Reflexion von Photonen an ebenen Spiegeln

Wissenschaft Physik
21

Wer hat den behauptet, dass die Reflexion nur an der
Oberfläche stattfindet? Das ist lediglich der einfachste Fall.

a)
Das hast du selbst behauptet:

Bei einem Spiegel wird das Photon ja nicht
einfach an der Oberfläche absorbiert und reemittiert.

Nach dem Huygensches Prinzip schon. Was dabei raus kommt, ::entspricht der Beobachtung und nur das zählt in der ::Naturwissenschaft.

b)
Die Tatsache, dass mit zunehmender Dicke des Glases die Reflexion stärker und dann schwächer und dann wieder stärker (usw…) wird, zeigt aber, dass hier eine Interaktion zwischen den Photonen und allen Elektronen in dem Glas stattfindet, und eben nicht die Interaktion von einem Photon mit einem einzigen Elektron an der Oberfläche.

Würde das nur an der Oberfläche stattfinden, dann dürfte es ja keine Rolle spiele, wie dick z.B. das Glas ist und schon gar nicht könnte dickeres Glas auf einmal weniger reflektieren als dünneres Glas, denn wenn dann würde ja zu dem an der Oberfläche reflektierten Licht noch das Licht dazu kommen, dass tiefer im Glas reflektiert wird.

22

Wer hat den behauptet, dass die Reflexion nur an der
Oberfläche stattfindet? Das ist lediglich der einfachste Fall.

a)
Das hast du selbst behauptet:

Bei einem Spiegel wird das Photon ja nicht
einfach an der Oberfläche absorbiert und reemittiert.

Nach dem Huygensches Prinzip schon. Was dabei raus kommt, ::entspricht der Beobachtung und nur das zählt in der ::Naturwissenschaft.

In dem Zitat kann ich nichts dergleichen finden. Da steht lediglich, dass die Relexion ander Oberfläche durch das Huygensches Prinzip beschrieben werden kann. Da steht nicht, dass das nur an der Oberfläche gilt.

b)
Die Tatsache, dass mit zunehmender Dicke des Glases die
Reflexion stärker und dann schwächer und dann wieder stärker
(usw…) wird, zeigt aber, dass hier eine Interaktion zwischen
den Photonen und allen Elektronen in dem Glas stattfindet, und
eben nicht die Interaktion von einem Photon mit einem einzigen
Elektron an der Oberfläche.

Niemand hat etwas anderes behauptet.

23

Das hängt davon ab, wie Absorption und Emission ablaufen und
was Du unter „Reflexion im klassischen Sinne“ verstehst.

s. o.

Heißt das, eine Reflexion ohne Phasensprung ist keine
„Reflexion im klassischen Sinne“?

Habe ich das behauptet?

So habe ich Deine Antwort verstanden. Wenn Du etwas anderes gemeint hast, dann solltest Du sie noch einmal umformulieren. Du darfst dabei auch gern mehr als zwei Buchstaben schreiben.

Es ist nicht die Frage, was ICH darunter verstehe. Auch die
klassische Erklärung der Reflexion vollkommen unzweideutig.

Das Huygenssche Prinzip ist eine klassische Erklärung und eine
instantane Absorption und Emission führt zum Huygensschen
Prinzip.

Das ist doch Unsinn! Kannst Du mir mal sagen, wie man
Absorption überhaupt mit dem Huygensschen Formalismus
darstellen will?

Die Energie der Welle wird absorbiert und in alle Richtungen wieder abgestrahlt. Ich kann nicht erkennen, wo es da ein Problem geben sollte. Vielleicht solltest Du auch hier etwas ausführlicher werden.

Was passt Dir an meiner Formulierung nicht?

Das habe ich doch geschrieben: Es fehlen Angaben darüber, wie
Absorption und Emission erfolgen sollen. Außerdem ist mir nach
wie vor nicht klar, was Du unter einer „Reflexion im
klassischen Sinne“ verstehst. Vielleicht könntest Du mal eine
entprechende Quelle verlinken?

Wenn es der Wahrheitsfindung dient:
http://de.wikipedia.org/wiki/Reflexion_%28Physik%29

Und da findest Du gleich an erster Stelle die beschreibung durch das Huygenssche Prinzip:

http://de.wikipedia.org/wiki/Reflexion_(Physik)#Refl…

Wenn Du das akzeptierst, worüber diskutieren wir dann eigentlich?

Wenn Absorption und Emission ohne Zeitverlust erfolgen, dann
ist es mit dem Huygensschen Prinzip identisch.

Nein. Es wird auch dadurch nicht richtiger, dass Du es
wiederholst. Nur mal einer (von vielen) Kritikpunkten an
dieser Sichtweise: Huygens verlangt, dass jeder Punkt der
Wellenfront zum Ursrprung einer Elementarwelle wird. Ein
Photon wird aber definitv nur an einer einzigen Stelle
absorbiert (falls es absorbiert wird).

Davon abgesehen, dass wir hier von einem Modell reden und nicht von der Wirklichkeit, betehen Licht-Wellen überwiegend aus mehr als einem Photon.

Eine echte
Absorption und anschließende Emission setzt meiner Meinung
nach eine zeitliche Trennung der beiden Vorgänge voraus.

Auch auf die gefahr hin, mich zu Widerholen: Wir sprechen hier von einem Modell.

Wenn man
hingegen auf die zeitliche Trennung verzichtet, dann frage ich
mich, worin der Unterschied zur klassischen Reflexion besteht
(ohne Absorption/Emission).

Wie ich nun schon oft genug geschrieben habe, gibt es da keinen Unterschied. Gerade deshalb kann man dieses Modell doch verwenden.

Das ist wieder so ein Fall: Seit wann geht es ums Müssen?
Ursprünglich war vom Können die Rede.

Wenn ich auf eine Hypothese verzichten kann, weil sie
keinen Zugewinn an Erkenntnis liefert, dann muss ich
auch auf diese Hypothese verzichten. (Das ist Ockhams
Rasiermesser, ein bisschen umformuliert).

Das ist Unsinn. Wenn mir ein Modell die Arbeit erleichtert, dann darf ich es selbstverständlich nutzen - auch wenn es zusätzliche Annahmen beinhaltet. Welchen sinn sollte es haben, sich das Leben unnötig schwer zu machen. Und dass das Huygenssche Prinzip die Beschreibung von Wellen erleichtert, steht ausser Frage.

Ich habe gesagt (und sage es noch immer), dass man sich die
Reflexion durch Absoption und Emission vorstellen kann (und
danach war ja gefragt), weil dieses Modell zu physikalisch
korrekten Ergebnissen führt.

Dann nenne mir ein Ergebnis, das dieses Modell liefert, und
das man ohne dieses Modell nicht erhalten hätte.

Wozu?

24

Hallo!

Ich glaube, unser Missverständnis ist ein rein begriffliches. Ich habe absolut nichts gegen das Prinzip von Huygens-Fesnel zur Erklärung der Reflexion an einem ebenen Spiegel. Im Gegenteil: Ich würde es genau so erklären.

Der Unterschied besteht nur darin, dass Du den Formalismus des Entstehens neuer Elementarwellen an beliebigen Punkten als Absorption / Emission bezeichnest, während ich der Ansicht bin, dass diese Begriffe für einen realen physikalischen Vorgang reserviert sein sollten. Bisher habe ich immer versucht, das an einer zeitlichen Trennung der beiden Vorgänge festzumachen. Ich hätte auch sagen können, eine Absorption muss - wenigstens vorübergehend - eine Wirkung an einem realen Körper hinterlassen (z. B. die Anregung eines Elektrons). Ich sehe das weiterhin so. Du offensichtlich nicht. Da werden wir nicht zusammen kommen.

Da wir offensichtlich darin übereinstimmen, dass Huygens-Fresnel ein brauchbarer Mechanismus für die Erklärung der Reflexion ist, können wir das mal ad acta legen - egal ob wir es jetzt als Absorption/Emission bezeichnen wollen oder nicht.

Bleibt die Frage zu klären, ob man sich die Reflexion auch als einen Vorgang vorstellen kann, bei dem tatsächlich eine reale Absorption stattfindet, also wo tatsächlich vorübergehend eine Veränderung an einem Körper auftritt. Fällt Dir dazu noch was ein?

Michael

25

In dem Zitat kann ich nichts dergleichen finden. Da steht
lediglich, dass die Relexion ander Oberfläche durch das
Huygensches Prinzip beschrieben werden kann. Da steht nicht,
dass das nur an der Oberfläche gilt.

Dann geht aber deine Antwort auch an der Frage vorbei. Denn die Frage war, was mit dem Photon bei einer Reflexion genau passiert. Und soweit ich das Huygensche Prinzip verstehe, sagt dieses darüber ja erstmal nichts aus.

Die Tatsache, dass mit zunehmender Dicke des Glases die
Reflexion stärker und dann schwächer und dann wieder stärker
(usw…) wird, zeigt aber, dass hier eine Interaktion zwischen
den Photonen und allen Elektronen in dem Glas stattfindet, und
eben nicht die Interaktion von einem Photon mit einem einzigen
Elektron an der Oberfläche.

Niemand hat etwas anderes behauptet.

Warum sollte das Photon dann unbedingt absorbiert und dann re-emittiert werden, wenn es eh schon mit einer Vielzahl von Elektronen wechselwirkt?

1 „Gefällt mir“
26

Bei stimulierter Emission wird die Phasenbeziehung auch
erhalten - wieso sollte sie bei einer (möglicherweise
virtuellen) Asorption und sofortiger re-Emission zerstört
werden?

Die Frage die sich mir hier stellt ist, ob man eine instantane „virtuelle“ Absorption/Re-Emission noch als solche bezeichnen kann. Ich verstehe unter Absorption/Re-Emission dass z.B. ein Elektron durch Absorption eines Photons auf ein höheres Energielevel gehoben wird, und dann danach wieder herunterfällt und dabei ein neues Photon aussendet. Das sind also zwei zeitlich getrennte Vorgänge.

Ich glaube aber irgendwie nicht, dass dies bei einer Reflexion so passiert bzw. es würde mich interessieren, ob jemand dazu Quellen hat, die beschreiben wie sich das im Detail abspielt.

27

Denn
die Frage war, was mit dem Photon bei einer Reflexion genau
passiert.

Nein, die Frage war, ob eine bestimmte Vortellung davon zulässig ist.

Warum sollte das Photon dann unbedingt absorbiert und dann
re-emittiert werden, wenn es eh schon mit einer Vielzahl von
Elektronen wechselwirkt?

Niemand hat behauptet, dass das unbedint sein muss. Es geht lediglich darum, ob man sich das so vorstellen kann - und das kann man.

28

Der Unterschied besteht nur darin, dass Du den Formalismus des
Entstehens neuer Elementarwellen an beliebigen Punkten als
Absorption / Emission bezeichnest

Umgekehrt: Ich sage, dass Absorption und Emission unter geeigneten Bedingungen zur Entstehung neuer Elementarwellen führen.

während ich der Ansicht
bin, dass diese Begriffe für einen realen physikalischen
Vorgang reserviert sein sollten

Das geht nun schon in Richtung Philosophie. Was ist ein „realer physikalischer Vorgang“? Sind virtuelle Photonen real? Wohl eher nicht, sonst wären sie ja nicht virtuell. Können sie absorbiert oder emittiert werden? Die Physiker sagen ja. Ist das nun ein realer physikalischer Vorgang oder nicht?

Bisher habe ich immer
versucht, das an einer zeitlichen Trennung der beiden Vorgänge
festzumachen.

Lassen wir ruhig eine zeitliche Trennung innerhalb der Planck-Zeit zu. Das ändert nichts am Resultat. Eine zeitliche Trennung für genau eine Schwingungsperiode wäre zumindest vollkommen vernachlässigbar. Grund dafür könnte eine induzierte Emission sein. Aber auch kurze Verzögerungen im messbaren Bereich wäre noch kein wirkliches Problem, solange die daraus resultierenden Fehler im Bereich der tatsächlichen Schwankungen liegen.

Ich hätte auch sagen können, eine Absorption
muss - wenigstens vorübergehend - eine Wirkung an einem realen
Körper hinterlassen (z. B. die Anregung eines Elektrons).

Dasselbe Problem wie oben: Was ist ein realer Körper?

Aber so weit muss ich gar nicht ins Detail gehen. Bei der Reflexion muss es notwendigerweise zu einer physikalischen Wechselwirkung zwischen Strahlung und Spiegel kommen, weil sonst die Impulserhaltung verletzt wäre. Wie das im Detail abläuft, kann nur die Quantenelektrodynamik korrekt beschreiben. Wer sich das klassisch vorstellen will, wird zwangsläufig bei einem Modell der Wirklichkeit landen und das kann aussehen wie es will, solange seine Aussagen mit experimentellen Beobachtungen vereinbar sind. Wenn ein auf Absorption und Emission basierendes Modell diese Bedingung erfüllt, dann ist es zulässig.