Lichtgeschwindigkeit auf Null bremsen

@mich

Ein wirklich schönes Gute-Nacht-Märchen erzählst du hier.

@Z.

Im Innern von Materie sinkt die Geschwindigkeit eines Photons mit steigender Brechzahl zwar ab, aber die Photonen bewegen sich zwischen den Teilchen weiterhin mit Lichtgeschwindigkeit.

Das ist mir schon klar, trotzdem berechnet man die Lichtgeschwindigkeit innerhalb von Materialien vereinfacht gesagt folgendermaßen:

c_m = 1 / sqrt(ε_0*ε_r*µ_0*µ_r).

Darüberhinaus hat man nur im Vakuum (ε_r = 1; µ_r = 1), somit ist c_V = 1 / sqrt(ε_0*µ_0). Im Vakuum hat man damit den Sonderfall das Phasen und Gruppengeschwindigkeit der elektromagnetischen Wellen gleich schnell sind, sprich es gibt keine Dispersion. Das gilt in Materie nicht.

Die Brechzahl ist definiert als n = c_V / c_m.
Das heißt die Brechzahl des Vakuums ist defniert zu 1. In Materie hängt die Brechzahl nun ab von c_m und damit von ε_r und µ_r wobei die Permittivitätszahl ε_r und die Permeabilitätszahl µ_r komplexwertige Funktionen sind die u.a. von der effektiven Masse der Elektronen abhängen. Dies macht Sinn da dies die frequenzabhängigkeit der Dispersion, Absorption und Transmission in Materie erklärt. D.h. die Brechzahl in Materie ist ebenso eine komplexe Funktion.

Lange Rede kurzer Sinn: Löst man die Maxwell-Gleichungen für elektromagnetische Felder in Materie erhält man nicht die Vakuumlichtgeschwindigkeit, sondern die Ausbreitungsgeschwindigkeit hängt von der Frequenz des Photons, sowie den dielektrischen Eigenschaften (und evt der Permeabilitätsfunktion) des Materials ab. Das heißt im Rahmen der Maxwell-Theorie spricht man tasächlich davon das die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Felder materialabhängig ist.

Bei den Arbeiten die ich verlinkt habe, hat man nun eine sehr hohe Brechzahl in einem Bose-Einstein-Kondensat die eben die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Photonen auf sehr geringe Geschwindigkeiten heruntersetzt.

Anhand dieser Grundlagen redet man in der Optik immer von Vakuumlichtgeschwindigkeit und Lichtgeschwindigkeit in Materialien, obwohl jedem im Hinterkopf immer bewusst ist das ein Photon zwischen zwei Atomen sich mit Vakuumlichtgeschwindigkeit bewegt.

Wenn Du eine Private Meinung hast als was "Licht" zu definieren wäre, solltest du das auch kenntlich machen, bevor du schreibst "Licht" könne angehalten etc. werden, was nicht korrekt ist!!

Ich habe den Link nochmal angefügt damit du siehst das diese Aussage von mir

mojorisin schrieb:Licht wurde bereits auf uns täglich gewohnte Geschwindigkeiten in Bose-Einsteinkondensaten abgebremst bzw sogar komplett angehalten

nicht nur von mir getroffen wird z.B.

When everything is set up just right, the light can be slowed by a factor of 20 million.

http://news.harvard.edu/gazette/1999/02.18/light.html

"Two years ago we slowed it down to 38 miles an hour; now we've been able to park it then bring it back up to full speed."

http://www.news.harvard.edu/gazette/2001/01.24/01-stoplight.html (Archiv-Version vom 07.02.2012)

Du siehst es ist nicht meine persönliche Definition von Licht und der Ausbreitungsgeschwindigkeit dessen in Materie.

Z. schrieb:Ich dachte du studierst Physik, wenn dann, komm mir nicht mit persönlichen Unterstellungen, sondern agiere im Rahmen des vom Mainstream vorgegebenen, das Thema betreffend

Wie du siehst habe ich das gemacht und übrigens studiere ich nicht Physik.

Z. schrieb:. Will ich Dir nix andichten, dich nur dazu veranlassen keinen "Blödsinn" zu schreiben.

Danke das versuche ich immer, aber ich glaube das gelingt niemandem immer. Aber bei dem hier beschriebenen bin ich mir bis auf kleiner Fehler vielleicht doch ziemlich sicher.

@mojorisin
Das Thema vermeintlicher Lichtabbremsung in Medien ist ein sehr komplexes. Das wir hier zunächst, im Falle schwacher Lichtimpulse (=sichtbares="Licht"), von klassischen Maxwell-Gleichnungen ausgehen, ist zwar korrekt, aber sollte nicht ohne den Hinweis laufen, das dies klassische Modell keine Photonen (weder deren Absorption noch Emission) kennt oder beschreibt. Maxwell beschreibt ausschliesslich elektromagnetische Aspekte. Das von mir eingebrachte Zitat, erfolgte gemäss solch klassischer Ansichten, auch klassisch, mit dem Hinweis, das die Geschwindigkeit der EM-Welle, zwischen Phasen der Absortion und Emission, stets c beträgt.

Und gerade in diesem Falle klassicher Sichtweise, kann die "Durchgangsgeschwindigkeit", die imo als "Fortpflanzung" über jeweiligen Widerstand zu sehen ist, nicht als Verzögerung der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle "an sich" interpretiert werden. Die EM-Welle, wenn sie sich den bewegt, kann sich nur mit c ausbreiten. Wird diese "Ausbreitung" temporär durch einen Widerstand unterbrochen, besteht imo kein Anlass, dies auf die Ausbreitungs-Geschwindigkeit c zu extraplorieren, oder dies eben apriori als Geschwinigkeitsverlust zu interpretieren.

Deshalb fand ich hier den alten (heute hinkenden) Vergleich, den das von mir verlinkte Zitat zieht, angebracht. Genauso wenig zieht man die Höchstgeschwindigkeit von Fahrzeugen, aus dem Jahresschnitt tatsächlich gefahrener Km. Bzw., genauso wenig resultiert v < c wenn ein Photonen-Quant hinter den EH eines SL gerät, nur weil es das "scheinbar geringe" Volumen/Ausdehnung des EH, vorerst nicht mehr verlässt, bzw. temporär nicht zu überwinden vermag.

Die Sache wird aber wesentlich komplexer, wenn es um Absorption und Emission von Licht, bzgl. seiner aktuellen Eigenschaften als Photon/Energiequant/en, geht. Während heute bei Behandlung von gering intensivem Licht, ein Gemisch aus Maxwell und Quantenmechanik erforderlich wird, ist zur Betrachtung bzgl. Absorbtion und Emission, einzelner oder gar energiereicher Photonen, nur die Quanten-Elektrodynamik hilfreiches Werkzeug. Wie oben erwähnt wäre dies, anhand Maxwellscher-Theorien, unmöglch zu bewerkstelligen.

In diesem Falle noch ein Zitat: ;)

Als masselose Teilchen bewegen sich Photonen immer mit der maximal möglichen Geschwindigkeit, der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Sie können weder abgebremst noch beschleunigt werden. Licht pflanzt sich jedoch in Materie meist langsamer fort als im Vakuum, die Lichtgeschwindigkeit ist also im Materie kleiner als im Vakuum. Vor kurzem ist es Forschern sogar gelungen, eine Lichtwelle in einem Medium komplett zu stoppen und kurze Zeit später weiterlaufen zu lassen.
Auch wenn diese Versuche sehr spannend sind, ist es nicht gerechtfertigt zu sagen, die Photonen würden abgebremst werden. Eine Lichtwelle besteht in einem Medium nicht nur aus Photonen. Vielmehr bewegt sich durch ein Medium eine Anregungswelle, an der neben der normalen elektrischen Feldstärke noch die Polarisation der Atome eine Rolle spielt. Durch die Kopplung des elektrischen Feldes an die Atome bewegt sich die Lichtwelle im Medium langsamer als im Vakuum und man kann diese neue Welle ähnlich wie eine freie Lichtwelle zu langsameren Photonen quantisieren. Diese Lichtquanten sind aber nicht mit den Photonen im Vakuum identisch. Man kann daher nicht von einer Abbremsung der Photonen sprechen.

Ich denke ich habe nun einigermassen zum Ausdruck gebracht, um was es mir ging, und hoffe du hälst nicht an deiner Einschätzung, es ginge um etwas anderes als die Sache, fest. Dein letzter Post hat mir übrigens gut gefallen und ich bedanke mich für die ausführlich und neutrale Darstellung des Sachverhaltes, aus deiner Sicht. Klar bin ich kein Fachmann, und weiss das es selbst Fachleuten schwerfällt, die selbst nicht intensiv an dem Themen-Bereich arbeiten, die Sache einer eindeutigen Definition zuzuführen. Ich freue mich auch über jegliche weiter Information zum Thema, die meine Überzeugung eines stets mit c bewegten Photonen-Quants, oder dessen EM-Wellen Äquivalents, zu ändern vermögen.

Ich gebe schlussendlich noch zu bedenken, das man die verlinkten Texte, woher sie auch immer kommen, immer im tiefen Zusammehang mit dem jew. Thema des entsprechenden Papers interpretieren sollte. Wie hier zu lesen sind die dortigen, als gebremste Lichtquanten, beschriebenen Geschwindigkeiten nicht auf Photonengeschwindigkeiten im allgemeinen zu verstehen, sondern im Sinne des vom Paper behandelten Teilbereiches der Physik. Genauso wie unter Masse gerne nur die Ruhemasse verstanden wird und dies bei nicht ausführlichem besprochenen Zusammenhängen, zu nicht korrekten Vorstellungen führen kann.

Und vor allem bedenke man dabei das Threadthema:
Lichtgeschwindigkeit auf Null bremsen!?
Netten Gruss Z.

Wie, durch Bindung in eine Umlaufbahn zwingen oder durch andere Energieeinheiten in Bewegungsrichtung das Photon hinten anstellen lassen,weil ein Photon nicht das Vorgängerphoton überholen kann oder darf.
Überlicht nicht erlaubt.

@Z.

Z. schrieb:Absorbtion und Emission, einzelner oder gar energiereicher Photonen, nur die Quanten-Elektrodynamik hilfreiches Werkzeug. Wie oben erwähnt wäre dies, anhand Maxwellscher-Theorien, unmöglch zu bewerkstelligen.

Was glaubst du denn woher die Bewegungsgleichungen der QED kommen?

@atraback
Was glaubst du denn wo die "Bewegungsgleichungen" der QED herkommen, doch sicher nicht alle ausschliesslich aus Maxwellschen Überlegungen!? Worauf willst du hinaus? ;)

@atraback
Noch ein bisschen Wiki:

Sie enthält die klassische Elektrodynamik als Grenzfall starker Felder bzw. hoher Energien, bei denen die möglichen Messwerte als kontinuierlich angesehen werden können. Von tieferem Interesse ist allerdings die Anwendung in mikroskopischen Objekten, wo sie etwa Quantenphänomene, wie die Struktur von Atomen und Molekülen, erklärt.

Ich frage mich trotzdem was die Frage sollte, bzw. welchen Hintergrund sie hat.
Als dann.

@WAzeSchA
Grüss dich :)
Mal sehen was Gisela so macht!?

Alpha Centauri -Staffel 3 Episode 110: Was ist Licht? Teil 2 von 2

Externer Inhalt
Durch das Abspielen werden Daten an Youtube übermittelt und ggf. Cookies gesetzt.

@Z.

Was glaubst du denn wo die "Bewegungsgleichungen" der QED herkommen, doch sicher nicht alle ausschliesslich aus Maxwellschen Überlegungen!? Worauf willst du hinaus?

Von welchen "allen" sprichst du? Und was meinst du mit Maxwellschen Überlegungen?

Es gibt zwei populäre Zugänge zur Quantenfeldtheorie. Einmal die kanonische Quantisierung bei der man sich an dem Korrespondenzprinzip bedient und zum anderen den Pfadintegralformalismus wo man mit die Pfade mit der klassichen Wirkung (ich meine hier Wirkung als Funktional) gewichtet. In beiden fällen bedient man sich den Maxwellgleichungen um die elektromagnetische Ww bzw. die Felder zu quantisieren. Wieso sollte man das auch anders machen?

Ich denke das ist Haarspalterei, man kann schon sagen das von der klassischen Maxwell Theorie bzgl. QED ausgegangen wird. Wie formal weiter verfahren wird ist erst mal nicht so wichtig.
Geht es jedoch um die zweite Quantisierung die zur Behandlung von Vielteilchenproblemen angewendet werden muss, wie in vorliegendem Fall der Emission und Absorption von Photonen, hat das mit Maxwell nix mehr zu tun.
Der kanonische Zugang lehnt sich stark an den Formalismus der QM an und wirkt doch recht willkürlich, der Pfadintegralformalismus ist bzgl. der Konvergenz des Pfadintegrals nicht hinreichend bewiesen. Die Erfüllung ist das nicht, schon gar nicht wenn es um die Behandlung eines einzelnen Lichtquants geht.

@atraback
Wieso sollte man das anders machen, tja, na dann Frag doch bitte "den" mal, der Behauptet es könne anders gemacht werden!

Zu deinen Bewegungsgleichungen ...
Newtonsche/Hamiltonsche Bewegungsgleichungen....
Paul Dirac und einiger Leuts Arbeiten gehören natürlich genauso zur QED etc...

Dann noch mal zu deinem Ansatz, auf den es ja wohl rausläuft:

Die Quantenelektrodynamik (QED) war historisch die erste Quantenfeldtheorie (QFT).
Sie beschreibt die (relativistische) Quantisierung des elektromagnetischen Feldes und erweitert damit unser Verständnis elektromagnetischer Vorgänge, das bis dahin von der klassischen Elektrodynamik von James Clerk Maxwell (1831 - 1879) aus dem 19. Jahrhundert ....

... und der Dirac-Theorie,(20. Jahrhundert*) einer relativistischen Erweiterung der Quantenmechanik (die u.a. das Positron vorhersagte), bestimmt war

. ...* Nachtrag von mir

Willst du mir vlt. sagen das die QED allein auf Maxwellsche Überlegungen basiert?
Als dann.

Ach leute von mir aus, was auch immer ihr sagt. Ich habe geschrieben was ich dazu schreiben wollte. Gute Nacht noch.

@atraback

find ich schade, stell doch mittels Maxwell eine Bewegungsgleichung eines Photons auf. Du schmeißt öfter was rein was qualitativ hochwertig ist und verschwindest ohne weiteren Kommentar.
Na ja gute Nacht ebenso.

Hallo... Na dann bleibt wenigstens noch ein wenig Spielraum für mojorisins Ansichten.
Wenn ich auch gerne gleich etwas "themenorientiertes" dazu gelernt hätte, finde ich doch schade das meine letzte Frage wahrscheinlich unbeantwortet bleibt.
Wie auch immer... euch beiden einen revitalisierenden Schlaf.

Ach ja hatte vergessen.. Gisela oben, ab 3:39.

@Z.

Z. schrieb:Hallo... Na dann bleibt wenigstens noch ein wenig Spielraum für mojorisins Ansichten.

Ich kann da auch nicht mehr viel dazu sagen. Ich hatte das Beispiel mit dem Experiment mit dem Bose-Einstein-Kondensat gebracht um mal zu zeigen, das man es eben schafft die Ausbreitungsgeschwindigkeit "elektromagnetischer Wellen" in einem Medium drastisch zu reduzieren. Das Thema ist natürlich LG zu ändern im Vakuum, aber ich fand es dennoch interessant und vielleicht hätte es ja jemanden interessiert.
Das einzige was ich mir vorstellen konnte (auf das Threadthema bezogen), ist dass sich etwas ändert an der Vakuumlichtgeschwindigkeit wenn man Photonen zwischen zwei Platten (Casimir-Effekt) im Vakuum durchlaufen lässt. Dies habe ich hier in diesem Beitrag noch geschrieben. Dazu kann ich aber auch nicht mehr bringen als diese Links, da mir sonst das tiefere Verständnis dafür fehlt wie Photonen mit dem Vakuum "koppeln".

Wie man Maxwell-Gleichungen überführt (Felder quantisiert? wie auch immer man das macht die Mathematik dahinter ist auf jeden Fall nicht ohne!), um zur Quantenfeldtheorie zu kommen habe ich keine Ahnung und kann dazu auch nichts sagen. Das ein emittiertes Photon sich im Vakuum mit c bewegt ist glaube ich unbestritten. Wie genau sich ein einzelnes Photon in Materie zwischen zwei Atomen bewegt habe ich keine Ahnung, da ich noch nie Berechnungen machen musste, wie sich einzelne Photonen verhalten wenn sie im Wirkungsbereich eines Atom oder Ions sind. Ich könnte da jetzt wild drauf losspekulieren aber das macht nicht viel Sinn. Habe leider keine Quantenfeldtheorie oder QED Erfahrungen.

@mojorisin
Zwischen Atomen bewegen sich Photonen immer mit c ^^
Das sich c durch den Casimir Effekt ändern kann hab ich auch mal gehört weiß aber nicht mehr wie die sich ändert und da ich nix mehr finde scheint das wohl nicht so richtig gewesen zu sein.

Mfg Matti15

noch ein link

http://www.welt.de/print-welt/article504835/Licht_auf_Schritttempo_abgebremst.html

@Zhannon

Zhannon schrieb:stell doch mittels Maxwell eine Bewegungsgleichung eines Photons auf.

Kein Problem. Ich nehme mir die Lagrangedichte der klassischen Elektrodynamik wo die vier Maxwellgleichungen im Feldstärketensor drin stecken. Interpretiere das Vektorfeld A als Operator setzte noch schnell meine Eichung so das, dass Skalarfeld Phi verschwindet und varriere nun die Lagrangedichte nach dem Vektorfeld um meine Bewegungsgleichungen nach dem Prinzip der kleinsten Wirkung zu erhalten. Schon haben wir die Beschreibung eines Photons nach der QED, denn für die Propagation eines Photons im freien Raum brauche ich weder einen Term zur Beschreibung von Elektronen noch einen der mir die Ww zwischen Elektronen und Photonen erklärt.

Zhannon schrieb:Du schmeißt öfter was rein was qualitativ hochwertig ist und verschwindest ohne weiteren Kommentar.

Wieso sollte ich darüber diskutieren ob man jenes so oder so sehen kann. Die meisten hier kopieren Sachen aus dem Netz, stellen sie rein und denken sie könnten damit punkten. Da lohnt es sich für mich nicht eine Diskussion zu starten. Weil Z meint irgendwo mal gelesen zu haben wie man Photonen richtig beschreibt ohne zu erkennen das NIEMAND auf dieser Welt die QED zur Hilfe nimmt um die zeitliche Entwicklung von Licht im Medium zu beschreiben brauch ich mich für die Physik doch nicht zu rechtfertigen und das über mehr als 3 Posts. Wer glaubt, dass sich sachen wie die Entwicklung eines Photons durch ein Medium in seiner Gesamtheit im Standardmodel der Teilchenphysik so leicht berechnen lassen, der soll sich doch mal daran probieren:

Original anzeigen (0,2 MB)

Mojorisin hat das alles schon richtig beschrieben, so macht man das in der Praxis.

Typisch auf was es schon wieder rausläuft.. hahahaha. Z ist an allem Schuld. ;)
Ich nehms gelassen, weil auch nichts anderes, aus dieser Ecke zu erwarten war.

Nun was das Vakuum betrifft.
Wir redeten hier, Zwischen-Thema bedingt, von Licht im Medium und nicht im Vakuum, wie von atraback hergeleitet.

atraback schrieb:Schon haben wir die Beschreibung eines Photons nach der QED, denn für die Propagation eines Photons im freien Raum brauche ich weder einen Term zur Beschreibung von Elektronen noch einen der mir die Ww zwischen Elektronen und Photonen erklärt.

Dafür habe ich "vorsorglich" auch "Gisela" herangezogen. Lesch erklärt ausdrücklich das wir im Falle von Streuungen nicht auf die Welleneigenschaften, die in Maxwellgleichungen beschrieben werden, (der gute war ja schliesslich kein Hellseher..Einstein betreff) zurückgreiffen können, sondern zusätzlich die Eigenschaften von Photonen-Quanten heranzuziehen sind. (folgend nach 1880 gemachten, anscheinend überflüssigen physikalischen Theorien..hihi)

Dann nochmal zu atrabacks privater Ableitung bzgl. persönlicher Eigenschaften Z. betreff...
Es ist mir immer eine Freude zum Thema gemacht zu werden. :) Anscheinend scheints, das Z. doch die Geister stets noch etwas beflügeln kann, derer sich immer wieder darum zu bemühen scheinen, Z.s Profil möglichst abwertend darzustellen. Wem´s gefällt. Mühselig sind nur die unsachlichen Unterstellungen und SSpekulationen, die dabei, ab und zu, gerne mal unterschwellig gestreut zu werden scheinen. :)

Ich habe darauf hin mal etwas aus einem "anerkannten" Forum herausgesucht, in dem sich auch Fachleute, wie der von mir verehrte 973, Tummeln. Etwas, was imo, sehr gut zum Thema passt. Hier mal ein Zitat von jemandem der sich wohl professionell mit der QED beschäftigt. Themen gerecht!!! Eben nicht "sozialschwach" am Thema vorbei, wie oft in anderen Foren.
http://www.relativ-kritisch.net/forum/viewtopic.php?t=1871&postdays=0&postorder=asc&highlight=licht+anhalten&start=15

Meist arbeitet man mit einer Art Mischmasch aus klassischem Modell und/oder quantenmechanischen Modell und quantenelektrodynamischen Modell. Es wäre nämlich viel zu kompliziert, ja gar unmöglich alles quantenelektrodynamisch berechnen zu wollen (obwohl die QED die aktuelle Theorie des EM Feldes ist). Einfachstes Beispiel: Das Atommodell (oder auch den von Dir erwähnten Stark Effekt). Eigentlich müsste ich den ständigen Austausch von virtuellen Photonen zwischen Elektronen und den Protonen im Kern berücksichtigen. Die Störungsreihe, die diese Austauschvorgänge beschreibt, lässt sich nur bis zu niedrigen Ordnungen auswerten. Doch mit den Näherungen der Quantenmechanik komme ich ganz gut auf die Energieniveaus der Elektronen, auch ohne den Austausch virtueller Photonen zu berücksichtigen.

Bei einigen Energieverschiebungen benötige ich aber dann doch Quantenelektrodynamik, um sie zu verstehen (Stichwort: Lambshift). Wenn ich Licht geringer Frequenz einstrahle auf Atome b.z.w Materie, reicht mir klassische Elektrodynamik und vielleicht etwas QM, um zu erklären, was ich sehe (Stichworte: Polarisierbarkeit, Brechung; Reflexion etc). Wenn das Licht hinreichende Frequenz hat, um Elektronen auf höhere "Bahnen" zu heben, dann "muss" ich die Absorption und Emission von Photonen berücksichtigen. Denn klassisch kann ich die Phänomene, die ich sehe, nicht mehr beschreiben. Wenn ich nun von vornherein einzelne Photonen betrachten will, kann ich das nur quantenelektrodynamisch tun, das heißt mittels Absorption und Emission von Photonen b.z.w dem Austausch virtueller Photonen. Denn die klassische EM kennt keine Photonen.

Allgemeinen Gruss Z. ;)