Hallo,
Mich würde mal interessieren, ob und wo ich im folgenden Gedankenexperiment einen Fehler habe…
Nach der Relativitätstheorie vergeht, wenn man sich der Lichtgeschwindigkeit nähert, immer langsamer; für v = c müsste sie stehen.
Wenn also ein Photon seinen Weg fliegt, vergeht für das Photon keine Zeit, es ist - aus seiner Sicht - überall gleichzeitig.
Was aber, wenn ich, während das Photon fliegt, in seiner Flugbahn einen Spiegel aufstelle? Aus der Sicht des Photons knicke ich es dann doch - in welcher Zeit aber?
Nagut, aus Photonensicht hat es nur die Form seiner schlussendlichen Flugbahn… Naja, was denkt ihr? Noch irgendwelche Ideen zu dieser Betrachtungsweise?
Ciao,
Amoeba
Wenn also ein Photon seinen Weg fliegt, vergeht für das
Photon keine Zeit, es ist - aus seiner Sicht - überall
gleichzeitig.
Wie misst Du das Alter eines Photons, wenn für das Photon keine Zeit zwischen Entstehung und Vernichtung vergeht?
Was aber, wenn ich, während das Photon fliegt, in seiner
Flugbahn einen Spiegel aufstelle?
Es ist völlig Banane, ob Du den Spiegel erst hinstellst, nachdem das Photon ausgesandt wurde oder ob er schon vorher da stand. Entscheidend ist ausschließlich der Gesamtweg.
Aus der Sicht des Photons
knicke ich es dann doch - in welcher Zeit aber?
In der Vergangenheit - in der Gegenwart steht der Spiegel ja schon.
Wenn Du Achterbahn fährst, ist es dann für Dich im geschlossenen Wagen ohne Fenster wichtig, wann genau die Bahn fertig gestellt wurde, vor oder nach dem Start (wenn sie jedenfalls rechtzeitig fertig ist)?
Was aber, wenn ich, während das Photon fliegt, in seiner
Flugbahn einen Spiegel aufstelle? Aus der Sicht des Photons
knicke ich es dann doch - in welcher Zeit aber?
Du musst dir erstmal die Frage stellen, was beim Spiegel mit dem Photon passiert. Wird es wirklich reflektiert, oder wird vielmehr das Photon absorbiert, und ein neues (mit anderer Flugbahn) erzeugt?
oder wird vielmehr das Photon absorbiert, und ein neues (mit anderer
Flugbahn) erzeugt?
Bei Wasserwellen, Schallwellen und Billardkugeln ist das nicht so. Wie kommst du auf den Gedanken, dass es im elektromagnetischem Bereich so ist? Gibt es dafür Theorien oder Experimente? (Nur eine Frage)
Sicher. Wie wärs mit der Quantenelektrodynamik? Das ist eine
der am besten getesteten physikalischen Theorien überhaupt.
Und die sagt, dass ein Photon niemals reflektiert wird, sondern immer absorbiert? Und dass es MANCHMAL in eine beliebige Richtung emittiert wird (was sich z.B. die Laserkühlung zunutze macht), MANCHMAL aber nach der Regel „Einfallwinkel gleich Ausfallwinkel“? Seltsam, davon habe ich noch nie gelesen. Hast du eine Textstelle dazu?
Und die sagt, dass ein Photon niemals reflektiert wird,
sondern immer absorbiert?
Ganz im Gegenteil. Überleg mal, was die Voraussetzung für Absorbtion eines Photons durch ein Elektron ist: die Energie des Photons muss genau passen. Wie oft ist das wohl der Fall, was würden wir dann sehen?
Gruß
loderunner
du machst hier m.E. den Fehler, dir nur einzelne Segmente der RT herauszupicken und nicht alle gemeinsam zu berücksichtigen (passiert mir auch laufend). Zeitdilatation darf man aber nicht ohne die Längenkontraktion betrachten.
Für das Photon steht die Zeit - aus seiner Sicht - nicht still. Vielmehr sagt sich das Photon: Ich stehe stille und der Rest des Universums jagt mit Lichtgeschwindigkeit an mir vorbei.
Daraus ergibt sich für das Photon, daß die Zeit im gesamten Universum stillsteht (Zeitdilatation) und die räumliche Ausdehnung des Universums auf Null schrumpft (Längenkontraktion). Deshalb ist es für das Photon auch nicht schwierig, bei dieser räumlichen und zeitlichen Ausdehnung überall gleichzeitig zu sein.
In der Hoffnung, jetzt nicht vollständig Mumpitz erzählt zu haben
grüßt Eva
ich vermisse in diesem thread die grundsatzfrage: darf man die spezielle relativitätstheorie überhaupt für photonen anwenden? photonen haben immerhin die spezielle eigenschaft, dass sie eine ruhemasse von 0 haben und sich IMMER mit lichtgeschwindigkeit bewegen. noch dazu sind photonen meines wissens nach punktförmig, habe also keine länge. kann sich also ein photon selbst als inertialsystem ansehen?
ich habe mal oberflächlich gegoogelt, aber (wie zu erwarten) nichts vernünftiges gefunden. kann mal einer, der sich auskennt, diese fragen klären? ich denke, der rest löst sich dann in wohlgefallen auf…
Du hast vollkommen Recht. Der Nenner des Lorentzfaktors
1/√(1 - v²/c²)
wird für v = c natürlich Null. Jedes Kind weiß, dass man in Mathe durch die Null nicht dividieren darf und das gilt natürlich auch in der Physik. Das Photon ist gewissermaßen in der SRT genau dort, wo in Matematik die Zahl „Unendlich“ liegt. Man hat zwar irgendwie einen Begriff dafür, aber damit rechnen sollte man tunlichst nicht.
Sicher. Wie wärs mit der Quantenelektrodynamik? Das ist eine
der am besten getesteten physikalischen Theorien überhaupt.
Und die sagt, dass ein Photon niemals reflektiert wird,
sondern immer absorbiert?
Nein, wieso sollte ein Photon immer absorbiert werden?
Und dass es MANCHMAL in eine
beliebige Richtung emittiert wird (was sich z.B. die
Laserkühlung zunutze macht), MANCHMAL aber nach der Regel
„Einfallwinkel gleich Ausfallwinkel“?
Ja, wie das Licht sich verhält, also z.B. ob es reflektiert wird und in welche Richtung usw lässt sich mit der QED beschreiben. Damit lässt sich beschreiben wieso manche Materialen durchsichtig sind, spiegelnd etc
Seltsam, davon habe ich
noch nie gelesen. Hast du eine Textstelle dazu?
Reflexion ist in der Quantenmechanik auf jeden Fall weder so zu sehen, dass ein Photon von einem Elektron absorbiert wird und dann wieder emittiert wird, noch so, dass das Photon „abprallt“ wie eine Billiardkugel an der Bande. Stattdessen ist es eine Interaktion zwischen dem Photon und einer Vielzahl von Elektronen in dem Material „gleichzeitig“. Welchen Weg das Photon dann nimmt, ergibt sich durch die Aufsummierung aller dieser Interaktionsmöglichkeiten.
Ein Einstieg in das Thema wäre z.B. das sehr gute Buch von Richard Feynman:
QED. Die seltsame Theorie des Lichts und der Materie
ISBN-13: 978-3492215626 Buch anschauen
Und die sagt, dass ein Photon niemals reflektiert wird,
sondern immer absorbiert?
Ganz im Gegenteil. Überleg mal, was die Voraussetzung für
Absorbtion eines Photons durch ein Elektron ist: die Energie
des Photons muss genau passen.
In einem Festkörper werden die Niveaus vieler Elektronen zu Bändern verbreitet, es gibt also nicht nur die diskreten Zustände, in die Elektronen springen können.
Wie oft ist das wohl der Fall,
Bei breiten Bändern ziemlich häufig.
was würden wir dann sehen?
Die Absorptions- und Reflektionskurven, die von Spektrometern kennen.
Versteh mich nicht falsch, ich weiss nicht so genau was mit einem Photon passiert, aber deine Argumentation greift so nur bei Gasen, nicht bei Festkörpern.
Ganz im Gegenteil. Überleg mal, was die Voraussetzung für
Absorbtion eines Photons durch ein Elektron ist: die Energie
des Photons muss genau passen.
In einem Festkörper werden die Niveaus vieler Elektronen zu
Bändern verbreitet, es gibt also nicht nur die diskreten
Zustände, in die Elektronen springen können.
Ja. Aber auch die Bänder führen zu keiner weißen Oberfläche. Erst recht nicht zu einem Spiegel (der müsste dann ja aus einer Mischung von möglichst vielen Marterialien bestehen und nicht allein aus einem einzigen).
Und, nebenbei, sie erklären natürlich nicht, warum „Einfallswinkel=Ausfallswinkel“ dabei auftritt. Niemand kann vorhersagen, wann genau ein Elektron ohne äußeren Einfluss die aufgenommene Energie wieder abgibt.
Wie oft ist das wohl der Fall,
Bei breiten Bändern ziemlich häufig.
Aber eben lange nicht häufig genug.
was würden wir dann sehen?
Die Absorptions- und Reflektionskurven, die von Spektrometern
kennen.
Und? Sehen wir das beim Spiegel?
Versteh mich nicht falsch, ich weiss nicht so genau was mit
einem Photon passiert, aber deine Argumentation greift so nur
bei Gasen, nicht bei Festkörpern.
In einem Festkörper werden die Niveaus vieler Elektronen zu
Bändern verbreitet, es gibt also nicht nur die diskreten
Zustände, in die Elektronen springen können.
Ja. Aber auch die Bänder führen zu keiner weißen Oberfläche.
Im Gegenteil: Sie führen zu einer schwarzen Oberfläche. In Metallen überlappen sich die Bänder zum Teil (http://en.wikipedia.org/wiki/File:Isolator-metal.svg). Es gibt also für jedes Photon einen passenden Übergang. Metalle absorbieren also alle Wellenlängen. Deswegen sind alle Metalle von Haus aus schwarz.
… zumindest theoretisch (bei manchen Metall-Pulvern kann man das auch beobachten). Tatsächlich zeigen Metalle aber ihre wahre Farbe nicht, sondern reflektieren das ganze Licht und spiegeln. Das hat aber mit einer weißen Oberfläche, die das gesamte Licht streut, nichts zu tun!
Und, nebenbei, sie erklären natürlich nicht, warum
„Einfallswinkel=Ausfallswinkel“ dabei auftritt. Niemand kann
vorhersagen, wann genau ein Elektron ohne äußeren Einfluss die
aufgenommene Energie wieder abgibt.
Wie deconstruct schon sagte, lässt sich das als Wechselwirkung mit individuellen Elektronen überhaupt nicht verstehen, sondern nur über eine nichtlokale Wechselwirkung mit der Oberfläche als Ganzes.
Ganz im Gegenteil. Überleg mal, was die Voraussetzung für
Absorbtion eines Photons durch ein Elektron ist: die Energie
des Photons muss genau passen.
In einem Festkörper werden die Niveaus vieler Elektronen zu
Bändern verbreitet, es gibt also nicht nur die diskreten
Zustände, in die Elektronen springen können.
Ja. Aber auch die Bänder führen zu keiner weißen Oberfläche.
Erst recht nicht zu einem Spiegel (der müsste dann ja aus
einer Mischung von möglichst vielen Marterialien bestehen und
nicht allein aus einem einzigen).
Dann erzaehl mir bitte mal, was den Spiegel ausmacht, und warum alle normalen, komerziell kaufbaren Spiegel aus Metall sind, wenn das nichts mit der Bandstruktur zu tun hat (die ja Metall oder Nichtmetall definiert).
Und wieso muesste ein Spiegel aus moeglichst vielen Materialien bestehene, wenn wir doch eh nur einen kleinen Ausschnitt des optischen Spektrums sehen koennen, und uns daher auch nur fuer diesen Frequenzbereich interessieren?
Und, nebenbei, sie erklären natürlich nicht, warum
„Einfallswinkel=Ausfallswinkel“ dabei auftritt. Niemand kann
vorhersagen, wann genau ein Elektron ohne äußeren Einfluss die
aufgenommene Energie wieder abgibt.
ein einlaufendes Elektron ist aber ein aeusserer Einfluss.
Wie oft ist das wohl der Fall,
Bei breiten Bändern ziemlich häufig.
Aber eben lange nicht häufig genug.
Wieso?
Wie kommst du zu dieser Aussage?
was würden wir dann sehen?
Die Absorptions- und Reflektionskurven, die von Spektrometern
kennen.
Und? Sehen wir das beim Spiegel?
Wenn wir ein Reflektionsspektrum eines Spiegels aufnehmen, ja.
Versteh mich nicht falsch, ich weiss nicht so genau was mit
einem Photon passiert, aber deine Argumentation greift so nur
bei Gasen, nicht bei Festkörpern.
Der Unterschied liegt genau wo?
In Gasen kann man in guter Naeherung von diskreten Energieniveaus ausgehen (+ Dopplerverbreiterung, die aber nicht allzu gross ist), im Festkoerper haben wir Baender.
auch auf die Gefahr hin, daß sich die Mathematiker jetzt kringlich lachen:
1/0 hat keine Lösung aber was ist mit 0/0?
0/0 ist doch nur nicht eindeutig bestimmt, hat aber doch sehr wohl als Lösungsmenge die gesamte Definitionsmenge.
In die RT-Physik übertragen, hieße das doch dann, daß die Masse des Photons jeden beliebigen Wert annehmen kann, unabhängig seiner Geschwindigkeit (die natürlich immer gleichhoch ist).
