Gruss an alle Physik- und Mathe-Interessierte: bei so viel hoher Wissenschaft im Brett wagt man fast nicht als Laie diese einfache Frage zu stellen: auf der Erde (und im Universum) gibt es Milliarden von Lichtquellen, die Photonen emittieren. Konkret: der Lichtstrahl einer Taschenlampe endet für mich erkennbar viel früher als der eines Scheinwerfers. Unterscheiden sich Photonen im sichtbaren Licht nur nach Quantität oder auch nach Qualität? Wie und wann „sterben“ die emittierten Photonen? Muss nach der Einstein’schen Formel nicht irgendeine Massenzunahme auftreten? -. Gruss Rolf.
Hallo Rolf,
Konkret: der Lichtstrahl einer Taschenlampe endet für mich
erkennbar viel früher als der eines Scheinwerfers.
Das „enden“ hat verschiedene Ursachen. Zum einen ist die Intensität, die Photonendichte, beim Scheinwerfer höher als bei der Taschenlampe. Dazu kommt, daß in der Luft eine Unmenge von Teilchen schwegen, die den Lichtstrahl beugen und brechen. Daher wird er zu allen Seiten verbreitert. Beim reflektierten Licht ist es genauso. Bei der Taschenlampe wird weniger reflektiert und daher erscheinen Gegenstände dunkler.
Unterscheiden sich Photonen im sichtbaren Licht nur nach
Quantität oder auch nach Qualität? Wie und wann „sterben“
die emittierten Photonen?
Sie sterben nicht, sie werden, leger gesagt, aus der Bahn geworfen und für Dich „unnütz“.
In der Quantität ändern sie sich insofern, daß sie adsorbiert, gestreut und gebeugt werden können. Dein „Nutzsignal“ wird dadurch kleiner. Qualitativ ändern sie sich erstmal nicht, ein Photon mit 590 nm bleibt eines, wenn es reflektiert wird. Es sei denn, es wird absorbiert und wieder emitiert. Dann kann sich die Wellenlänge/Frequenz ändern. Ausgenutzt wird das z.B. bei den Weißmachern, die UV-Licht Absorbieren und blaues Licht emitieren.
Muss nach der Einstein’schen Formel
nicht irgendeine Massenzunahme auftreten? -.
Wenn ein Photon absorbiert und energieärmer emitiert wird, kommt es sicher zu einer Massenzunahme, aber (ich habs nicht nachgerechnet) die dürfte so klein sein, daß sie nicht ins Ggewicht fällt (im wahrsten Sinne des Wortes).
Schönen Abend noch
Gandalf
I say hi…
Also die Einsteinsche Massenzunahme ist meines Wissens von der Ruhemasse abhängig. Da die bei Photonen 0 ist , ist die Zunahme auch 0.
oder genauer:
m´ = m/[(1-v^2/c^2)^0,5]
^=hoch
/=Bruchstrich
v=geschwindigkeit der Photonen (=Lichtgeschwindigkeit)
c=Lichtgeschwindigkeit
hieraus folgt dann m´=0/0
und die Massenzunahme wäre dann m´-m=0/0 -0 =???
Also nicht mit Einstein zu berechnen:
Ich weiss dann noch auswendig die Gleichung
m(Photon)=h*f/c^2
h=Planck-Konstante
f=Frequenz des Photons
c=Lichtgeschwindigkeit
weiss aber nicht mehr wie die genau zu erläutern ist
Photonen „sterben“ wenn sie ihre komplette Energie an andere Teilchen (Elektronen, Kerne oder was auch immer ) abgegeben haben.
Unterscheiden tun sich Photonen in ihrer Frequenz und davon abhängig in ihrer Energie und eventuell auch noch in anderen Dingen die ich im lk Physik noch nicht gelernt habe 
Noch Fragen?oder Korrekturen(auweia)?
SAN
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Licht im sichbaren (und unsichtbaren) Bereich unterscheidet sich nach mehreren Punkten :
1.) Wellenlänge :
Die Wellenlänge bestimmt sowohl die Farbe sichtbaren Lichtes als auch die Energie, welche ein einzelnes Photon trägt. Die Energie eines Photons berechnet sich nach der Formel E=h*Ny
wobei h das Plancksche Wirkungsquantum und Ny die Frequenz des Lichtes ist.
2.) Intensität
Gibt die Anzahl von Photonen pro Zeiteinheit und Fläche an.
Ein Lichtstrahl „endet“ im Prinzip nicht. D.h. die Photonen in einem Lichtstrahl - auf der Erde als auch im All - zerfallen nicht, sondern werden gestreut. Innerhalb einer Atmosphäre ist diese Streuung an den Partikeln (Schmutz, Schlieren etc.) in der Luft natürlich um einiges stärker als im freien Weltall.
Der Strahl eines starken Scheinwerfers besitzt eine höhere Intensität als der einer Taschenlampe --> mehr Photonen.
Pro Wegeinheit, die der Strahl zurücklegt werden jetzt Photonen gestreut ( = in eine andere Richtung abgelenkt ) so daß nach beispielsweise 1m Weg nur noch 99% der ursprünglichen Intensität übrig sind. Von diesen 99% werden jetzt wieder 1 % auf dem nächsten Wegstück von 1m gestreut, so daß nach 2m nur noch 98,01% übrig sind. Diese Abnahme der Strahlintensität setzt sich weiter fort : 97,03 % -> 96,05 % -> 95,01 % -> 94,15 % … etc. Irgendwann fällt diese Strahintensität unter einen speziischen Wert ab, welcher in Abhängigkeit zur Umgebungsbeleuchtung, Lichtfarbe etc. steht, bei dem der Strahl keinen für das Auge sichtbaren Kontrast mehr bilden kann und deswegen nicht mehr sichtbar ist. Allerdings ist die Weglänge, die für eine so starke Streuung notwendig ist bei einer hohen Anfangsintensität größer als bei einer geringen Anfangsintensität. Deshalb scheint ein Strahl mit hoher Anfangsintensität weiter zu reichen als einer mit geringerer Anfangsintensität.
„Sterben“ können Photonen nur unter Abgabe von Energie bei physikalischen Effekten wie dem photoelektrischen Effekt, was aber mit dem Intensitätsverlust bei der Ausbreitung von Lichtstrahlen im Raum nichts zu tun hat.
Nach Einstein und seiner speziellen Relativitätstheorie können Photonen keine Masse besitzen, da sie sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen und eine unendlich große Energie notwendig wäre, um ein massebehaftetes Teilchen auf diese Geschwindigkeit zu beschleunigen.
Ich hoffe, das hilft Dir weiter,
Gruss,
Jürgen
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Unter dem ®Olberschen Paradoxon ist erklärt, warum es nachts dunkel ist. Der Lichtstrahl der Taschenlampe verschwindet nur für dich früher, da dein Auge nicht so genau auflösen kann. Theoretisch ist es möglich, vom Mars immer noch eine Taschenlampe zu sehen (Streuung in der Atmosphäre vernachlässigt).
Die Anzahl der Photonen im Universum bleibt konstant, jedoch nimmt die Energie (Temperatur) durch die Expansion des U. ab. Eine Abnahme der Energie bedeutet nach E=h*v eine Abnahme der Frequenz. Dazu kommt noch, dass sich die Lichtquelle vom Beobachter entfernt (®Dopplereffekt). Die Photonen werden ins Rote verschoben. Ergo, alle Photonen sind noch da, jedoch haben sie heute eine Temperatur von ca. 3 °K, auch bekannt als ®Relikt- oder Hintergrundstrahlung.
Also sinkt nicht die Quantität sondern eher die Qualität.
Nach E=m*c^2=h*v besitzt das Photon ein frequenzabhängige Masse (®Photonenmasse, Aufspaltung im Schwerefeld). Da c und h konstant sind, die Frequenz aber kleiner wird, sinkt die Masse, wird aber nicht Null (®Energieerhaltung). Wohlgemerkt, die Ruhemasse ist Null.
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Nach Einstein und seiner speziellen Relativitätstheorie können
Photonen keine Masse besitzen, da sie sich mit
Lichtgeschwindigkeit bewegen und eine unendlich große Energie
notwendig wäre, um ein massebehaftetes Teilchen auf diese
Geschwindigkeit zu beschleunigen.
Das ist falsch. Ansonsten wäre die Ablenkung im Schwerefeld der Erde nicht erklärbar. Das Photon besitzt keine Ruhemasse, jedoch eine Masse bei c. Das Photon der Masse m, das eine Kugel der Masse M verlassen will, muss die Energie Epot=GmM/R aufbringen. Da jedoch die Energie in h*v quantisiert ist, erfolgt die Energieabnahme über eine Verringerung Frequenz (Rotverschiebung)
Du hast Recht. Photonen besitzen keine RUHEmasse. Allerdings besitzen sie die Masse, welche Ihrer Energie = h*v äquivalent ist.
Damit folgt über E=m*c^2 und E=h*v --> m=(h*v)/(c^2)
Gruss,
Jürgen
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Hallo
Nach meiner Meinung ist der Begriff der Photonen veraltet .
Licht ist eine elektromagnetische Wellenerscheinung , und wenn man von der Physik der Funkwellen genügend versteht , hat man auch die Eigenschaften des Lichtes zur Verfügung .
Allerding haben Lichtwellen , ebenso wie Funkwellen , auch Eigenschaften der Masse , es gibt die sogenannte Dualität des Lichtes .
Ein Energiezuwachs durch Beschleunigung ist normalerweise bei uns nicht möglich .
Mit einem Brennglas könnte man eine Energiedichte eines Lichtstrahles erhöhen , es gibt den Laser als optischen Verstärker .
MfG
Ergänzung
Die Menschliche Wahrnehmung ebenso wie technische Systeme unterliegen einem Schwellenwert , unter denen sie nichts mehr sehen .
Es gibt die Regeln zur Ausbreitung von Licht wie für Funkwellen , es nimmt ab im Quadrat zur Entfernung oder so ähnlich .
Licht ist aber praktisch trotzdem und überall , wenn auch nicht messbar .
MfG
Hallo,
Unter dem ®Olberschen Paradoxon ist erklärt, warum es nachts
dunkel ist. Der Lichtstrahl der Taschenlampe verschwindet nur
für dich früher, da dein Auge nicht so genau auflösen kann.
Theoretisch ist es möglich, vom Mars immer noch eine
Taschenlampe zu sehen (Streuung in der Atmosphäre
vernachlässigt).
Da ich ein verdammt fauler Mensch bin, darfst Du es zur Not überprüfen
Nimm den Lichtkegel einer Taschenlampe. Rechne aus wie gross dieser Lichtkegel auf dem Mars ist (Der Öffnungswinkel sollte reichen). Nimm einen vernünftigen Wert für die Intensität Deiner Lichtquelle an. Und dann schau, wieviel noch davon auf die Fläche Deines Auges auf dem Mars entfällt.
Ich schätze mal, dass es nicht mehr wirklich viel ist. Zu allem Überdruss wird nichtmal das erkennbar sein, weil das Signal-Rausch-Verhältnis es garnicht mehr zulassen wird.
Sogar bei Benutzung eines Lasers wird das einen relativ leistungsfähigen benötigen. Und das bei typischen Photonenflüssen, die um ettliche Grössenordnungen über des einer Tachenlampe liegen.
Die Anzahl der Photonen im Universum bleibt konstant, jedoch
nimmt die Energie (Temperatur) durch die Expansion des U. ab.
? Wieso sollte die Anzahl konstant bleiben? Die Gesamtenergie des Universums muss konstant bleiben, aber nicht die Zahl der Photonen.
Eine Abnahme der Energie bedeutet nach E=h*v eine Abnahme der
Frequenz. Dazu kommt noch, dass sich die Lichtquelle vom
Beobachter entfernt (®Dopplereffekt). Die Photonen werden ins
Rote verschoben. Ergo, alle Photonen sind noch da, jedoch
haben sie heute eine Temperatur von ca. 3 °K, auch bekannt als
®Relikt- oder Hintergrundstrahlung.
? Was sind das für Schlussfolgerungen?
Die Hintergundstrahlung wird als Überbleibsel des Urknalls interpretiert. Und sicher ist das nicht. Das hat aber nicht direkt was mit Rotverschiebung etc. zu tun.
Also sinkt nicht die Quantität sondern eher die Qualität.
nöö.
Nach E=m*c^2=h*v besitzt das Photon ein frequenzabhängige
Masse (®Photonenmasse, Aufspaltung im Schwerefeld).
Aufspaltung im Schwerefeld? Was soll das sein?
Da c und h
konstant sind, die Frequenz aber kleiner wird, sinkt die
Masse, wird aber nicht Null (®Energieerhaltung).
Wie bitte? Was hat das mit Energieerhaltung zu tun? Desweiteren ist es nicht sicher, ob c und h wirklich konstant sind.
ciao
ralf
Hallo
Nach meiner Meinung ist der Begriff der Photonen veraltet .
Huch, hat sich die Physik in den letzten 10 Jahren so verändert?
Licht ist eine elektromagnetische Wellenerscheinung , und wenn
man von der Physik der Funkwellen genügend versteht , hat man
auch die Eigenschaften des Lichtes zur Verfügung .
Na dann erklär mal den photoelektirschen Effekt mit dem Wellenbild. Viel GLück!
Allerding haben Lichtwellen , ebenso wie Funkwellen , auch
Eigenschaften der Masse , es gibt die sogenannte Dualität des
Lichtes .
Na immerhin.
Ein Energiezuwachs durch Beschleunigung ist normalerweise bei
uns nicht möglich .
Na klar doch. Wenn ich im Auto aufs Gas trete und beschleunige, nimmt die kinetische Energie zu.
Mit einem Brennglas könnte man eine Energiedichte eines
Lichtstrahles erhöhen , es gibt den Laser als optischen
Verstärker .
Ehh, den Zusammenhang versteh ich jetzt gar nicht.
Max
Hallo,
Nach meiner Meinung ist der Begriff der Photonen veraltet .
Aha, was veranlasst Dich wohl zu dieser Meinung?
Licht ist eine elektromagnetische Wellenerscheinung , und wenn
man von der Physik der Funkwellen genügend versteht , hat man
auch die Eigenschaften des Lichtes zur Verfügung .
und bringt Dich zu dieser viel älteren?
Allerding haben Lichtwellen , ebenso wie Funkwellen , auch
Eigenschaften der Masse , es gibt die sogenannte Dualität des
Lichtes .
Tja, hier kommen wir irgendwie schon in die richtige Richtung. Auch wenn ich das Modell der Dualität immer für etwas unglücklich halte. IMO ist es veraltet - eine Übergangsnotlösung, um nicht völlig mit alten Vorstellungen brechen zu müssen (aus der Sicht der Zeit, als man die „Dualität“ erkannte, und damit den Streit der Wellen- und Korpuskular-Theorien „beilegte“).
Man sollte das Licht doch eher sehen, als was es ist: etwas Eigenständiges, das sich nur als Näherung in bestimmten Fällen als das eine oder andere Beschreiben lässt.
Die Quantentheorien beschäftigen sich damit genauer.
Mit einem Brennglas könnte man eine Energiedichte eines
Lichtstrahles erhöhen , es gibt den Laser als optischen
Verstärker .
Der Zusammenhang ist mir hier nicht klar.
ciao
ralf
Nimm den Lichtkegel einer Taschenlampe. Rechne aus wie gross
dieser Lichtkegel auf dem Mars ist (Der Öffnungswinkel sollte
reichen). Nimm einen vernünftigen Wert für die Intensität
Deiner Lichtquelle an. Und dann schau, wieviel noch davon auf
die Fläche Deines Auges auf dem Mars entfällt.
Dazu hatte ich ja ideale Voraussetzungen angenommen. Wenn deine Augengröße dem Offnungskegel des Lampenstrahls auf dem Mars entspricht, siehst du alles. Eine Taschenlampe hat eine zu hohe Divergenz. Selbst ein Laser streut auf die Entfernung ziemlich stark. Desweiteren wird sher viel Licht von der Atmosphäre gestreut bzw. absorbiert. Hier war meine Annahme nicht korrekt, dass die Anzahl gleich bleibt. Der Absorbierte Teil wird in Energie umgewandelt. Dies kann leicht mit einem Sprktrograph überprüft werden.
? Was sind das für Schlussfolgerungen?
Die Hintergundstrahlung wird als Überbleibsel des Urknalls
interpretiert. Und sicher ist das nicht. Das hat aber nicht
direkt was mit Rotverschiebung etc. zu tun.
Die Hintergrundstarhlung ist bichts weiter als die Energie der Photonen, die seit dem Urknall übriggeblieben sind. Durch die Expansion verringert sich auch deren Energie. DIe Annhame, daass alle Photonen noch da sind, war wie schon oben erwähnt nicht korrekt, da ein großer Teil streut, absorbiert oder in Materie umgewandelt wurde.
Wie bitte? Was hat das mit Energieerhaltung zu tun?
Das hatte ich oben erklärt.
„Das Photon der Masse m, das eine Kugel der Masse M verlassen will, muss die Energie Epot=GmM/R aufbringen. Da jedoch die Energie in h*v quantisiert ist, erfolgt die Energieabnahme über eine Verringerung Frequenz (Rotverschiebung)“
Desweiteren ist es nicht sicher, ob c und h wirklich konstant
sind.
c und sind Fundamentalkonstante. Vielleicht kannst du ja ernsthafte Quellen nennen, die dies widerlegen. Die Abhängigkkeit wäre auch interessant.
Hallo,
Wenn ein Photon absorbiert und energieärmer emitiert wird,
kommt es sicher zu einer Massenzunahme, aber (ich habs nicht
nachgerechnet) die dürfte so klein sein, daß sie nicht ins
Ggewicht fällt (im wahrsten Sinne des Wortes).
Ohne Nachrechnen. Etwa bei dem von Dir erwähnten Effekt der Fluoreszenz (Weissmacher in Waschmitteln) treten Wellenlängenänderungen auf, die die Wellenlänge gut und gerne mal verdoppeln. Also halbiert sich dementsprechend auch deren Energie.
ciao
ralf
Hallo
Allerding haben Lichtwellen , ebenso wie Funkwellen , auch
Eigenschaften der Masse , es gibt die sogenannte Dualität des
Lichtes .
Man sagt ja i.a., dass ein Objekt, das eine Energie besitzt, auch eine Masse besitzt, ob es Sinn macht oder nicht. Genausogut könnte man über Phononen, den Quanten der Gitterschwingungen philosophieren. Denen ist genausogut eine Masse und ein Impuls zuordenbar. Demzufolge verhalten sie sich wie Teilchen, die natürlich nicht existieren. Genauso ist es mit den Photonen.
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Ohne Nachrechnen. Etwa bei dem von Dir erwähnten Effekt der
Fluoreszenz (Weissmacher in Waschmitteln) treten
Wellenlängenänderungen auf, die die Wellenlänge gut und gerne
mal verdoppeln. Also halbiert sich dementsprechend auch deren
Energie.
Nach E=h*v nicht. Würde sich die Energie halbieren, hätte Gammastrahlung sogut wie keine Energie, was den Beobachtungen widerspricht.
Vorausgesetzt, es handelt sich um monochromatisches Licht. Dies ist aber sogut wie nie der Fall. Auch Laserlicht besteht aus mehreren Moden (->Modendispersion), die in andere Frequenzbereiche reinreichen. Wenn diese verstärkt werden, erhält man sogar UV-Laser (->weiße/blaue LEDs)
Hi,
Dazu hatte ich ja ideale Voraussetzungen angenommen. Wenn
deine Augengröße dem Offnungskegel des Lampenstrahls auf dem
Mars entspricht, siehst du alles.
Ich glaube dann wärst Du gar nicht mehr „auf“ dem Mars
? Was sind das für Schlussfolgerungen?
Die Hintergundstrahlung wird als Überbleibsel des Urknalls
interpretiert. Und sicher ist das nicht. Das hat aber nicht
direkt was mit Rotverschiebung etc. zu tun.Die Hintergrundstarhlung ist bichts weiter als die Energie der
Photonen, die seit dem Urknall übriggeblieben sind. Durch die
Expansion verringert sich auch deren Energie.
Nein, aber deren Dichte. Desweiteren ist nichtmal sicher, dass es einen Urknall gab etcetc.
Desweiteren ist es nicht sicher, ob c und h wirklich konstant
sind.c und sind Fundamentalkonstante. Vielleicht kannst du ja
ernsthafte Quellen nennen, die dies widerlegen. Die
Abhängigkkeit wäre auch interessant.
Es ist nicht widerlegt. Ich habe nur gesagt, dass es nicht sicher ist, ob sie wirklich Konstanten sind. So ist es durchaus denkbar (und es gab auch schon immer mal wieder indirekte Hinweise darauf), dass sich deren Werte über extrem lange Zeiträume hinweg ändern.
Such einfach mal danach. Habe jetzt auch keine Quellen parat. Glaube in irgendeinem Astro-Artikel in Spektrum kam es auch mal vor. Wobei es an sich aber relativ einleuchtend ist, dass man nicht sicher davon ausgehen kann, dass sie wirklich Konstanten sind.
ciao
ralf
Ohne Nachrechnen. Etwa bei dem von Dir erwähnten Effekt der
Fluoreszenz (Weissmacher in Waschmitteln) treten
Wellenlängenänderungen auf, die die Wellenlänge gut und gerne
mal verdoppeln. Also halbiert sich dementsprechend auch deren
Energie.Nach E=h*v nicht. Würde sich die Energie halbieren, hätte
Gammastrahlung sogut wie keine Energie, was den Beobachtungen
widerspricht.
Häh? Mit Deiner Formel kommst Du hier nicht weit.
Da Du mit Gammastrahlung ankommst, gehe ich mal davon aus, dass Du nicht weisst wie, Fluoreszenz zustandekommt?
In Kurzfassung:
Ein Molekül absorbiert ein Photon. Dabei wird das Molekül in einen angeregten Zustand versetzt. Durch bestimmte Eigenschaften des Moleküls kann es nun sein, dass ein Teil der absorbierten energie etwa in Schwingungsenergie des Moleküls umgewandelt wird. Kehrt das Molekül nun durch Aussendung eines Phtons in den Grundzustand (naja, nicht unbedingt) zurück, dann hat das ausgesandte Photon weniger Energie als das Absorbierte (weil ein Teil ja „verloren“ ging).
Somit kommt es bei Fluoreszenz zu einer Rotverschiebung.
Wenn Du unbedingt willst, kann man das auch noch genauer erklären. Aber QM-Kenntnisse seien dazu angeraten.
Vorausgesetzt, es handelt sich um monochromatisches Licht.
Dies ist aber sogut wie nie der Fall. Auch Laserlicht besteht
aus mehreren Moden (->Modendispersion), die in andere
Frequenzbereiche reinreichen.
Ich weiss zwar nicht, was das mit dem obigen zu tun hat, aber trotzdem eine Anmerkung:
Man kann mit Lasern in recht guter Näherung monochromatisches Licht erzeugen. Die Bandbreite lässt sich auf wenige MHz ohne allzu großen Aufwand reduzieren.
Wenn diese verstärkt werden,
erhält man sogar UV-Laser (->weiße/blaue LEDs)
Wenn mich nicht alles täuscht, verwendet man um mit Lasern UV-Licht zu erzeugen, meistens nichtlineare optische Effekte. Mit speziellen Kristallen ist es so möglich Frequenzen zu verdoppeln, verdreifachen etc.
Bei weissen LEDs nützt man - soviel ich weiss - Materialen mit bestimmten Bandlücken.
ciao
ralf
Hi,
Man sagt ja i.a., dass ein Objekt, das eine Energie besitzt,
auch eine Masse besitzt, ob es Sinn macht oder nicht.
Nein, man sagt, dass die beiden äuquivalent sind! Es sind 2 nur Namen für eine(!) Sache.
Genausogut könnte man über Phononen, den Quanten der
Gitterschwingungen philosophieren. Denen ist genausogut eine
Masse und ein Impuls zuordenbar. Demzufolge verhalten sie sich
wie Teilchen, die natürlich nicht existieren. Genauso ist es
mit den Photonen.
Photonen existieren nicht? Aha…
Und Phononen auch nicht?
Völlig neue Erkenntnisse treten hier zu Tage
ciao
ralf
Es gibt die Regeln zur Ausbreitung von Licht wie für
Funkwellen , es nimmt ab im Quadrat zur Entfernung oder so
ähnlich .
Im freien Raum genau so!
Licht ist aber praktisch trotzdem und überall , wenn auch
nicht messbar .
Na ja, warum soll es nicht messbar sein, wenn es da ist.
Fotsensoren, die jedes einzelne Lichtquant detektieren,
sind heute kein Blendwerk mehr.
Gruß Uwi