ich hab mir die Wechselwirkung von durchsichtiger Materie mit sichtbarem Licht immer so vorgestellt, dass das Licht (kleine Kügelchen) vom dichteren Material stärker abgebremst wird als in dünnerem, aber nicht absorbiert wird.
Mir fielen aber gleich zwei Sachen auf, was dieses Modell nicht erfasst.
Zum Beispiel Kerr-Effekt und Faraday-Effekt drehen die Polarisationsebene des Lichtes beim druchgang durch transparente Medien im Magnetfeld. Wie geht das? Ich meine, das zeigt doch, dass die Wechselwirkung von durchsichtiger Materie mehr macht, als nur die Photonen abzubremsen. Nehmen die Elektronen des druchsichtigen Materials die Photonen doch auf, aber geben sie auch wieder ab, anstatt sie zu absorbieren? Und wie dreht dann das Magnetfeld die Polarisationsebene?
Kann man sich das nur mit der Wellentheorie erklären oder auch mit Photonen?
Die Brechzahl könnte man sich gut erklären, wenn die Elektronen der Atome des durchsichtigen Materials die Elektronen für kurze Zeit aufnehmen würden. Die einen länger, die anderen kürzer. So kämen ja die unterschiedlichen Brechzahlen der Materialien zu stande und auch die Frequenzabhängigkeit der Lichtbrechung fände seine Erklärung.
Wie aber kann man es sich erklären, dass die Elektronen die Photonen genau in dem Winkel wieder emittieren, dass immer der für jedes Material spezifische Winkel herauskommt, um den das Licht zum Einfallslot hin bzw. weggebrochen wird, wenn sich die Brechzahl der Materiallien, durch die das Licht läuft, unterscheiden?
Vielen Dank schon mal für eine anschauliche Erklärung
Tim
ich hab mir die Wechselwirkung von durchsichtiger Materie mit
sichtbarem Licht immer so vorgestellt, dass das Licht (kleine
Kügelchen) vom dichteren Material stärker abgebremst wird als
in dünnerem, aber nicht absorbiert wird.
Meines Wissens braucht man für solche Effekte nicht unbedingt ‚Licht‘. Dieselben Effekte findet man auch bei Mikrowellen. Die Objekte, die das ‚Licht‘ streuen sind dann halt ein wenig größer.
Sichwort: Elektromagnetische Wellen und polarisierbares Medium.
ich hab mir die Wechselwirkung von durchsichtiger Materie mit
sichtbarem Licht immer so vorgestellt, dass das Licht (kleine
Kügelchen) vom dichteren Material stärker abgebremst wird als
in dünnerem, aber nicht absorbiert wird.
In meiner ersten Antwort habe ich darauf hingewiesen, dass diese Streu- und Interferenzprobleme leicht mit Licht als elektromagnetischer Welle behandelt werden kann. Meines Wissens findet dies alles auf dem klassischen Niveau statt.
Jetzt gehe ich auf den eigentlichen Teil der Frage ein:
Um solche Dinge mittels Photonen als Teilchen zu beschreiben zu können (Photon-Elektron-Wechselwirkung), muss man meines Wissens gleich einen Doppelschritt machen und das elektrische Feld quantisieren: Quantenfeldtheorie.
Eine klassische oder nur quanten"mechanische" Behandlung der Elektron-Photon-Wechselwirkung ist mir nicht bekannt.
Aber zwei Anmerkungen:
(a) Mit quantenmechanischen Aufenthalts- und Übergangswahrscheinlichkeiten fällt es wahrscheinlich nicht leicht, sich die Photonen dabei als „Kügelchen“ vorzustellen.
(b) Ob es ein Lehrbuch gibt, das die klassischen Ergebnisse (Rayleigh-Streung, Beugung, Brechung, Interferenzen, etc.) über den Umweg einer quantenfeldtheoretischen Behandlung macht, ist mir nicht bekannt.
Falls ich hier unnötig (besser gesagt: fälschlicher Weise) abschrecke, möge man mich bitte korrigieren.
Die Frage ist aber durchaus berechtigt: Wenn schon Dualismus, warum stellt man Methoden und Errungenschaften aus den dualen Betrachtungsweisen nicht vollständig gegenüber? Aber das gehört eher in das Gebiet der didaktischen Physik. Natürlich konzentriert man sich in einem Gebiet auf solche Probleme, für die die Werkzeuge dieses Gebietes am besten geeignet sind.
Photonen werden nicht abgebremst, sie bewegen sich immer mit Lichtgeschwindigkeit. Im Medium werden die Photonen allerdings immer mal von Elektronen absorbiert und nach einer kurzen Verzögerungszeit wieder abgegeben. Sie werden also auf ihrer Reise etwas aufgehalten, und so scheint es, als ob die Lichtgeschwindigkeit im Medium geringer ist. Ist sie ja auch, nur eben nicht durch langsamere Photonen sondern gewissermaßen durch dieses Stop & Go.
Das hattest Du ja auch schon richtig erkannt. Für das Verstehen der Richtungsänderung muss man sich nun das Licht wieder als Welle vorstellen, oder so, dass die einzelnen Photonen nicht unabhängig voneinander sind, sondern gewissermaßen durch die Welle verbunden sind, etwa wie ein Auto mit mehreren Rädern oder ein Käfer mit mehreren Beinen. Wenn bei Deinem Auto die linken Räder schneller drehen als die rechten, wirst Du ja auch nach rechts abgelenkt.
Man kann diese Ablenkung ja sogar bei Wasserwellen beobachten, wenn sie schräg auf eine Sandbank auflaufen.
Für das
Verstehen der Richtungsänderung muss man sich nun das Licht
wieder als Welle vorstellen, oder so, dass die einzelnen
Photonen nicht unabhängig voneinander sind, sondern
gewissermaßen durch die Welle verbunden sind, etwa wie ein
Auto mit mehreren Rädern oder ein Käfer mit mehreren Beinen.
Wenn bei Deinem Auto die linken Räder schneller drehen als die
rechten, wirst Du ja auch nach rechts abgelenkt.
Man kann diese Ablenkung ja sogar bei Wasserwellen beobachten,
wenn sie schräg auf eine Sandbank auflaufen.
Reicht das für die Anschauung?
Also bei mechanischen Wellen kann ich mir die Brechung vorstellen. Nämlich die noch schnellern Teilchen der Welle werden um die langsameren herumgezogen und so kommt der Brechungswinkel zu stande.
Das könnte man sich ja auch bei Photonen vorstellen, aber zwischen Photonen wirkt doch keine Wechselwirkung bzw. Kraft. Es können ja auch beliebig viele Photonen am selben Ort sein.
Entweder gibt es doch einen Effekt, der irgendwie Wechselwirkung zwischen Photonen vermittelt, oder
das Medium lekt die Photonen ab.
Vielleicht könnte nochmal jemand näher auf den Brechungwinkel und das zu Standekommen von diesem Erklären.
Für das
Verstehen der Richtungsänderung muss man sich nun das Licht
wieder als Welle vorstellen, oder so, dass die einzelnen
Photonen nicht unabhängig voneinander sind, sondern
gewissermaßen durch die Welle verbunden sind, etwa wie ein
Auto mit mehreren Rädern oder ein Käfer mit mehreren Beinen.
Wenn bei Deinem Auto die linken Räder schneller drehen als die
rechten, wirst Du ja auch nach rechts abgelenkt.
Man kann diese Ablenkung ja sogar bei Wasserwellen beobachten,
wenn sie schräg auf eine Sandbank auflaufen.
Reicht das für die Anschauung?
Also bei mechanischen Wellen kann ich mir die Brechung
vorstellen. Nämlich die noch schnellern Teilchen der Welle
werden um die langsameren herumgezogen und so kommt der
Brechungswinkel zu stande.
mechanisch
materiell?
Das mag zwar anschaulich sein, ist aber falsch. Nicht die Wechselwirkung sondern die reine Geometrie bewirkt das.
Wenn Wellental auf Wellenberg treffen, löschen Sie sich aus. Das hat nichts mit Wechselwirkung zu tun.
Das könnte man sich ja auch bei Photonen vorstellen, aber
zwischen Photonen wirkt doch keine Wechselwirkung bzw. Kraft.
Es können ja auch beliebig viele Photonen am selben Ort sein.
Entweder gibt es doch einen Effekt, der irgendwie
Wechselwirkung zwischen Photonen vermittelt, oder
das Medium lekt die Photonen ab.
Vielleicht könnte nochmal jemand näher auf den Brechungwinkel
und das zu Standekommen von diesem Erklären.
Das Brechungsgesetz wird mit dem Huygens’schen Prinzip bei ebenen Wellen erklärt.
Sollte eine Erklärung mittels Photonen als mechanische Kügelchen nicht funktionieren, braucht einen das nicht wundern. Nur weil Photonen einen Impuls und eine Energie haben, sind es noch lange keine Kügelchen.
Warum eine Veranschaulichung für etwas, das nicht ist?
Die Wechselwirkung Materie (Atom, Elektron) - Photon ist komplex. In homogenen Medien und bei großen Wellenlängen vereinfacht sich das: Das Medium wird zum Äther, wie das Vakuum selbst, aber mit entsprechenden Eigenschaften.
schnellern Teilchen der Welle werden um die langsameren herumgezogen
Das Brechungsgesetz wird mit dem Huygens’schen Prinzip bei
ebenen Wellen erklärt.
kannst Du das bitte mal näher erklären oder hast Du nen link zu ner schönen Veranschaulichung? Ich kenne nämlich diese Erklärung noch nicht.
Warum eine Veranschaulichung für etwas, das nicht ist?
Weil alle Erklärungen, Veranschaulichungen und Modelle mithelfen, die Dinge zu verstehen. Theoretiker beschreiben die Welt am liebsten durch einen Haufen Formeln - aber auch das sind nur Modelle und Theorien.
Das nennt man Interferenz.
Wie gesagt, ich kenne die Erklärung der Brechung mittels Interferenz nicht. Also hilf mal bitte nach.
ist ein Link, in welchem zwar hauptsächlich die Erscheinungen der Beugung des Lichtes durch die Interferenz erklärt werden, in dem aber auch anfangs auf die Brechung (und deren Erklärung per Interferenz aka Huygens’schen Prinzip) eingegangen wird.
Ich wette, dies erinnert an den Schulunterricht.
Das Prinzip ist aber einfach: Alle Strahlen löschen sich wegen unterschiedlicher optischer Wegunterschiede benachbarter Kugelwellen aus, nur der Strahl der geometrischen Optik überlebt.
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