Breitet sich Licht wirklich in Wellenform aus?

JacobZ · Gast

Meine Frage:
Hallo,
die Frage mag etwas albern rüberkommen, allerdings bin ich mir über die Antwort nicht im klaren und ein Laie auf dem Gebiet der Physik. Breitet sich Licht wirklich in der Wellenform aus, wie man es in Modellen zu Lichtwellen/EM Strahlung oft sieht? Also dass es sich entlang der z.B XY-Ebene in Wellenform auf und ab bewegt? Irgendwie kann ich mir das nicht vorstellen, woher sollte die Strahlung z.B wissen, dass es nun Zeit ist, die Richtung zu wechseln.

Meine Ideen:
Eigentlich keine Ahnung, aber da man eine Idee abgeben muss:
Beschreibt der Y Wert (bei einem 2D Koordinatensystem) nur die "Stärke/Energie" des Lichts bei Entfernung X zum Ausgangspunkt(Beeinflussung durch z.B Gravitation mal ausgenommen)?

Gruß
Jacob

elbilo · Anmeldungsdatum: 12.02.2018 Beiträge: 152

Du solltest dir das nicht so vorstellten. Die Vorstellung, dass Licht eine Welle ist, ist ein Modell, was so eben funktioniert. Die Interferenzmuster (Überlagerung von Lichtwellen) sowie die Beugung (Licht ist auch im geometrischen Schattenraum zu sehen) sprechen alle dafür, dass man Licht als Welle beschreiben kann. Wie genau das in der Realität aussieht, kann man nicht so genau wissen. Zudem gibt es auch den Welleteilchendualismus, was die Vorstellung des Lichts als Welle in der Realität noch schwerer macht, aber da will ich nicht zu weit hineingehen.

Das Modell funktioniert nun mal, wir können Dinge in der Realität damit beschreiben und Vorhersagen. Wie gesagt, manche Phänomene, wie zb der Photoeffekt, sind nicht mit dem Wellenmodell vereinbar. Zudem sind auch beobachtete Phänomene am Doppelspalt nicht mit dem Wellenmodell vereinbar, sondern eher mit der Vorstellung, das Licht ein Teilchen ist. Mit dem Wellen- und Teilchenmodell des Lichts in Kombination lassen sich viele Phänomene nunmal erklären, es funktioniert halt. Wie es nun in der Realität aussieht (also ob es wirklich vergleichbar mit einer mechanischen Welle ist), und ob man bald noch mehr darüber weiß, kann ich dir nicht sagen.

Ich hoffe mal das war einigermaßen verständlich, es ist noch relativ früh!

Beste Grüße
elbilo

Lehramtsstudent_3 · Gast

Ich verstehe es auch so, dass das einfach ein notdürftiges Modell ist, mit dem sich manche Erscheinungen, wie z.B. das Zusammentreffen von Polarisationsfiltern mit polarisiertem Licht, erklären lassen, aber Feynman selbst sagte doch, dass man sich lieber Teilchen vorstellen solle:

»ich möchte betonen, dass Licht aus Teilchen besteht. Es ist äußerst wichtig zu wissen, dass sich Licht wie ein Partikelstrom verhält, insbesondere für diejenigen unter Ihnen, die zur Schule gegangen sind und dort wahrscheinlich irgendetwas über die Wellennatur des Lichts gehört haben werden. Ich sage Ihnen jetzt, wie sich Licht tatsächlich verhält: Wie ein Strom von Teilchen.«

Im Lehrbuch »Optik« von E. Hecht wird vorgeschlagen, »Welltikel« zu sagen.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18062

Lehramtsstudent · Anmeldungsdatum: 11.03.2018 Beiträge: 77

Ich finde den Begriff der Welle ja schon irgendwie nur schwer fassbar und denke, dass wäre dem Threadthema gegenüber auch angemessen zu fragen: Wie kann man überhaupt von elektromagnetischen »Wellen« sprechen, wenn doch eine Welle an sich gar nicht existiert, sondern lediglich eine Abstraktion eines beobachteten Mediums ist, in dem sich (was aber freilich wieder abstrahiert ist) eine Störung fortpflanzt? Also was hat man da eigentlich vor sich? Das ist ja eine ganz grundlegende Frage, vielleicht auch nicht im Rahmen eines naiven Threads zu erfragen, aber didaktisch könnte man u.U. auf etwas hinweisen?

elbilo · Anmeldungsdatum: 12.02.2018 Beiträge: 152

Die Frage, ob das was man durch die Physik modelliert, auch wirklich so in der Realität wiederzufinden ist, kann man nicht beantworten. Wie ich eigentlich in meinem ersten Post schon geschrieben habe, geht es darum, Licht irgendwie mathematisch sowie physikalisch zu modellieren um diese möglichst präzise zu beschreiben, Dinge vorauszusagen oder beobachtete Phänomene zu erklären.

Es gibt nunmal Eigenschaften des Lichts, wie z.B. die Beugung des Lichts, welche eben mit dem klassischen Wellenmodell vereinbar und erklärbar sowie modellierbar sind. In dieser Hinsicht verhält sich das Licht wie eine Welle, wenn ich also von Beugung und Interferenz spreche, modelliere ich das Licht als Welle. Dabei ist es komplett irrelevant, was es nun wirklich ist. Es muss ja gewissermaßen irgendwas wahres daran stecken, dass man Licht in bestimmten Situationen als Welle modellieren kann, oder?! Ich meine, es funktioniert doch. Die Beugung und Interferenz von Licht kann ich mit dem Wellenmodell erklären, andere jedoch nur mit dem Teilchenmodell (z.B. den Photoeffekt). Modelle versuchen eben, etwas so präzise wie möglich zu beschreiben. Wäre alles sofort erkennbar, bräuchte man keine Modelle.

Beste Grüße
elbilo

Stolperstein · Anmeldungsdatum: 15.04.2013 Beiträge: 70 Wohnort: Erfurt

Feynman selbst sagte doch, dass man sich lieber Teilchen vorstellen solle:

»ich möchte betonen, dass Licht aus Teilchen besteht. Es ist äußerst wichtig zu wissen, dass sich Licht wie ein Partikelstrom verhält, insbesondere für diejenigen unter Ihnen, die zur Schule gegangen sind und dort wahrscheinlich irgendetwas über die Wellennatur des Lichts gehört haben werden. Ich sage Ihnen jetzt, wie sich Licht tatsächlich verhält: Wie ein Strom von Teilchen.«

Ein einfaches Experiment widerlegt Feynmans Theorie.
Man nehem zwei Taschenlampen oder besser zwei Leserpointer und lasse die Lichtstrahlen kreuzen.
Sollte das Licht wirklich aus Teilchen bestehen, so mussten diese Teilchen in Kontakt geraden. Auch wenn die Ausdehnung gering ist, so dürften immer wieder Teilchen zu finden sein, welche aus dem Strom der Lichtteilchen ausbrechen und in verschiedenster Weise beobachtet werden können.

Alle diebezüglichen Versuche sind gescheitert. Das lässt nur die Vermutung zu, dass das Lichtteilchen keine Ausdehnung hat. Dann ist es auch kein Teilchen.
Es ist aber bestätigt, dass ein Lichtstrahl durch einen anderen Lichtstrahl nicht beeinflusst wird. Der eine Lichtstrahl dringt durch den anderen Lichtstrahl so, als wäre der andere Lichtstrahl nicht vorhanden. Auch dringt ein Lichtstrahl durch das Feld eines Kondensators, so als wenn dieses elektrische Feld nicht existiert.
Woher schließt man eigentlich auf Lichtteilchen ???

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18062

Stolperstein · Anmeldungsdatum: 15.04.2013 Beiträge: 70 Wohnort: Erfurt

Hallo Toms,
danke für die vorzügliche Übermittlung der geltenden Lehrmeinung.

In der angegebenen Literaturstelle wird gesagt.
Solche "ultra-peripheren Kollisionsereignisse" erzeugen in unmittelbarer Nähe der Bleikerne ein sehr starkes elektrisches Feld. "Diese von den kollidierenden Bleikernen erzeugten elektromagnetischen Felder können als quasirealer Strahl von Photonen betrachtet werden", erklären die Physiker

Ich finde es erstaunlich, wie man von starken elektrischen Feldern auf Teilchen schließen kann.

Zu Kreuzen von Lichtstrahlen
Dieses Experiment kann mittels der Quantenfeldtheorie berechnet werden. Der Streuquerschnitt der Photonen untereinander ist extrem klein, jedoch nicht Null.
Dann sollten es auch Teilchen sein, dir beim Kreuzen von Lichtstrahlen sich bemerkbar machen.

Bitte betrachte einmal die elektrische Welle zu Beginn der Polarisation, welche nach dem Wechsel der Polarisation eintritt.
In diesem Zeitpunkt ist die magnetische Welle in Höchsform. Will sagen die magnetische Welle übergibt der elektrischen Welle seine maximale Leistung.
Dies äußert sich darin, dass die elektrische Welle nach einer sin^2 Funktion ansteigt. Gleichzeitig breitet sich die Polarisation in den Raum aus und dabei kann die Ausbreitung nur mit Licht oder Feldgeschwindigkeit erfolgen. Im Ergebnis bilden sich ausgesprochen hohe elektrische Feldstärken, die wie Power Points wirken.
Festzuhalten ist, es sind hohe elektrische Feldstärken, die in einem eng begrenzten Raum auftreten. Nun werden diese Peaks der Energiedichte als Teilchen interpretiert. Warum kann ich das nicht glauben??

Fälschlicherweise ging man bei der Interpretation der Lichtwelle davon aus, dass diese eine gleichmäßige Verteilung der Enegiedichte aufweist. Mit dieser
Voraussetzung wurde der Photoeffekt und der Comptoneffekt erklärt.
Seltsamerweise steigen beide Effekte bei erhöhten Energien nicht proportional zur Energie, sondern sie gehen sogar mit weiterer Energieerhöhung (kürzere Wellen ) zurück. Ich bin gespannt auf die Begründung mittel der Photonentheorie.

Gruß Gerd

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18062

Stolperstein · Anmeldungsdatum: 15.04.2013 Beiträge: 70 Wohnort: Erfurt

Toms
Photo- und Comptoneffekt können nicht mittels des Wellenmodells gemäß der klassischen Elektrodynamik erklärt werden. Sie können aber auch nicht mittels eines naiven Teilchenmodells abgeleitet werden.
Was versteckt sich denn nun wieder in einem naiven Teilchenmodell ?

Neuschöpfung oder so etwas wie Quantenfeldtheorie.

Toms
Auch da gilt, dass ich mich so sehr an dem Begriff "Teilchen"festhalten würde. Man berechnet halt die Streuquerschnitte mittels Quantenfeldtheorie.

Nein, man berechnet die Wirkung des Power Points der EM Welle. Und dieser Power Point ist kein Teilchen, sondern ein Bestandteil der EM Welle. Er ist der Teil der EM Welle, welcher als erster sich beim Auftreffen auf Materie bemerkbar macht.

Mit der Ermittlung des Streuquerschnitte mittels Quantenfeldtheorie ist alles gerettet. Man setzt auf eine falsche Theorie eine weitere falsche Theorie und freut sich.
Es ist entweder ein Teilchen oder es ist kein Teilchen. Wenn es kein Teilchen ist, so ist es eine Welle. Zugegeben eine Welle mit besonderen Eigenschaften und eine der Eigenschaften ist deren ungleichmäßige Verteilung der Energiedichte. Wohl gemerkt, nicht der Energie, sondern der Energiedichte

Die Effekte des Photo- und Comptoneffekt können vollständig mit der Wellennatur des Lichtes beschrieben werden. Dazu bedarf es nur der inneren Struktur eine EM Welle, die im Kern, also bei der Neubildung der Polarisation, eine außerordentlich hohe Energiedichte aufweist.
Indem die EM Welle in die Materie eindringt, überlagern sich die Felder der Welle mit den Feldern der Materie. Dabei werden die Felder der Materie gestärkt, aufgehoben, geschwächt oder gar umgedreht. Damit können bei genügender Stärke Elektronen aus dem Verband ausgelöst werden. Ja es kann bei genügender Intensität selbst atomare Materie zerlegt werden. Mit Verringerung der Wellenlänge werden diese Energiepeaks immer schmaler, so dass es auch möglich ist, dass deren Wirkung nachlässt.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18062

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