenen Bändern emittiert.

Kann das Orbitalmodell die Entstehung von Photonen erklären (im Gegensatz zum Postulat des Bohrschen Atommodells)?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18030

Gustav123 · Gast

Das Orbitalmodell sagt doch, dass es keine Bahnen mehr gibt, sondern sogenannte Orbitale. Ein Orbital ist im quantenmechanischen Modell des Atoms die Wellenfunktion eines einzelnen Elektrons in einem stationären Zustand.

Und ich dachte, dass vielleicht dieses Modell die Entstehung eines Photons auf quantenmechanische Weise erklären könnte.

P.S. Leider verstehe ich nichts von höherer Mathamatik und kann mit die Entstehung eines Photons mathematisch gesehen nicht erklären.
Hast du einen Vorschlag, wie ich mir das zukünftig vorstellen kann (ohne auf das Bohrsche Atommodell zurück zu greifen)?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18030

Ein Orbital ist nur eine geometrisch stark vereinfachte Veranschaulichung bestimmter Aspekte der Wellenfunktion und erklärt insofern fast gar nichts :-(

Gustav123 · Gast

Vielen Dank für deine Erklärungen!

Hast du einen Vorschlag, wie ich mir als Laie die Entstehung eines Photons erklären kann ohne auf das Bohrsche Atommodell zurückzugreifen?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18030

wie gesagt, nach dem auch dieses dir nichts "erklärt": das Elektron verliert durch einen Übergang in ein niedrigeres Niveau Energie, die in Form eines Photons frei wird

end-of-story

Gustav123 · Gast

@TomS
Ich hoffe, dass du nicht sauber warst, dass ich mich gestern so schwer getan habe mit diesem Thema.

Ich denke, dass ich mich einfach schwer tue, die Vorstellung vom Bohrschen Atommodell "aufzugeben".

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18030

nö, bin nicht sauer; es ist nur wirklcih so, dass man sich in der QM bestimmte Dinge nicht mehr vorstellen kann, und andere besser nicht mehr vorstellen sollte

Gustav123 · Gast

Wenn ich an die Erklärung der Funktionsweise eines Lasers denke (Wikipedia), dann wird da ja auch das Bohrsche Atommodell herangezogen.
Dass ich dann aber auch falsch, oder?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18030

Zur Veranschaulichung taugt es gerade mal so, aber rechnen kann man damit nichts; das Bohrsche Atommodell
- funktioniert nur für 1-Elektron-Systeme
- liefert keine Übergangswahrscheinlichkeiten bzw. Auswahlregeln zwischen den Energiezuständen
Beides braucht man bei der Erklärung des Lasers

Gustav123 · Gast

Was passiert den (quantenmechanisch gesehen) bei der stimulierten Emission?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18030

Ähnlich wie im Falle einer klassischen Resonanz: ein Photon muit passender Frequenz induziert die Emission eines zweiten Photons identischer Frequenz, d.h.

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