Wieso sehen wir ein buntes Universum?

Novo · Anmeldungsdatum: 01.11.2015 Beiträge: 8

Schwere Frage. Ich fasse mal zusammen.
Licht besteht aus Teilchenwellen bzw Wellenteilchen, die auf wunderliche Weise mit Materie interagieren. Materie besteht aus Atomen, die im wesentlichen aus nichts mit einigen Elektronen, Protonen und meistens auch einigen Neutronen besteht. Der Hauptanteil vom Volumen her ist allerdings nichts.
Ein Photon ist der Theorie nach auch nichts, das allerdings mit einer bestimmten Frequenz und einer bestimmten Amplitude schwingt und sich dabei linear mit Lichtgeschwindigkeit durch den Raum bewegt.
Um etwas zu sehen muss das Photon von einer Oberfläche 'reflektiert' werden. Und da beginnt das Dilemma.
In der klassischen Physik ist es ja einfach, siehe Billardkugelmodell. Billardkugel trifft auf Billardkugel, Einfaltspinsel gleich Ausfaltspinsel, é voila. Weder Licht, noch Materie verhalten sich aber auf der Nanoskala, wie es der klassischen Physik als angemessen erscheint.
Ich bastel mir mal einen fast idealen Spiegel. Eine mit Quecksilber gefüllte Schale wird auf weniges über dem Erstarrungspunkt abgekühlt. Aufgrund der niedrigen Temperatur des Quecksilbers liegen die Quecksilberatome dichter aneinander, wodurch die Oberfläche des Quecksilbers etwas 'glatter' ist als bei Raumtemperatur und es länger braucht, bis ich die ersten Symptome entwickle. Dieser Spiegel sollte fast das gesammte sichtbare Lichtspektrum reflektieren. Aber woran reflektiert sich genau so ein Lichtquant? Am Quecksilberatom? Dann müssten Photonen einen größeren Durchmesser haben, als Quecksilberatome. Glaub ich nicht.
Ich versuche mir das so zu erklären:
/Besserwissermode on
Ein monochromes Photon entspricht in seiner Frequenz dem Bahndurchmesser eines, der Quecksilberelektronen, welches von diesem Photon beschleunigt wird. Da dieses Elektron bereits mit Maximalgeschwindigkeit den Quecksilberkern umsaust, kann es die Beschleunigung nur durch Wechsel auf die nächstäussere Bahn kompensieren, es absorbiert also das Photon. Auf der anderen Bahn 'verbraucht' es die Beschleunigungsenergie und fällt dann zurück auf die ursprüngliche Bahn, wobei es ein Photon gleicher Frequenz, aber geringerer Amplitude emittiert. Wenn diese Annahme stimmt, dann wird das Photon gar nicht reflektiert, sondern absorbiert und zeitnah ein ähnliches Photon emittiert. die einzigen Unterschiede zwischen beiden bestehen in der Amplitude und dem Richtungsvektor. Quecksilberatome haben reichlich Elektronenbahnen, so dass einem Mischquant (Grundfrequenz mit 'Obertönen') fast alle Frequenzen absorbiert werden und dementsprechend ein Mischquant Amplitudenreduziert und Vektornegiert emittiert wird, wenn ich das mal so ausdrücken darf.
Statt Quecksilber nehme ich mal Cochenillerot. Das gleiche Mischquant kann hier nur einen Teil der Elektronen anregen, der Rest,der vorhandenen Frequenzen wird heruntertransponiert zu Wärme oder verliert sich im Inneren der Materie. Übrig bleibt der rote Anteil der Frequenzen, verstärkt durch Überlagerung vieler gleichfrequenter Photonen. Durch die unterschiedliche Zusammensetzung aller sichtbarer Materie emittiert jede Oberfläche Licht in der ihr entsprechenden Weise. Glanz und Mattigkeit erklären sich durch unterschiedliche Rauhigkeit der Oberflächen.
/Besserwissermode off
So erkläre ich mir die bunte Welt, in der ich lebe. Die Frage ist, ob die Physik diese Erklärung bestätigt, oder ob ich komplett auf dem Holzweg bin. Was denkt Ihr dazu?

Chillosaurus · Anmeldungsdatum: 07.08.2010 Beiträge: 2440

Novo · Anmeldungsdatum: 01.11.2015 Beiträge: 8

Vielen Dank für deine schnelle Erläuterung, Chillosaurus.Auch wenn seit Feynman Wechselwirkungen stoffliche Qualitäten zugeschrieben werden können ging ich bei meiner Bezeichnung des 'leeren Raumes' von stofflicher Leere aus. Aber selbstverständlich hast du Recht. Nach Göte schreckt die Natur nichts mehr, als die Leere smile

Der metallische Charakter des Quecksilbers ist mir wohl bewusst, ich habe es als Beispiel für einen fast idealen Spiegel benutzt, nicht seiner metallischen, sondern wegen seiner optischen Eigenschaften, obwohl diese tatsächlich nicht so ohne weiteres voneinander zu trennen sind. Ein Quecksilberspiegel lässt sich bauen und untersuchen, auch, wenn man bei den 'Reflektionseigenschaften' Abstriche machen muss. Ein Idealer Spiegel, der das gesammte Spektrum unabgeschwächt reflektiert, bleibt wohl ein feuchter Traum der Astronomen.
Im Großen und Ganzen entnehme ich deiner Antwort, dass ich mit meiner Mutmaßung Reflektion im optischen Sinn ist nicht 'Abprallen von Photonen an Oberflächen', sondern eine zeitnahe Absorbtion und Folgeemission nicht so weit von der Wirklichkeit bin smile

Chillosaurus · Anmeldungsdatum: 07.08.2010 Beiträge: 2440

Novo · Anmeldungsdatum: 01.11.2015 Beiträge: 8

Sinnvoll ja, im Sinne von verständlicher, aber wissenschaftlich betrachtet ist eine Anschauung , die sich der Wirklichkeit annähert, einer Anschauung, die Sinn macht, vorzuziehen.
Ein 'Abprallen' würde, klassische Physik zugrunde gelegt, ausser am Energiegehalt keine Änderung an der 'Qualität' des Photons bewirken. Das würde bedeuten, dass die bunte Welt ein Hirngespinst wäre, da die Frequenzsumme des Photons sich nicht geändert hätte. Nun ist es aber gerade so, dass ein mit Oberflächen interagierendes Photon eine frequenzielle Veränderung erfährt. Diese Veränderung ist mir leichter erklärbar durch Absorbtion gefolgt von Emission. Frequenzen, die keine Interaktion mit dem Atom eingehen (können) verlieren sich in der Materie, nach und nach heruntertransponiert zu Wärme und die Frequenzen, die interagieren geben ihre Energie an das Atom ab, welches dann nach Kassieren der Miete (Energie'verbrauch'), seinerseits ein Photon mit negativem oder gespiegelten Richtungsvektor emittiert. Das emmitierte Photon unterscheidet sich nicht nur quantitativ vom absorbierten, sondern hat auch einen, der jeweiligen Materie entsprechenden qualitativen Unterschied. Dazu kämen wohl noch Interferenzen, Überlagerungen und Rauhigkeitseinflüsse, die uns ermöglichen, eine Banane von einer Gurke optisch zu unterscheiden. Ich weiß nicht, wie nah diese Erläuterung der Wirklichtkeit kommt, aber sie hat was plausibles.

Chillosaurus · Anmeldungsdatum: 07.08.2010 Beiträge: 2440

[quote="Novo"][...]
Ein 'Abprallen' würde, klassische Physik zugrunde gelegt, ausser am Energiegehalt keine Änderung an der 'Qualität' des Photons bewirken.[quote]
So, wie es sein muss.
Abprallen hat nicht nur mit klassischer Physik zu tuen. Man denke z.B. daran, wie mit Neutronen/Elektronen/Röntgenstrahlen Materialien getestet werden.