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Warum fliegen Photonen immer mit Lichtgeschwindigkeit

687 Beiträge, Schlüsselwörter: Licht, Lichtgeschwindigkeit, Photonen

Warum fliegen Photonen immer mit Lichtgeschwindigkeit

29.05.2019 um 18:12
Peter0167 schrieb:Das eigentliche Problem ist, dass sich viele reales Licht als einen Strom einzelner Photonen vorstellen, und das ist einfach falsch, und genau das führt immer wieder zu falschen Resultaten. Licht lässt sich am besten als eine Art "Wellenerscheinung" charakterisieren, die durch die Überlagerung verschiedenster Wellenlängen beschrieben werden kann.
Als Welle habe ich es doch genau beschrieben, oder nicht? Man nimmt halt immer den Aspekt des Dualismus, der am besten passt.
Peter0167 schrieb:Bewegt sich Licht durch ein Medium, kommt es zu vielfältigen Wechselwirkungen, u.a. spielen da Größen wie die elektrische Feldstärke und die Polarisation eine Rolle. Man kann auch von einer Art "Anregungswelle" sprechen, die sich durchs Medium bewegt. Die Geschwindigkeit, mit der sie das tut, ist in der Regel kleiner als die Vakuumlichtgeschwindigkeit.
Wenn du es als Welle beschreibst, spielt m.E. eigentlich nur die Tatsache eine Rolle, dass die Elektronen die im Atomgitter gebundenen Elektronen in Schwingung versetzen. Siehe meine Beschreibung oben.

Mit einem Feld kannst du das alles besser beschreiben. Dass es dann auf Flussdichte, Feldstärke und Polarisation hinausläuft, habe ich ja ebenfalls geschrieben. Konkret erzeugt dieselbe Feldstärke wie im Vakuum in einem Medium zusätzlich zur Flussdichte noch eine Polarisation. Das führt am Ende zu einer niedrigeren Wellengeschwindigkeit und das Licht scheint langsamer zu sein.
Peter0167 schrieb:Wenn man es genau wissen will, muss man dem Licht mittels Mathematik zu Leibe rücken, d.h. den ganzen Wellensalat in seine Einzelteile aufdröseln (Stichwort: Elementarwellen).
Elementarwellen sagen mir gar nichts, sorry... Mit Feldern und den Maxwell'schen Feldgleichungen kann man es zumindest auch beschreiben...
Peter0167 schrieb:Abschließend kann man sagen, Photonen im Vakuum bewegen sich immer exakt mit c und lassen sich nicht beschleunigen.
Sage ich doch... ;)

Zuletzt noch was zu den Photonen:
Peter0167 schrieb:Ich halte das keineswegs für "Unsinn", denn Photonen machen nun mal genau das.
Es kommt natürlich auch darauf an, was du unter einem Photon verstehst (ist eine eigene Diskussion wert... ;) ):

http://scienceblogs.de/hier-wohnen-drachen/2015/04/06/was-ist-ein-photon/

Das Bild mit den „Teilchen“ die absorbiert und wieder emittiert wird, ist wie du ja selbst schreibst jedenfalls Quark... Aber aus dem Artikel wird deutlich, dass das Bild auch bei anderen Interpretationen des Photons schwierig ist. Aufgrund der Wellenlänge des sichtbaren Lichts passt das Photon bspw. nicht mal zwischen zwei Atome... Außerdem würde das Photon (sofern es absorbiert werden könnte) nicht in dieselbe Richtung emittiert werden, wie es beim Atom ankam. Das Licht würde also „zerstreuen“. Aber naja, just my 2 cents... ;)


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Warum fliegen Photonen immer mit Lichtgeschwindigkeit

29.05.2019 um 19:10
Arrakai schrieb:dass die Elektronen die im Atomgitter gebundenen Elektronen in Schwingung
Natürlich dass die Wellen die ... ;)


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Warum fliegen Photonen immer mit Lichtgeschwindigkeit

29.05.2019 um 19:17
mojorisin schrieb:Daher würde mich interessieren was ist an dieser Vorstellung deiner Meinung nach falsch ist?
Siehe den in meinem Kommentar verlinkten Artikel... ;)
Es gibt also unterschiedliche Zustände des em-Quantenfeldes, die man alle irgendwie als “Photon” bezeichnen kann:

a. Eine Anregung des em-Feldes mit Energie hν

b. Jede Überlagerung von Anregungen unterschiedlicher Frequenz mit Teilchenzahl 1, auch wenn die Energie dadurch beliebig ungenau definiert sein kann.

c. Eine Überlagerung von Zuständen zu einem Wellenpaket mit mittlerer Energie hν. (Diese Definition dürfte für die meisten praktischen Probleme, wenn es etwa um Lichtabsorption o.ä. geht, die praktischste sein.)

d. Ein “Teil” eines Zustandes analog zu a-c mit einer höheren Photonenzahl. Beispielsweise ist der Zustand oben unter 2. ja ein 2-Photon-Zustand, er besteht also konzeptionell aus zwei Photonen mit Energie hν. Genauso können wir einen “Teil” eines Wellenpakets, das einen drei-Photonen-Zustand beschreibt, als “ein Photon” ansehen.
http://scienceblogs.de/hier-wohnen-drachen/2015/04/06/was-ist-ein-photon/7/

Eine Teilchen-Zustand ist nicht dabei...


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Warum fliegen Photonen immer mit Lichtgeschwindigkeit

29.05.2019 um 19:20
neoschamane schrieb:beschreibt es nicht so die QED?
Gerade die beschreibt es doch weder als Teilchen noch als Welle, sondern als Feld...


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Warum fliegen Photonen immer mit Lichtgeschwindigkeit

29.05.2019 um 20:56
Arrakai schrieb:Als Welle habe ich es doch genau beschrieben, oder nicht?
Arrakai schrieb:Siehe meine Beschreibung oben.
Arrakai schrieb:habe ich ja ebenfalls geschrieben.
Arrakai schrieb:Sage ich doch... ;)
Hi @Arrakai

betrachte das jetzt bitte nicht als Kritik, aber die oben genannten Zitate, die ich übrigens in ähnlicher Form in vielen deiner Beiträge lese, nehme ich jetzt einfach mal zum Anlass, einiges geradezurücken.

In den meisten meiner Beiträge, so auch in den leitzen beiden in diesem Thread, versuchte ich lediglich meine Gedanken zur Thematik auszuformulieren, weil sich das als äußerst positiv auf meinen eigenen Lernprozess auswirkt. Ich sehe meine Beiträge nicht in Konkurenz zu irgendwelchen Beiträgen anderer User, und ich will damit in der Regel auch niemanden ans Bein pissen (wenn doch, wird das mit Sicherheit sehr schnell deutlich!).

Aussagen wie ... "hab ich doch gesagt!" ... sind daher überflüssig. Ich stolpere auch oft in einen Thread rein, und gebe meinen Senf dazu, ohne ihn vorher mit allen Beiträgen abzugleichen. Selbstverständlich gibt es immer Überschneidungen oder auch Gegensätzliches in den Meinungen, und das kann natürlich auch gesagt werden, aber bei dir habe ich immer das Gefühl, dass du dich angegriffen fühlst. Ich kann dir aber versichern, in deinem Fall ist das nicht so, und sollte sich daran was ändern, dann wirst du es zweifelsfrei bemerken. :D

Soviel dazu, nun noch ein Punkt, wo du mich wohl falsch verstanden hast...
Arrakai schrieb:Das Bild mit den „Teilchen“ die absorbiert und wieder emittiert wird, ist wie du ja selbst schreibst jedenfalls Quark...
Das hab ich so nicht geschrieben, im Gegenteil, vielmehr schrieb ich...
Peter0167 schrieb:Ich halte das keineswegs für "Unsinn", denn Photonen machen nun mal genau das.
Absorbtion und Emission von Photonen sind für einen bestimmten Energiebereich durchaus relevante Prozesse. Wieso sollte man das als "Quark" abtun? Ob es eine Relevanz auf die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes hat, ist eine gänzlich andere Frage.

Hier sind die verschiedenen Wechselwirkungen von Photonen mit Materie in Abhängigkeit der Energie noch mal aufgelistet:

Wikipedia: Photon#Wechselwirkung_von_Photonen_mit_Materie

Im Absatz darüber wird auch beschrieben, dass man das Photon zusammen mit der jeweiligen Wechselwirkung auch als eine Art "Quasiteilchen" beschreiben kann, das sog. Polariton, mit dem sich auch die geringere Ausbreitungsgeschwindigkeit als im Vakuum erklären lässt. Evtl. ist es sogar das, was Joachim Schulz gemeint hat, als er von "nicht identischen" Photonen sprach. In einem optischen Medium bildet demnach das Photon mit seiner eigenen Wechselwirkung eine Einheit, die sich prinzipiell von "freien" Photonen unterscheidet. Freie Photonen existieren demnach nicht in einem opt. Medium.

Da muss ich aber nochmal drüber nachdenken. :D


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29.05.2019 um 22:21
Peter0167 schrieb:betrachte das jetzt bitte nicht als Kritik, aber die oben genannten Zitate, die ich übrigens in ähnlicher Form in vielen deiner Beiträge lese, nehme ich jetzt einfach mal zum Anlass, einiges geradezurücken.
Keine Sorge, ich betrachte das als Diskussion. :)
Peter0167 schrieb:Aussagen wie ... "hab ich doch gesagt!" ... sind daher überflüssig. Ich stolpere auch oft in einen Thread rein, und gebe meinen Senf dazu, ohne ihn vorher mit allen Beiträgen abzugleichen.
Ich habe den Beitrag referenziert, auf den du geantwortet hast. Zumindest den solltest du komplett lesen, bevor du darauf antwortest... ;)
Peter0167 schrieb:aber bei dir habe ich immer das Gefühl, dass du dich angegriffen fühlst.
Kann ich jetzt nicht nachvollziehen... Wenn du spezielle Formulierungen meinst, dann schreib mir bitte einfach eine private Nachricht. Ich bin jetzt nicht beleidigt und fühle mich nicht angegriffen, keine Sorge, das hier ist einfach nicht der richtige Ort, um Dinge in dieser Form "geradezurücken"...
Peter0167 schrieb:Das hab ich so nicht geschrieben, im Gegenteil, vielmehr schrieb ich...
Ich habe eigentlich nur auf das Wort "Teilchen" abgestellt. Ggf. habe ich deine Formuliergun...
Peter0167 schrieb:Das eigentliche Problem ist, dass sich viele reales Licht als einen Strom einzelner Photonen vorstellen,
…dann einfach Missverstanden. Aber es hört sich für mich so an, als sei das Photon auch aus deiner Sicht kein "Teilchen" (im Sinne von einzelnen Photonen).
Peter0167 schrieb:Absorbtion und Emission von Photonen sind für einen bestimmten Energiebereich durchaus relevante Prozesse. Wieso sollte man das als "Quark" abtun? Ob es eine Relevanz auf die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes hat, ist eine gänzlich andere Frage.
Nun ja, es geht doch gerade um die die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes. Konkret habe ich geschrieben:
Arrakai schrieb:Die Welle trifft den Sachverhalt m.E. trotzdem besser als Aussagen zu absorbierten und wieder ausgesandten oder zick-zack-fliegenden Photonen. (Das ist einfach nur vollkommen unsinnig.)
Bei "dem Sachverhalt" ging es nun mal um die Ausbreitungsgeschwindigkeit. Natürlich ist das ein relevanter Prozess, aber eben nicht in diesem Fall, in diesem Sinne ist der Zusammenhang "unsinnig". Hauptgrund dafür ist übrigens tatsächlich die "Länge" der Photonen im Vergleich zum Abstand der Atome.
Peter0167 schrieb:Im Absatz darüber wird auch beschrieben, dass man das Photon zusammen mit der jeweiligen Wechselwirkung auch als eine Art "Quasiteilchen" beschreiben kann, das sog. Polariton, mit dem sich auch die geringere Ausbreitungsgeschwindigkeit als im Vakuum erklären lässt. Evtl. ist es sogar das, was Joachim Schulz gemeint hat, als er von "nicht identischen" Photonen sprach. In einem optischen Medium bildet demnach das Photon mit seiner eigenen Wechselwirkung eine Einheit, die sich prinzipiell von "freien" Photonen unterscheidet. Freie Photonen existieren demnach nicht in einem opt. Medium.
Davon habe ich noch nie etwas gehört... Ich kriege das nicht wirklich mit dem Artikel von Martin zusammen, und eigentlich halte ich viel von seiner Meinung... Dass ich es nicht zusammenkriege, heißt natürlich nichts... Wikipedia meint:
Ein typisches Beispiel [für Polaritonen, ergänzt] ist die Kopplung einer kollektiven mechanischen Gitter-Schwingung (Phonon mit Frequenzen im optischen Bereich und transversaler Polarisation) eines Festkörpers an eine elektromagnetische Welle (Photon). Typischerweise bilden sie in ionischen Kristallen in Wechselwirkung mit Photonen Polaritonen.
Photon und die elementare Anregung bilden stattdessen ein neues Quasiteilchen – das Polariton.
Wikipedia: Polariton

Irgendwie hört sich das nicht danach an, als sei das Polariton ein Photon... Falls du beim Nachdenken zu einem Ergebnis kommst, dann sag Bescheid. :)


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Warum fliegen Photonen immer mit Lichtgeschwindigkeit

30.05.2019 um 08:51
@Peter0167

Da es dir ein echtes Anliegen zu sein scheint, und da deine Aussagen jetzt eh schon im Raum stehen, habe ich noch mal genauer nachgedacht.

Erst mal grundsätzlich:
Peter0167 schrieb:Selbstverständlich gibt es immer Überschneidungen
Und darauf hinzuweisen, kann vielfältige Gründe haben. Es kann ganz trivial doppelte Ausführungen vermeiden, oder Zustimmung signalisieren, oder auch mal unterstreichen, dass man (ich) verwundert ist, wo Aussagen voneinander abweichen sollen (was ganz einfach dem Verständnis dient). Letzteres hat nichts mit Rechthaberei zu tun, sondern mit dem Wunsch, die Abweichungen herauszuarbeiten und zu verstehen.

Konkret an deinen Beispielen:
Arrakai schrieb:Als Welle habe ich es doch genau beschrieben, oder nicht?
Arrakai schrieb:Dass es dann auf Flussdichte, Feldstärke und Polarisation hinausläuft, habe ich ja ebenfalls geschrieben.
Ich bin ernsthaft interessiert, ob unsere Sicht sich bzgl. dieser beiden Aspekte unterscheidet. Ich hatte beides halt wirklich ebenfalls geschrieben, in dem von dir beantworteten Beitrag, ohne dass du darauf eingegangen bist (bzw. es erwähnt hast, z.B. „wie du ja bereits geschrieben hast“).
Arrakai schrieb:Siehe meine Beschreibung oben.
Das ist einfach nur eine Referenz, um doppelte Ausführungen zu vermeiden. Und es bezieht sich ebenfalls auf den Beitrag, den du beantwortet hast.
Arrakai schrieb:Sage ich doch... ;)
Das ist eine Zustimmung im positivsten Sinne...

Ganz ehrlich, ich schätze dich als Diskussionspartner. Ich habe einfach tatsächlich nicht verstanden, wo dich der Schuh drückt...


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