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Quantenkommunikation

95 Beiträge, Schlüsselwörter: Quanten

Quantenkommunikation

10.06.2020 um 14:42
Peter0167
schrieb:
Und bei einem einzelnen Photon spricht man auch nicht von Polarisation sondern von einer Schwingungsrichtung.
Ich frage mal vorsichtig, kann man denn nicht aus der Polarisation die Schwingungsrichtung des Photons schlussfolgern?
Oder hat das Beides absolut nichts miteinander zu tun?


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10.06.2020 um 15:04
pluss
schrieb:
Im Prinzip ist das richtig, die elektrischen und magnetischen Felder stehen ja senkrecht aufeinander. Die Schwingungsrichtung selbst ist jedoch zufällig.
Ja, das habe ich verstanden.
pluss
schrieb:
Der Polarisationsfilter lässt, je nachdem in welchem Winkel du ihn drehst, eben nur genau die Photonen durch, die exakt diesen Ausbreitungswinkel aufweisen.
Ok, klingt erstmal logisch.
Dann kann aber mMn das:
leifiphysik schrieb:Passiert unpolarisiertes Licht einen idealen linearen Polarisationsfilter, so halbiert sich seine Intensität.
nicht zutreffen, oder? @pluss


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10.06.2020 um 15:57
delta.m
schrieb:
nicht zutreffen, oder?
Doch, das stimmt schon laut dem Gesetz von Malus:
I=I_0 \cdot cos^2 \left (\alpha \right )

1 \cdot \left [ cos \left ( 45° \right ) \right ]^2 = 0{,}5


I_0 = Anfangsintensität


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10.06.2020 um 16:04
pluss
schrieb:
Doch, das stimmt schon
Hmmm, ich war der Meinung,
eine Intensität von 50 % bedeutet,
dass 50% der Photonen durch das Polfilter kommen.

Ist dann wohl nicht so.

Aber was sagen diese 50% (oder 0,5) dann aus?
Wieviele Photonen (in %) bewirken denn eine 50%ige Intensität?


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10.06.2020 um 16:09
pluss
schrieb:
I=I0​⋅cos2(α)

1⋅[cos(45°)]2=0,5


... und woher stammen die 45° ?


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10.06.2020 um 16:13
Ich habe gerade eine "nette" Fachbereichsarbeit entdeckt, wo der ganze Kram beschrieben wird, incl. Bellsche Ungleichung ...

http://thomas.hausmaninger.at/fbapolarisertephotonen.pdf

Manche Sachen lassen sich wohl nicht verstehen, die muss man so hinnehmen :D


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10.06.2020 um 16:15
Peter0167
schrieb:
Ich habe gerade eine "nette" Fachbereichsarbeit entdeckt, wo der ganze Kram beschrieben wird, incl. Bellsche Ungleichung ...
Den hab ich mir schon gestern runtergeladen - aber noch nicht ganz gelesen :)

Werde das gleich mal nachholen ...


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10.06.2020 um 16:39
delta.m
schrieb:
dass 50% der Photonen durch das Polfilter kommen.

Ist dann wohl nicht so.
Das kann so ja nicht sein.

Das Licht der Sonne z.B. ist nicht polarisiert (im All, bei uns kommt es aufgrund der Atmosphäre (teil-) polarisiert an), bedeutet alle möglichen Ausbreitungswinkel treten Gleichverteilt auf.

Würden jetzt, wie von dir angenommen, 50% der Photonen durch den Polarisationsfilter gelangen, muss es statt der Gleichverteilung einen bevorzugten Ausbreitungswinkel der Photonen geben.
delta.m
schrieb:
Aber was sagen diese 50% (oder 0,5) dann aus?
Wieviele Photonen (in %) bewirken denn eine 50%ige Intensität?
Da verstehe ich ehrlich gesagt nicht so recht was du meinst.
Mit Intensität, denke ich, ist die Strahlungsleistung gemeint. Das Passieren des Polfilters gibt es ja aus energetischer Sicht nicht zum Nulltarif.

Aber ich denke das kann dir @mojorisin sicherlich besser erklären, so vertieft bin ich nicht in der Materie.


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10.06.2020 um 18:20
pluss
schrieb:
Das sind nur 3 mögliche Ausbreitungsrichtungen, es sind aber alle Winkel dazwischen ebenso möglich.
delta.m schrieb:
Der Polfilter müßte ja auch genau EINE der beiden Winkel genau treffen.
Der Polarisationsfilter lässt, je nachdem in welchem Winkel du ihn drehst, eben nur genau die Photonen durch, die exakt diesen Ausbreitungswinkel aufweisen.
Die Photonen passieren den Polfilter mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit.
Photonen die exakt zum Filter ausgerichtet sind mit einer Wahrscheinlichkeit von 100%. Photonen 90° versetzt mit einer Wahrscheinlichkeit von 0%. Alle anderen mit der entsprechenden Formel (cos); daher kommen bei 45° im Mittel 50% der Photonen durch.

Das besondere ist nun, dass wenn du mehrere Filter hintereinander stellt, und diese z.B. mit 30°, 60° und 90° ausrichtest, man eigentlich erwarten würde, dass am Ende nichts mehr durchkommt. Kommt aber schon. Damit lassen sich auch nette Effekte visualiseren, wenn man mit mehreren Polfilterfolien hantiert.


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10.06.2020 um 20:29
JokerClz
schrieb:
Das besondere ist nun, dass wenn du mehrere Filter hintereinander stellt, und diese z.B. mit 30°, 60° und 90° ausrichtest, man eigentlich erwarten würde, dass am Ende nichts mehr durchkommt. Kommt aber schon. Damit lassen sich auch nette Effekte visualiseren
Die Effekte können dann aber nur durch ungewollte Streuung des Lichtes hervorgerufen werden, oder etwa nicht?


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10.06.2020 um 22:09
Nein, das funktioniert auch, wenn du die Filterfolien direkt aufeinanderlegst. Ich hab leider kein Video mit Folien gefunden, aber selbst schonmal ausprobiert. Hier ist ein Film wo der Effekt mit Scheibenfiltern dargestellt wird: https://www.leifiphysik.de/optik/polarisation/versuche/gekreuzte-polarisationsfilter
Mit klassischer Physik kann ich mir das nicht erklären.


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10.06.2020 um 22:33
@JokerClz
@pluss
Hat das was mit linearer und zirkularer Polarisation zu tun?


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10.06.2020 um 22:35
Ich hab noch ein Video gefunden, das auch auf die Bellsche Ungleichung Bezug nimmt, und die gesamte Problematik beschreibt. Leider englisch und für meinen Geschmack etwas zu schnell, aber dafür aber ohne Bob und Alice :-)
Bell's Theorie: Das Quanten-Venn-Diagramm-Paradoxon


Wer da tiefer einsteigen will, dem kann ich die Vorlesung von Allan Adams vom MIT empfehlen, aber das ist was für mehr als einen Abend... frei verfügbar, siehe https://ocw.mit.edu/courses/physics/8-04-quantum-physics-i-spring-2013/ (Archiv-Version vom 13.03.2020)


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10.06.2020 um 22:49
@skagerak
Nein, soweit ich weis, werden da nur lineare Polarisationsfilter verwendet.
Der Effekt, dass bei zwei Filtern, die 90 Grad zueinander verschoben sind und kein Licht durchlassen, plötzlich doch welches durchlassen, sobald du einen dritten Filter mit 45 Grad dazwischen hältst, würde sich damit auch nicht erklären lassen.
Das geht wie im Video beschrieben nur mit der Annahme, dass die Filter die Photonen verändern. Und das wird mit den Experimenten mit den verschränkten Photonen, die weit genug voneinander getrennt sind, ausgeschlossen.


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10.06.2020 um 22:58
JokerClz
schrieb:
Mit klassischer Physik kann ich mir das nicht erklären.
Eigentlich steht die Lösung schon hier im Thread.

Dein Beispiel war etwas unglücklich formuliert und dadurch in sich widersprüchlich. Ich bin davon ausgegangen das deine Winkelangaben sich auf den jeweils vorherigen Polfilter beziehen, da andernfalls dieser Teilsatz:
JokerClz
schrieb:
man eigentlich erwarten würde, dass am Ende nichts mehr durchkommt
Keinen Sinn ergeben würde.

Tatsächlich beziehen sich deine Winkelangabe aber offensichtlich immer auf den ersten Polfilter. Mit anderen Worten, der Drehwinkel zwischen den Polfiltern beträgt in deinem Beispiel immer \alpha=30°. Das wiederum bedeutet aber, dass eben keiner erwarten würde, das am Ende der Strecke kein Licht mehr durchkommt:

I=I_0 \cdot cos^2 \left (\alpha_1 \right ) \cdot cos^2 \left (\alpha_2 \right ) \cdot cos^2 \left (\alpha_3 \right )


Da alle \alpha=30° betragen, hat das am letzten Polfilter austretende Licht eine Intensität von 0,42.


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10.06.2020 um 23:05
JokerClz
schrieb:
Der Effekt, dass bei zwei Filtern, die 90 Grad zueinander verschoben sind und kein Licht durchlassen, plötzlich doch welches durchlassen, sobald du einen dritten Filter mit 45 Grad dazwischen hältst, würde sich damit auch nicht erklären lassen.
Ah, sooo...sorry, jetzt hab ich´s verstanden.


und so leuchtet´s mir ein, denke ich:
pluss
schrieb:
Tatsächlich beziehen sich deine Winkelangabe aber offensichtlich immer auf den ersten Polfilter. Mit anderen Worten, der Drehwinkel zwischen den Polfiltern beträgt in deinem Beispiel immer α=30°\alpha=30°α=30°. Das wiederum bedeutet aber, dass eben keiner erwarten würde, das am Ende der Strecke kein Licht mehr durchkommt:


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10.06.2020 um 23:11
@pluss
Ja, die Angaben waren relativ zum ersten Filter gemeint. Mir ist klar, dass es rechnerisch und auch im praktischen Experiment zu diesem Ergebnis kommt, aber es ist halt mit der klassischen Physik nicht zu erklären. Denn wenn bei zwei Filtern kein Licht durchkommt, wie sollte es der dritte Filter schaffen, das wieder „aufzuheben“?

Oder auf das Beispiel von Peter übertragen: Wenn du zwei Siebe mit kleinen Löchern hast, dann wäre das so, als ob du ein „magisches Sieb“ dazwischen klemmst und plötzlich kommen unten auch größere Steine durch, die eigentlich durch die beiden Siebe nicht durchrutschen würden.

Insofern finde ich das schon ein erstaunliches und aus der Alltagserfahrung nicht selbstverständliches Resultat.


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10.06.2020 um 23:17
@JokerClz
Könnte der Vergleich mit den Stein-Sieben vielleicht das Problem sein?
Bleiben Photonen denn wirklich "hängen" am ersten bzw zweiten Filter? Oder was passiert da?


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10.06.2020 um 23:20
@skagerak
Sie werden absorbiert und heizen den Filter auf (durchaus ein Problem z.B. beim Filmen, wenn man Filter an starken Lichtquellen nutzen möchte).


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10.06.2020 um 23:26
JokerClz
schrieb:
Ja, die Angaben waren relativ zum ersten Filter gemeint. Mir ist klar, dass es rechnerisch und auch im praktischen Experiment zu diesem Ergebnis kommt, aber es ist halt mit der klassischen Physik nicht zu erklären. Denn wenn bei zwei Filtern kein Licht durchkommt, wie sollte es der dritte Filter schaffen, das wieder „aufzuheben“?
Da wird nichts "aufgehoben". Schau dir das Gesetz von Malus mal genau an:

I=I_0 \cdot cos^2 \left (\alpha \right )

=1 \cdot \left ( cos 90° \right )^2 = 0


Sobald der unmittelbar folgende Polarisationsfilter \neq 90° hat, kommt noch Licht durch. Folgt ein weiterer Polfilter wiederum =\neq 90°, hat das austretende Licht lediglich eine noch geringere Intensität. Erst wenn zwei unmittelbar folgende Polfilter einen Drehwinkel von 90° aufweisen, kommt kein Licht mehr durch.


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