Hallo!
Wenn ich mir den
Wikipedia-Artikel zur elektromagnetischen Welle anschau,
entnehme ich, dass die Energie(-dichte) der Stahlung von der
Frequenz UND von der Amplitude abhängig ist (müsste doch
richtig sein, die Energie einer Welle hängt doch von beidem
ab). Die Energie eines Photons, also des kleinsten
Energiepakets, hängt aber nur noch von der Frequenz ab. Warum?
Andersrum wird ein Schuh draus: Die Energie eines einzelnen Photons hängt nur von seiner Frequenz ab. Die Energie der gesamten elektromagnetischen Welle ist ja die Überlagerung aller Photonen. Du musst also die Amplituden aller Photonen addieren um auf die Amplitude der gesamten Welle zu kommen. (Zumindest bei kohärentem Laserlicht funktioniert das so. Wenn es Phasenunterschiede zwischen den einzelnen Photonen gibt, wird es komplizierter…)
Wenn ich mir den quantenmechanischen Oszillator anschau lande
ich ebenfalls bei Energiepaketen von h*f.
Das ist nur der Abstand zwischen zwei Energieniveaus. Die absolute Energie des Oszillators ist
E = ℏω(n + 1/2)
Die Energie hängt hier nicht wirklich von der Frequenz ab, weil die bei allen Schwingungsmoden gleich ist. Was sich hier ändert, ist die Quantenzahl n. Die Amplitude des Oszillators hängt seinerseits wieder von der Energie (oder besser: von √E) ab. Also kann man sagen (wenn man so will), dass die Energie des quantenmechanischen Oszillators von der Amplitude abhängt und diese gequantelt ist.
Kann ein Photon seine Energie z.B. auf zwei Elektronen abgeben
(und die z.B. in einen angeregten Zustand bringen) oder wäre
das ein Verstoss der Unteilbarkeit des kleinsten
Energiepakets?
Es kann auf jeden Fall nicht zwei Elektronen gleichzeitig anregen. Bei der Compton-Streuung ist es tatsächlich so, dass das Photon nur einen Teil seiner Energie auf ein freies Elektron überträgt. Das gestreute Photon hat danach weniger Energie, aber es spricht meines Wissens nichts dagegen, dass dieses Photon von einem weiteren Elektron absorbiert wird.
Allerdings gilt dies nur für freie Elektronen und eigentlich nehmen sie dem Elektron auch nicht ein Teil der Energie weg, sondern sie schlucken es ganz und emittieren kurz darauf ein zweites energieärmeres Photon. Den Differenzbetrag behält das freie Elektron.
Bei gebundenen Elektronen gibt es zwar auch ein ähnliches Phänomen (die Fluoreszenz), aber es gibt einige gewichtige Unterschiede. Erstens sind nur ganz bestimmte Energieniveaus erlaubt so dass nur Photonen ganz bestimmter Energie emittiert werden dürfen. Nach der Heisenbergschen Unschärferelation gehört zweitens zu einer genau bestimmten Energie eine sehr unbestimmte Zeit. Die angeregten Zustände in Atomen haben also eine ungleich höhere Lebensdauer als diejenigen von freien Elektronen. Drittens ist die Masse der Atome so groß, dass bei der Reemission praktisch kein Rückstoß auftritt.
(Ich weiß nicht, auf welchem Niveau Du Dich mit den Photonen beschäftigst. Wenn Du das mit dem Compton-Effekt nicht verstanden hast, vergiss einfach alles bis auf das wesentliche: Bei freien Elektronen können die Photonen auch nur einen Teil ihrer Energie abgeben, bei gebundenen Elektronen nicht.)
Michael
