Also ich hab’ mal gehört, dass Licht in den meisten Modellen als Welle oder als Teilchen dargestellt wird.
Irgendwie gelingt es mir aber nicht mir ins Gedächnis zu rufen wie Licht als Teilchen aussehen soll. Das Fortpflanzen, Brechen oder Reflektieren funktioniert das doch auch ganz gut als Welle!?
Zum Schluss habe ich mal gehört, dass Licht durch starke Gravitation auch angezogen werden kann. Kann es sich dabei nicht auch nur um eine Brechung zum optischen dichteren Raum in der Nähe der Gravitationsquelle handeln?
Ich hoffe ihr könnt meine Neugierde befriedigen…ach ja: ich bin nur bedingt firm in all den physikalischen Fachtermini. Vielleicht könnt ihr euch so ausdrücken, dass fachfremde mitfolgen können?
also auf die Frage, wie ein Photon (= Name eines Licht"teilchens") aussieht, gibt es keine befriedigende Antwort, soweit ich weiß.
Zum Dualismus Welle-Teilchen: natürlich KANN man alle Effekte, die Licht hervorruft, sowohl aus der Teilchen- als auch aus der Wellensicht erklären, aber in vielen Fällen ist eine Variante sehr viel einfacher und intuitiver.
Die Entdeckung des photoelektrischen Effekts (Licht schlägt Elektronen aus festem Objekt heraus) deutete auf Lichtteilchen, da man Stöße von Teilchen kannte. Beugung oder Brechung wiederum deutete auf eine Welle.
Die heute gängige Ansicht ist, daß Licht weder Teilchen noch Welle ist, sondern etwas Komplexes, von dem sich je nach Experiment oder Effekt eben nur ein Teil auswirkt, der dann eben wie ein Teilchen oder wie eine Welle erscheint.
Soviel als Erklärung für Einsteiger. Das Ganze ist natürlich um einiges komplizierter, wenn man es genau nimmt, aber dies gibt Dir vielleicht eine erste Vorstellung.
Die Entdeckung des photoelektrischen Effekts (Licht schlägt
Elektronen aus festem Objekt heraus) deutete auf
Lichtteilchen, da man Stöße von Teilchen kannte. Beugung oder
Brechung wiederum deutete auf eine Welle.
Wellen bestitzen doch auch eine Energi. Warum sollte diese Energi nicht auf Elektronen übertragbar sein, so dass diese sich aus der Atomstruktur herauslösen können?
Frag mal Küstenbewohner inwieweit Wellen bsw. Steine aus dem Steilhang schlagen können! (ich hoffe nicht mich als seriöser Gesprächspartner zu disqualifizieren wenn ich solche Bilder benutze!).
Es gibt keinen Versuch, in dem Licht gleichzeitig Wellen- und
Teilchencharakter hat.
Hat nicht schon eine Welle an sich sowohl Teilchen als auch Wellenkarakter? Ich meine eine Welle muss sich doch innerhalb eines Mediums fortpflanzen um überhaupt eine Welle zu sein. Dort wo das Medium jedoch aufhört wird der Stoss der Welle wie ein Teilchen aus dem Medium heraus wargenommen.
Irgendwie gelingt es mir aber nicht mir ins Gedächnis zu rufen
wie Licht als Teilchen aussehen soll. Das Fortpflanzen,
Brechen oder Reflektieren funktioniert das doch auch ganz gut
als Welle!?
Beispiel Doppelspalt-Versuch:
Schickt man Licht auf eine Platte mit zwei sehr dünnen Spalten, zeichnen sich auf der Wand hinter der Platte Interferenzmuster ab. Dies kann nicht mit Teilchen erklärt werden, denn dort gibt es keine Interferenz. Allerdings weiß man hier nicht, welchen Weg bzw welchen Spalt das Licht genommen hat, denn eine Welle breitet sich überall aus und hat keinen festen Punkt durch den es kommt.
Jetzt bringen wir Detektoren an den Spaltöffnungen an, um trotzdem festzustellen durch welchen Spalt die Photonen kommen. Das lustige ist jetzt: Man kann zwar jetzt sehen, welches Photon durch welchen Spalt geflogen ist, aber die Interferenzmuster sind weg. Das Licht verhält sich jetzt wie ein Teilchen, und nicht mehr wie eine Welle.
Das heißt:
Versucht man, das Photon auf einen Raum festzulegen, dann verliert es seinen Wellencharakter.
Licht ist eben weder Welle noch Teilchen. Was es genau ist, weiß wohl keiner. Es scheint aber etwas zu sein, dass wir mit unseren normalen Vorstellungen nicht so einfach begreifen können.
Zum Schluss habe ich mal gehört, dass Licht durch starke
Gravitation auch angezogen werden kann. Kann es sich dabei
nicht auch nur um eine Brechung zum optischen dichteren Raum
in der Nähe der Gravitationsquelle handeln?
Nein. Das Weltall ist ja nahezu leer und daher gibts dort nichts, woran sich das Licht brechen könnte. Trotzdem kann man beobachten, dass es im Gravitationsfeld z.B. der Sonne abgelenkt wird. Es hat eben „Masse“ und wird wohl deswegen genauso wie jede andere Masse angezogen und daher aus der Bahn ausgelenkt.
Trotzdem kann man
beobachten, dass es im Gravitationsfeld z.B. der Sonne
abgelenkt wird. Es hat eben „Masse“ und wird wohl deswegen
genauso wie jede andere Masse angezogen und daher aus der Bahn
ausgelenkt.
Das stimmt so imho nicht. Masse haben die Photonen keine, denn dann könnten sie sich nicht mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Nur bewegen sie sich gradlinig durch den Raum, und wenn der gekrümmt ist (durch die Masse eines großen körpers wie z.B. eine Sonne), ergibt sich trotzdem eine ‚krumme‘ Bahn.
Interessanterweise hat Licht aber einen impuls, was wiederum auf Masse hinweist…
Btw., Daß das Licht aus Teilchen besteht, kann man auch dadurch feststellen, daß es ‚gequantelt‘ (in kleine Pakete aufgeteilt) ist. Das heißt, wenn man eine Lichtquelle immer dunkler macht, kann man nicht immer energieärmeres Licht feststellen, sondern irgendwann einzelne Lichtteilchen zählen.
Andererseits können auch genau diese einzelnen Teilchen ein Interferenzmuster erzeugen, wenn man sie an einem Doppelspalt beugt und dabei (wie schon erwähnt) NICHT zählt.
Alles nicht so einfach, aber grade dadurch interessant.
Okay, jetzt bekomme ich langsam den Teilchenkarakter ins Auge. Und…?
Das Weltall ist ja nahezu leer und daher gibts dort
nichts, woran sich das Licht brechen könnte. Trotzdem kann man
beobachten, dass es im Gravitationsfeld z.B. der Sonne
abgelenkt wird. Es hat eben „Masse“ und wird wohl deswegen
genauso wie jede andere Masse angezogen und daher aus der Bahn
ausgelenkt.
Also muss man die Bewegung des Lichts im Weltraum auch als Teilchenflug ansehen, wenn es nichts gibt in dem es sich als Welle fortpflanzen könnte?
Also muss man die Bewegung des Lichts im Weltraum auch als
Teilchenflug ansehen, wenn es nichts gibt in dem es sich als
Welle fortpflanzen könnte?
Nö.
Licht braucht kein Medium zur Fortpflanzung.
Der Wellencharacter wird durch die „Maxwellschen Gleichungen“ beschrieben. Diese besagen, daß Licht eine elektromagnetische Welle ist, bei denen immer abwechselnd ein magnetisches Feld ein elektrisches erzeugt und umgekehrt. Diese Erzeugung geschieht mit Lichtgeschwindigkeit und benötigt wie gesagt kein Medium.
Physiker machen sich gerne ein „Bild“ von etwas, um sich etwas vorstellen zu können, wie man es aus dem Alltag kennt. Das gelingt aber nicht immer, weil es eine genaue Eins-zu-Eins Entsprechung gar nicht geben muß. Dann weicht man auf Vergleiche oder die Mathematik aus.
Daher:
Licht ist weder Teilchen, noch Welle !
Licht verhält sich ähnlich wie etwas, was wir als „Welle“ kennen, und zugleich auch wie etwas, daß wir als „Teilchen“ kennen. Aber es ist keine Welle wie im Wasser, und auch kein Teilchen wie eine Erbse. Es ist etwas Eigenständiges und Neues, welches nur in beiden Aspekten ähnlich ist.
Atome sind auch keine Kugeln oder Planetensysteme, wenngleich so ein Bild auch manchmal ausreicht.
Das ist noch immer nicht ganz raus. Vielleicht haben wir es nur noch nicht gefunden.
Der Wellencharacter wird durch die „Maxwellschen Gleichungen“
beschrieben.
Diese besagen, daß Licht eine elektromagnetische
Welle ist, bei denen immer abwechselnd ein magnetisches Feld
ein elektrisches erzeugt und umgekehrt.
Diese Gleichungen beschreiben elektromagnetische Wellen ganz allgemein. Es steht nirgendwo, daß Licht eine derartige Welle ist. Was ja auch nicht stimmen kann, weil es sich unter bestimmten Umständen eben anders als eine elektromagnetische Welle verhält.
Diese Erzeugung
geschieht mit Lichtgeschwindigkeit und benötigt wie gesagt
kein Medium.
Die Ausbreitung geschieht mit Lichtgeschwindigkeit.
Die gegenseitige Erzeugung von Feldern ist nur ein Denkmodell. Sonst könnte man ja mittels magnetischer oder elektrischer Felder das Licht ablenken.
Einwände gegen Einwände
Hi, ich muß leider widersprechen.
Hallo MAx,
Licht braucht kein Medium zur Fortpflanzung.
Das ist noch immer nicht ganz raus. Vielleicht haben wir es
nur noch nicht gefunden.
Ein Medium ist, nach heutigen Erkenntnissen gar nicht notwendig. Daher sucht man es auch nicht.
Der Wellencharacter wird durch die „Maxwellschen Gleichungen“
beschrieben.
Diese besagen, daß Licht eine elektromagnetische
Welle ist, bei denen immer abwechselnd ein magnetisches Feld
ein elektrisches erzeugt und umgekehrt.
Diese Gleichungen beschreiben elektromagnetische Wellen ganz
allgemein. Es steht nirgendwo, daß Licht eine derartige Welle
ist. Was ja auch nicht stimmen kann, weil es sich unter
bestimmten Umständen eben anders als eine elektromagnetische
Welle verhält.
Der Wellencharakter wird aber auch durch die Schrödingergleichung beschrieben, hierbei werden auch Quanteneffekte erfaßt. Die beiden Beschreibungen schließen einander nicht aus.
Diese Erzeugung
geschieht mit Lichtgeschwindigkeit und benötigt wie gesagt
kein Medium.
Die Ausbreitung geschieht mit Lichtgeschwindigkeit.
Die gegenseitige Erzeugung von Feldern ist nur ein Denkmodell.
Sonst könnte man ja mittels magnetischer oder elektrischer
Felder das Licht ablenken.
Für elektrische und magnetische Felder gilt das Superpositionsprinzip. D.h. man kann sie jeweils und untereinander linear überlagern, ohne daß sie sich gegenseitig beeinflussen. Du verwechselst die Ablenkung eines Felds mit der Ablenkung einer elektrischen Ladung in diesem Feld.
Elektrische Ladungen werden durchaus von Licht abgelenkt. Dies wird bei Elektronen „Compton-Effekt“ genannt. Es gibt weitere, zahlreiche Beweise dafür, daß Licht eine elektromagnetische Welle ist. Man hat die Natur des Lichtes sehr genau verstanden.
Es gibt verschiedene Modelle, die
verschieden gut das Verhalten des Lichts
Beschreiben.
Solche Modelle sind z.B.
Elektronen sind kleine grüne Kügelchen,
Protonen sind kleine rote Kügelchen,
Licht besteht aus kleinen gelben Kügelchen.
Da muss man aber aufpassen, weil Wechselstrom
auch gelb ist.
Am besten hat mir mal gefallen, dass licht
so kleine Rennteufelchen waren, die immer
mit einem Rucksack mit verschieden viel Energie
rumrannten.
Die zur Zeit beste Beschreibung von „Licht“,
d.h. das beste bekannte Modell
ist die quantenelektrodynamische Wellenfunktion.
da sieht dann Licht so aus: sum(lambda_n*|n>:wink:
Google mal nach „QED“ oder „Feynmansches Pfadintegral“,
da hats auch Seiten mit Diagrammen und Bildern.
Das kann man sich aber nur mit viel Übung
vorstellen.
Licht braucht kein Medium zur Fortpflanzung.
Das ist noch immer nicht ganz raus. Vielleicht haben wir es
nur noch nicht gefunden.
Ich weiss. Ich wollte Ole halt erstmal die Standardlehre erläutern.
Diese Gleichungen beschreiben elektromagnetische Wellen ganz
allgemein. Es steht nirgendwo, daß Licht eine derartige Welle
ist. Was ja auch nicht stimmen kann, weil es sich unter
bestimmten Umständen eben anders als eine elektromagnetische
Welle verhält.
Oh doch, das steht an vielen Stellen. Z.B. Bei der Erklärung, warum Metalle spiegeln.
Und natürlich erklärt es nur den Wellencharacter des Lichts.
Die gegenseitige Erzeugung von Feldern ist nur ein Denkmodell.
Sonst könnte man ja mittels magnetischer oder elektrischer
Felder das Licht ablenken.
Nein. Das ist kein Denkmodell. Natürlich ist es ein Modell, wie die gesamte Physik.
Und ja, man kann Licht durch elektromagnetische Felder ablenken. Siehe Spiegel.
Das stimmt so imho nicht. Masse haben die Photonen keine, denn
dann könnten sie sich nicht mit Lichtgeschwindigkeit bewegen.
Sie haben keine Ruhemasse, da hast du recht. Aber das hindert sie ja nicht daran, eine Masse zu haben. Nur gewinnen sie die nur aus ihrem Impuls und nicht aus einer Ruhemasse. Aber dem Gravitationsfeld ist es eben ziemlich egal woher die Masse kommt und daher wird auch Licht abgelenkt.
Interessanterweise hat Licht aber einen impuls, was wiederum
auf Masse hinweist…
Eben
Btw., Daß das Licht aus Teilchen besteht, kann man auch
dadurch feststellen, daß es ‚gequantelt‘ (in kleine Pakete
aufgeteilt) ist. Das heißt, wenn man eine Lichtquelle immer
dunkler macht, kann man nicht immer energieärmeres Licht
feststellen, sondern irgendwann einzelne Lichtteilchen zählen.
Andererseits können auch genau diese einzelnen Teilchen ein
Interferenzmuster erzeugen, wenn man sie an einem Doppelspalt
beugt und dabei (wie schon erwähnt) NICHT zählt.
Jepp. Die Quantelung ist das andere Phänomen, die den Teilchencharakter des Lichts stützt.
Alles nicht so einfach, aber grade dadurch interessant.
Also muss man die Bewegung des Lichts im Weltraum auch als
Teilchenflug ansehen, wenn es nichts gibt in dem es sich als
Welle fortpflanzen könnte?
Nein. Licht braucht kein Medium, um sich auszubreiten. Schallwellen benötigen z.B. Luft um sich ausbreiten zu können. Licht dagegen breitet sich auch im Vakuum aus.
Das Licht breitet sich im Weltraum daher genauso aus wie hier auf der Erde, nämlich sowohl als Teilchen als auch als Welle. Man kann das nicht trennen. Der Welle-Teilchen-Dualismus ist ja nur eine Umschreibung für etwas, wofür wir kein Wort haben. In unserer Welt gibts schließlich keine Dinge, die gleichzeitig zwei verschiedene Erscheinungsformen haben.
mfg
deconstruct
P.S:
Manche haben zwar hier eingeworfen, dass es nicht „sicher“ ist, ob Licht nicht doch ein Medium benötigt, dass wir nur noch nicht gefunden haben, also eine Art „Äther“. Nur sogesehen ist nichts sicher, denn die Nichtexistenz solch einer Sache lässt sich nunmal nicht beweisen. Daher macht es keinen Sinn, ein Medium zu postulieren, solange man keine Beobachtungen hat, die ein solches Medium verlangen. Und ohne diese Beobachtungen kann man getrost sagen, dass Licht kein Medium braucht.
Btw., Daß das Licht aus Teilchen besteht, kann man auch
dadurch feststellen, daß es ‚gequantelt‘ (in kleine Pakete
aufgeteilt) ist. Das heißt, wenn man eine Lichtquelle immer
Auch Phononen sind gequantelt, aber wie soll so ein Schallteilchen aussehen?
