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Wie viele Photonen gibt es in einem Lichtstrahl?

53 Beiträge ▪ Schlüsselwörter: Physik, Licht, Energie ▪ Abonnieren: Feed E-Mail

Wie viele Photonen gibt es in einem Lichtstrahl?

06.10.2011 um 21:43
angeblich registriert das menschliche auge ein einzelnes photon.
demnach bräuchte man mindestens zwei photonen um wenigstens einen vektor bestimmen zu können, obwohl man nie wüsste, ob diese zwei photonen überhaupt irgendeinen zusammenhang haben.
wenn man ein einzelnes photon sehen kann, dann immer nur mit einem auge ?

buddel

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Wie viele Photonen gibt es in einem Lichtstrahl?

06.10.2011 um 22:22
@imous

Zuerst einmal musst du wissen in welchem Raumwinkel du die Strahlungsquelle betrachtest. Betrachtest du den vollen Raumwinkel sind das 4*Pi.
Das bedeutet die Strahlung die durch eine gesamte Kugelfläche hindurchtritt. Dann nimmst du den Abstand r von dem Leuchtobjekt und hast die Kugeloberfläche --> 4*Pi*r^2.
Wenn du jetzt die Intensität (Energie/(Fläche*zeit))hast in einem bestimmten Abstand r kannst du berechnen wie groß die Energie ist die durch die Kugeloberfläche pro Zeit geht.
Annahme ist hier natürlich das die Intensität konstant über den Raum verteilt ist. Wenn du jetzt noch von einer monochromatischen Quelle ausgehtst kannst du die Anzahl der Photonen pro Zeit berechnen.

Beispiel: Man misst die Intensität I [W/m^2] einer Quelle in einem Meter Abstand zu 7,957 W/m^2. Die Intensität ist überall (auf der ganzen gedachten Kugeloberfläche) bei gleichem Abstand im ganzen Raum gleich. Die Quelle strahlt nur mit einer Wellenlänge "lamda" von 500 nm ab (Macht die Rechnung etwas einfacher :) ). Nun haben wir alles um die Anzahl der abgestrahlten Photonen / Sekunde zu berechnen:

E_Photon [J] = h * f ; f = Frequenz --> f = c/lamda --> c = Lichtgeschwindigkeit
E_Photon = 6,626*10^-34 [J*s] * (2,998*10^8 [m/s] / 500*10^-9 [m]) = 3,9729*10^-19 J

E_Photonen_gesamt[J] = h * f * N; mit N = Anzahl der Photonen

P_Photonen_gesamt[J/s oder W] = (h*f*N)/t -->t = Zeit
Strahlungsleistung der Quelle P_Quelle[J/s oder W] = I * 4 * Pi* r^2 Intensität integriert über den vollen Raum. --> P = 7,957 W/m^2 * 4 * Pi * 1 m^2 = 99,99W rund 100W

abgestrahlte Energie der Quelle/Zeit = Energie der Photonen / Zeit
Man setzt gleich und löst auf nach Anzahl Photonen / Zeit

N / t = P_Quelle / (E_Photon) = 100 [J/s] / 3,9729*10^-19 J
= 2,5171*10^20 Photonen / Sekunde

Leider ist die Formel hier etwas undeutlich aber man kann sie sehr schön deuten wenn man sie aufschreibt. Nimmt man z.B. eine höhere Wellenlänge an erhöht das die Zahl der Photonen bei gleicher Intensität. Warum? Ein Photon trägt nun weniger Energie und um die gleich Leistung zu erhalten erhöht sich die Anzahl der Photonen.
In der Realität hat man natürlich keine so idealen Bedingungen (mehr Lichtwellenlängen, inhomogene Abstrahlung usw.).

So sieht zum Beispiel eine Lichtstärkeverteilung einer Lampe im Messdiagramm aus:
http://www.opteema.com/upload/produkte/2003_07_07-10_59_41_LVK.jpg


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06.10.2011 um 23:15
@mojorisin
einfach nur gut! Danke


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08.10.2011 um 00:05
@mojorisin

Schöne Rechnung. Kann man ja eigentlich auch direkt so auf andere Formen übertragen z.B. den Lichtkegel einer Taschenlampe (bzw. deren projezierte Kreisfläche in 1m Entfernung).
Zitat von PrimpfmümpfPrimpfmümpf schrieb:Gute Frage, aber ist es nicht so das "Photonen" eine konstante gleiche Größe überall haben?
Ob man wirklich von der "Größe" eines Photons sprechen kann wage ich jetzt fast zu bezweiflen, es hat aber eine Aufenthaltswahrscheinlichkeit und die ist abhängig von der Frequenz. Was aber hat die Größe von Photonen überhaupt mit diesem Thema zu tun? Photonen können miteinander nicht wechselwirken deshalb kann man sie praktisch beliebig dicht "packen".
Zitat von PrimpfmümpfPrimpfmümpf schrieb:Und was versteht man unter "fortpflanzen" des Lichtstrahls?

Pflanzt er sich fort je länger man den Impulsknopf drückt, und wenn man ihn los läst, bewegt er sich nur noch fort?
Damit kann nur die Bewegung des Lichts mit Lichtgeschwindigkeit (wie es so die unaustreibbare Eigenart des Lichts ist) gemeint sein. Solange die Lichtquelle eingeschaltet ist werden jede Sekunde x Photonen erzeugt und bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit in eine von der Konstruktion der Quelle abhängigen Richtung weg.

Ich möchte mal darauf hinweisen das gar nicht genau definiert ist was in diesem Zusammenhang ein Lichtstrahl ist. Ich würde sagen damit ist allgemein die Bewegung von Licht über eine Strecke gemeint die in etwa in eine bestimmte Richtung geht. Man kann also einzelne Photonen dabei betrachten oder mehrere je nach Belieben.

Das loslassen des Knopfes kann natürlich keinen Einfluss mehr auf das schon losgeschickte Licht haben. Es wird lediglich kein neues mehr ausgesendet.
Zitat von PrimpfmümpfPrimpfmümpf schrieb:Scherzfrage:
Was wäre eine Photonenbome? Kommt da noch ein dunkler Blitz?
:D wie kann ein Blitz dunkel sein?

Ich würde sagen das wäre eine schlagartige Energiefreisetzung, wobei die Energie hauptsächlich in Form von Licht abgegeben wird.


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Wie viele Photonen gibt es in einem Lichtstrahl?

08.10.2011 um 00:19
@naas
Zitat von naasnaas schrieb:Ob man wirklich von der "Größe" eines Photons sprechen kann wage ich jetzt fast zu bezweiflen, es hat aber eine Aufenthaltswahrscheinlichkeit und die ist abhängig von der Frequenz
Um so höher oder niedriger die Frequenz, um so wahrscheinlicher der Aufenthalt?

Die Frequenz von was? Die des Photons? Dann ist es aber nicht mehr "wahrscheinlich"
Zitat von naasnaas schrieb:Damit kann nur die Bewegung des Lichts mit Lichtgeschwindigkeit (wie es so die unaustreibbare Eigenart des Lichts ist) gemeint sein. Solange die Lichtquelle eingeschaltet ist werden jede Sekunde x Photonen erzeugt und bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit in eine von der Konstruktion der Quelle abhängigen Richtung weg.

Ok wenn die "Fortpflanzung" die Zugabe der Quelle beschreiben soll bin ich erstmal beruhigt. Da gibs wohl nicht dran zu rütteln.. :D


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Wie viele Photonen gibt es in einem Lichtstrahl?

08.10.2011 um 00:58
Zitat von PrimpfmümpfPrimpfmümpf schrieb:Um so höher oder niedriger die Frequenz, um so wahrscheinlicher der Aufenthalt?

Die Frequenz von was? Die des Photons? Dann ist es aber nicht mehr "wahrscheinlich"
Ja klar die Frequenz des Photons. Je höher die Frequenz desto genauer ist der Aufenthaltsort bestimmt
Was ist da nicht mehr wahrschenlich?


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Wie viele Photonen gibt es in einem Lichtstrahl?

08.10.2011 um 01:09
@naas
Zitat von naasnaas schrieb:Je höher die Frequenz desto genauer ist der Aufenthaltsort bestimmt
Was ist da nicht mehr wahrschenlich?
Das Photon hat dann eine Größe, die durch höhere Frequenzen ermittelt werden kann?

Garnichts wäre wahrscheinlich, weil es wahr wäre wenn das Photon anhand seine (evtl. allgemein konstanten) größe nur so besser gefunden wird.

Es wäre also der wahre Schein. :D


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Wie viele Photonen gibt es in einem Lichtstrahl?

08.10.2011 um 01:25
@Primpfmümpf
Zitat von PrimpfmümpfPrimpfmümpf schrieb:Das Photon hat dann eine Größe, die durch höhere Frequenzen ermittelt werden kann?

Garnichts wäre wahrscheinlich, weil es wahr wäre wenn das Photon anhand seine (evtl. allgemein konstanten) größe nur so besser gefunden wird.
Könntest du das noch ein bisschen klarer ausdrücken? Ich fürchte, ich verstehe dich nicht so ganz...


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Wie viele Photonen gibt es in einem Lichtstrahl?

08.10.2011 um 03:59
@Thawra

Naja es ging darum ob ein Photon eine elementare Größe hat.

Und auf dieser Frage sollen sie laut @naas durch ihre abhängige Frequenz wahrhaftig existieren, und sich zumindest wahrscheinlich irgendwo aufhalten. "Aufenthaltswahrscheinlichkeit"

Und dieser wahrscheinliche Aufenthalt soll laut Naas durch um so höhrere Frequenzen ausfindig gemacht werden können.

Naja ich weiß jetzt nicht ob es so gemeint ist, dass man z.B. mit einen Detektor wie bei der Aufspührung von Strahlung leichter zur Quelle kommt, weil die Piepfrequenz höher ist.


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Wie viele Photonen gibt es in einem Lichtstrahl?

08.10.2011 um 10:12
Die Frage nach der Größe von Photonen ist ja gar nicht mal so uninteressant. Meiner Meinung nach gibt es da so etwas wie eine elementare Größe nicht. Diese Vorstellung ist zu stark an die Teilchen Sicht angelehnt.

Ich sehe da aber immer noch keinen Zusammenhang mit dem Thema dieses Threads.
Zitat von PrimpfmümpfPrimpfmümpf schrieb:Naja ich weiß jetzt nicht ob es so gemeint ist, dass man z.B. mit einen Detektor wie bei der Aufspührung von Strahlung leichter zur Quelle kommt, weil die Piepfrequenz höher ist.
Befasse dich doch mal mit der Grundlagen der Quantenphysik dann klärt sich vielleicht das eine oder andere auf.

Es ist so dass sich Teilchen (also auch Photonen) nicht an einem bestimmten Ort befinden, sie sind "unscharf". Wie diese Unschärfe genau aussieht ist situationsabhängig.


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Wie viele Photonen gibt es in einem Lichtstrahl?

09.10.2011 um 11:38
@naas
Zitat von naasnaas schrieb:Schöne Rechnung. Kann man ja eigentlich auch direkt so auf andere Formen übertragen z.B. den Lichtkegel einer Taschenlampe (bzw. deren projezierte Kreisfläche in 1m Entfernung).
Ja das könnte man den. Ich würde dann einfachheitshalber einfach mal annehmen Intensität homogen in dem bestimmten Raumwinkel und sonst null.
Interessant wäre auch mal eine Annahme thermischer Quellen z.B. Glühbirne. Auch hier könnte man einfachheitshalber mal mit einem idealen Schwarzkörper rechnen und als Grenzbereiche nur die Photonen mit einberechnen die im sichtbaren Bereich liegen.

Wikipedia: Schwarzkörperstrahlung

ABer auch die verwendeten Messgeräte werden komplizierter wie z.B. Fourier-Transform-Spektrometer. Damit kann die Intensität der einzelenen emittierten Wellenlängen einer Quelle gemesen werden. Oder ein Lichtgoniometer zur Messung der Intensität in verschiedene Richtungen.

Für alle die interessiert wie so etwas funktioniert:
Wikipedia: FTIR-Spektrometer
http://www.technoteam.de/e898/e97/e284/e289/e744/Prospekt-Screen_ger.pdf


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Wie viele Photonen gibt es in einem Lichtstrahl?

09.10.2011 um 21:45
@naas
Zitat von naasnaas schrieb:Ich sehe da aber immer noch keinen Zusammenhang mit dem Thema dieses Threads.
Ganz einfach weil nur etwas größenbedingtes gefunden werden kann. Hat es keine Größe, ist es nichts was existiert.
Zitat von naasnaas schrieb:Befasse dich doch mal mit der Grundlagen der Quantenphysik dann klärt sich vielleicht das eine oder andere auf.
Es ist so dass sich Teilchen (also auch Photonen) nicht an einem bestimmten Ort befinden, sie sind "unscharf". Wie diese Unschärfe genau aussieht ist situationsabhängig. zu verstehn.
Du müstest die Wörter die du schrebst selbst mal versuchen besser zu verstehen. Du kannst auch die Verfassungen im allgemeinen dazu hinterfragen, dort steht es nahezu genauso zusammenhangslos.

Wenn die "Unschärfe" der Photonen(was wohl "nicht eindeutig geortet" heißen soll) von einer Situation abhängt, dann müssen sie ja wohl elementare Teilchen sein, die eben situationsbedingt je nach "schärfe" besser zu finden sind.

Was soll den "Unschärfe" heißen? Eine unscharfe Abgrenzung des Photons im Raum? Es kann in der goldenen Mitte ja nur was elementares sein wenn dessen Unschärfe ringsherum reflektierende Teilchen herrschen. Erzeugt die Welle des Photons die Reflektion an etwas, um dieses sehen zu können? Dann hat die Welle auch Photone.


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Wie viele Photonen gibt es in einem Lichtstrahl?

11.10.2011 um 19:27
@Primpfmümpf
Zitat von PrimpfmümpfPrimpfmümpf schrieb:Ganz einfach weil nur etwas größenbedingtes gefunden werden kann. Hat es keine Größe, ist es nichts was existiert.
??? wieso gehst du davon aus dass alle Dinge die existieren eine feste räumliche Ausdehnung haben müssen? Ist das nicht etwas zu einfach gedacht?
Zitat von PrimpfmümpfPrimpfmümpf schrieb:Du müstest die Wörter die du schrebst selbst mal versuchen besser zu verstehen. Du kannst auch die Verfassungen im allgemeinen dazu hinterfragen, dort steht es nahezu genauso zusammenhangslos.
Von welchen Verfassungen sprichst du da?
Das ist eben kein so einfaches Thema. Wenn du es nicht verstehst bedeutet das nicht dass die Theorie dahinter "zusammenhanglos" sei.
Zitat von PrimpfmümpfPrimpfmümpf schrieb:Wenn die "Unschärfe" der Photonen(was wohl "nicht eindeutig geortet" heißen soll) von einer Situation abhängt, dann müssen sie ja wohl elementare Teilchen sein, die eben situationsbedingt je nach "schärfe" besser zu finden sind.
Da sind wir einer Meinung (wenn du mit elementar nicht weiter teilbar meinst)
Zitat von PrimpfmümpfPrimpfmümpf schrieb:Was soll den "Unschärfe" heißen? Eine unscharfe Abgrenzung des Photons im Raum?
Naja es geht weniger um die Abgrenzung der räumlichen Ausdehnung sondern eher um den Ort an dem es sich befindet (wenn man sich das Teilchen als Punkt vorstellt).
Zitat von PrimpfmümpfPrimpfmümpf schrieb:Es kann in der goldenen Mitte ja nur was elementares sein wenn dessen Unschärfe ringsherum reflektierende Teilchen herrschen.
Den Satz verstehe ich überhaupt nicht. Goldene Mitte von was? Was hat das mit "ringsherum reflektierenden" Teilchen zu tun? Ist auch rein grammatikalisch kein richtiger Satz...
Zitat von PrimpfmümpfPrimpfmümpf schrieb:Erzeugt die Welle des Photons die Reflektion an etwas, um dieses sehen zu können?
Ich vermute du sprichst da gerade von der Beleuchtung von Objekten. Ja, je nach Material werden Photonen mit bestimmten Wellenlängen reflektiert, andere werden absorbiert (so kommen die verschienden Farben zustande).
Zitat von PrimpfmümpfPrimpfmümpf schrieb:Dann hat die Welle auch Photone.
Eher nicht... die Welle "ist" ein Photon.
Welle und Teilchen sind eben nur Umschreibungen für etwas das sich in manchen Situationen wie eine Welle verhält und in anderen wie ein Teilchen. Man benutzt diese Begriffe nur um sich das besser vorstellen zu können.


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Wie viele Photonen gibt es in einem Lichtstrahl?

11.10.2011 um 21:33
@naas
Zitat von naasnaas schrieb:??? wieso gehst du davon aus dass alle Dinge die existieren eine feste räumliche Ausdehnung haben müssen? Ist das nicht etwas zu einfach gedacht?
Nein, weil es eben nur so objektiv betrachtet sein kann. Der Abstand zwischen den festen Elementen ist kein Element.
maik480 schrieb:

Wenn die "Unschärfe" der Photonen(was wohl "nicht eindeutig geortet" heißen soll) von einer Situation abhängt, dann müssen sie ja wohl elementare Teilchen sein, die eben situationsbedingt je nach "schärfe" besser zu finden sind.

Da sind wir einer Meinung (wenn du mit elementar nicht weiter teilbar meinst)
Da kommt die Frage warum sie nicht eine allgeimeine feste Größe haben könnten.
Zitat von naasnaas schrieb:Naja es geht weniger um die Abgrenzung der räumlichen Ausdehnung sondern eher um den Ort an dem es sich befindet (wenn man sich das Teilchen als Punkt vorstellt).
Der ermittelte Ort entspricht der Unschärfe?
Ab wann wäre der Ort schärfer, oder andersrum, ab wann wäre der Ort ermittelt, wenn es nicht die räumliche Abgrenzung des Elements ist?

Oder der nicht ermittelte Ort? Wie kann den dessen gegebende Unschärfe ermittelt werden.
maik480 schrieb:
Es kann in der goldenen Mitte ja nur was elementares sein wenn dessen Unschärfe ringsherum reflektierende Teilchen herrschen.

Den Satz verstehe ich überhaupt nicht. Goldene Mitte von was? Was hat das mit "ringsherum reflektierenden" Teilchen zu tun? Ist auch rein grammatikalisch kein richtiger Satz...
Die Goldene Mitte der Unschärfe. Die Unschärfe kann ja nur anhand in naheliegender Elemente ausgemacht werden. Oder was soll jetzt "Unschärfe" evt. umgangssprachlich heißen?
Zitat von naasnaas schrieb:Ich vermute du sprichst da gerade von der Beleuchtung von Objekten. Ja, je nach Material werden Photonen mit bestimmten Wellenlängen reflektiert, andere werden absorbiert (so kommen die verschienden Farben zustande).


Ich rede nicht von reflektierenden Photonen, sondern von reflektierenden Elementen in der Umgebung des Photons.

Beschreibe du mir doch mal den Unterschied zwischen Lichtreflektion und Lichtabsorption?
Zitat von naasnaas schrieb:Eher nicht... die Welle "ist" ein Photon.
Welle und Teilchen sind eben nur Umschreibungen für etwas das sich in manchen Situationen wie eine Welle verhält und in anderen wie ein Teilchen. Man benutzt diese Begriffe nur um sich das besser vorstellen zu können.
Warum den nicht? Eis "ist" auch Wasser. Und aus was besteht die Welle? Kann man sie nur beschreiben oder sehen?


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Wie viele Photonen gibt es in einem Lichtstrahl?

13.10.2011 um 12:25
Zitat von PrimpfmümpfPrimpfmümpf schrieb:Nein, weil es eben nur so objektiv betrachtet sein kann. Der Abstand zwischen den festen Elementen ist kein Element.
Was sind feste Elemente für dich? Ist Licht ein festes Element? Genau das meinte ich mit "ist das nicht zu einfach gedacht". Es gibt Dinge die selbst aus makroskopischer Sicht keine klar abgegrenzte räumliche Ausdehnung haben (wie z.B. die Schwerkraft, der Magnetismus etc.).

Auf der Ebene der Teilchen können nun mal "normale" Eigenschaften wie z.b. räumliche Ausdehnung (im Sinne von z.B. Radius eines Objekts) plötzlich keinen Sinn mehr ergeben.

Die Räumliche Ausdehnung eines Objekts kann man nämlich als wechselwirkungs-Zone betrachten. D.h. innerhalb dieser Zone kann mit dem Objekt "interagiert" werden und ausserhalb nicht.
In unserer makroskopischen Alltagswelt sind wir es gewohnt diese Interaktionsgrenzen klar sehen und benennen zu können. Das gilt aber nicht automatisch für die Welt der Teilchen.

Es gibt alleine schon verschiedene Arten der Interaktion (Wechselwirkung). Diese können verschiedene Wirkungsradien haben. Dazu kommt noch die Orts und Impuls Unschärfe von Teilchen.

Mit anderen Worten: Die Eigenschaft die du suchst macht besonders für Photonen (da sie keine Masse haben) nicht immer Sinn. Man kann nicht von einer festen größe von Photonen sprechen.
Zitat von PrimpfmümpfPrimpfmümpf schrieb:Der ermittelte Ort entspricht der Unschärfe?
Ab wann wäre der Ort schärfer, oder andersrum, ab wann wäre der Ort ermittelt, wenn es nicht die räumliche Abgrenzung des Elements ist?

Oder der nicht ermittelte Ort? Wie kann den dessen gegebende Unschärfe ermittelt werden.
Man kann den Ort gar nicht genau ermitteln, da er unscharf ist.

Die Unschärfe lässt sich mit der Unschärferelation ermitteln :
Wikipedia: Heisenbergsche Unschärferelation

vereinfacht kann man das so beschreiben:
deltaX*deltaP>=k
(wobei k eine Konstante Zahl ist, und deltaX die Ortsunschärfe und deltaP die Impulsunschärfe)
Es gibt also nicht nur eine Ortsunschärfe sondern auch eine Impulsunschärfe. Sie sind zueinander indirekt proportional. Wenn das eine größer wird, wird das andere kleiner und umgekehrt.

Das ganze ist so zu verstehen: Wenn man versucht den Ort eines Teilchens möglichst genau zu ermitteln, wird seine Energie immer unschärfer (also weniger bestimmt). Der Witz an der Sache ist das es sich hierbei nicht um ein "Messproblem" handelt. Das Teilchen hat tatsächlich keinen klaren Impuls bzw. keinen klaren Ort. Was z.B. dazu führt das ein Teilchen einfach durch den Unschärfe Effekt auf die andere Seite einer unüberwindbaren Barriere gelangen kann (Tunneleffekt).
Zitat von PrimpfmümpfPrimpfmümpf schrieb:Ich rede nicht von reflektierenden Photonen, sondern von reflektierenden Elementen in der Umgebung des Photons.

Beschreibe du mir doch mal den Unterschied zwischen Lichtreflektion und Lichtabsorption?
Klar das Photonen nicht reflektieren können, sie werden reflektiert.

Der Unterschied ist ganz einfach: Bei der Reflektion wird das Licht von einem Objekt zurückgeworfen (es "prallt ab"), und zwar in eine bestimmte vom Einfallswinkel abhängige Richtung.
Bei der Absorbtion wird das Licht von dem Objekt aufgenommen ("geschluckt") und gibt seine Energie an das Objekt ab.
Zitat von PrimpfmümpfPrimpfmümpf schrieb:Warum den nicht? Eis "ist" auch Wasser. Und aus was besteht die Welle? Kann man sie nur beschreiben oder sehen?
Der Vergleich hinkt etwas, und zwar dadurch, dass Eis keine elementare (also nicht mehr weiter teilbare) Einheit von Wasser ist.

Vielleicht kann man es so sehen das eine Lichtwelle aus mehreren Photonen besteht wenn man unbedingt will.
Aber es macht nicht wirklich Sinn, alleine schon da gewöhnliches Licht aus einer vielzahl von verschiedenen Wellenlängen besteht.


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Wie viele Photonen gibt es in einem Lichtstrahl?

13.10.2011 um 13:05
@Primpfmümpf
Zitat von PrimpfmümpfPrimpfmümpf schrieb:Da kommt die Frage warum sie nicht eine allgeimeine feste Größe haben könnten.
Es ist so ähnlich wie die Frage nach der Farbe von Atomen. Nur weil man z.B. eine weisse Wand sieht heißt es ja nicht das die Atome in der Wand weiß sind. Atome haben keine Farbe im herkömmlichen Sinn. Wenn man allerdings das Verhalten/die Eigenschaften der Atome/Moleküle der Wand untersucht erkennt man warum eine Wand weiß ist oder z.B. ein Blatt vom Baum grün.
D.h. man kann Farben erklären ohne das man je Farben gesehen hat in dem man sich auf elektromagnetische Wellen bezieht und den Absorbtions- und Emissionseigenschaften von Atomen und Molekülen.
Alles sind Modelle und Photonen sind weder Welle noch Teilchen. Sie sind irgendwie beides, und doch keines von beidem, je nachdem wie man es untersucht. Sie befinden sich in einem bestimmten Raum haben aber keinen scharfen Grenzen.

Sie sind ein Modell von Menschen erschaffen. Aber, und das macht sie real, sie sind messbar. Es gibt etwas das emittiert wird wenn Ladung bewegt wird. Wie die Menschen das nennen ist völlig wurscht, man könnte auch sagen ein ein Hurz oder ein tüdeldie, es würde nichts ausmachen.


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16.10.2011 um 22:38
@naas
@mojorisin
Mann kann ein Photon nicht untersuchen bzw messen wenn es bereits auf den Sehnerv eingetroffen ist. Und das müsste für jedes Photon gelten. Sagt mir wie man ein (wahrscheinlich von anderen Photonen->)reflektierendes Photon untersucht, oder zumindest in was für ein großen Radius sich der unscharfe Ort befinden soll.


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17.10.2011 um 00:00
@Primpfmümpf

Ich möchte nochmal kurz etwas zur Unschärfe sagen:
Die Unschärefrelation von Heisenberg sagt das die Ungenauigkeit des Ortes eines Teilchen multipliziert mit der Ungenauigkeit des Impulses (der abhängt von der Geschwindigkeit) eines Teilchens minimal die Hälfte des reduzierten Planckschen Wirkungsquantums sein kann.

Nun was heißt das genau:

Ungenauigkeit des Ortes:

Jedem Teilchen kann nach De-Broglie eine Wellenlänge zugeteilt werden.
Wikipedia: De-Broglie-Wellenlänge
Diese Wellenlänge beschreibt den quantenmechanischen Zustand eines Teilchen im Ortsraum.
Im mathematisch einfachsten Fall ist eine Wellenfunktion ein Kosinus (oder Sinus)
Ein Beispiel wäre die Wellenfunktion psi eines Teilchens mit
psi(x) = cos(2*pi*f/c*x) wobei f die Frequenz ist und x der Ort.
Quadriert man diese Funktion ergibt sich der Wert wie hoch die Wahrscheinlichkeit das Teilchen an einem bestimmten Ort zu finden. Da der Kosinus unendlich ist ist dass Teilchen praktisch "unendlich breit" da es überall eine bestimme Wahrscheinlichkeit hat außer an den Nullstellen der Kosinusfunktion.

Ungenauigkeit des Impulses:

Der Impuls eines Teilchens berechnet sich ebenfalls nach De-Broglie mit
p = h/c * f mit f als Frequenz, h ist Wirkungquantum und c ist LG.
Somit ist der Impuls eine Funktion der Frequenz eines Teilchens oder besser ausgedrückt der Zustand eines Teilchens im Frequenzraum.
Nun nehmen wir das Teilchen von vorher das wir mit dem Kosinus beschrieben haben. Der Kosinus hat eine feste Frequenz.

Was wir nun haben ist ein Teilchen mit einem genau definierten Impuls (Geschwindigkeit) (einen Wert für f) aber über einen unendlich breiten Ort verteilt. Das macht physikalisch keinen Sinn. Das Ort muss ist ja schließlich in einem bestimmten Ortsbereich eingeschlossen. Nun wie sieht das aus für die Kosinunswellenfunktion? Diese Funktion müsste z.B. aussehen wie eine Rechteckfunktion im Ortsraum und außerhalb der Grenzen müssen die Werte für die Funktion 0 werden.

Nun mit der Fourierreihe ist das (fast) kein Problem. Wir können eine angenäherte Rechteckfunktion durch Addition von mehreren Kosinusfunktionen erhalten (man erhält dan ein Wellenpaket).
Wikipedia: Fourierreihe

Sofort fällt aber dann auf das man dann automatisch mehrere Frequenzen bekommt! Und je ganauer man die Rechteckfunktion approximieren möchte umso mehr Kosinusfunktionen benötigt man, aber auch umso mehr Anteile höherer Frequenzen bekommt man.
Will man die exakte Rechteckfunktion benötigt man unendlich viele Kosinusterme. Der Ort ist dann zwar nun genau definiert aber man hat unendlich viele Impulsanteile. Egal was man macht entweder ist der Impuls oder der Ort scharf aber nie beides zusammen.

Nun das Stichwort hier ist nun Fourier-Transformation mit der man von dem Ortsraum in den Frequenzraum umrechnen kann.
Interessant ist hierbei die Delta-Funktion.
Wikipedia: Delta-Funktion
Diese hat nur einen Wert an einer Stelle und ist sonst null. Das ist doch nichts anderes als vorher mit dem Kosinus der nur eine Frequenz hat. Und das ist in der Tat so. Die Delta-Funktion im Frequenzraum hat eine Fouriertransformierte die unendlich breit ist im Ortsraum und umgekehrt. Die Deltafunktion im Ortsraum hat eine unendlich breit Fouriertransformierte im Frequenzraum.

Nun all das ist bisher im Prinzip nicht anderes als Nachrichtentechnik:
Wikipedia: Unschärferelation der Nachrichtentechnik
http://www.nv.et-inf.uni-siegen.de/pb2/teaching/ant/skript/ant_skript_10_2002.pdf

Heienbergs Verdienst war natürlich die Unschärfe des Ortes und des Impulses mit dem Planckschen Wirkungsquantum in Verbindung zu setzten.


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Wie viele Photonen gibt es in einem Lichtstrahl?

17.10.2011 um 01:22
Und nochmal, man kann das "Photon", oder besser gesagt kein Lichtobjekt finden was keine Masse hat, weil es nicht reflektiert werden kann. Und selbst wenn es Masse hätte, wäre es zu schnell unterm Mikroskop. Was ich indirekt damit sagen will ist, dass es alles nur aus faktischen Postulierungen angeblich existieren soll. Sowie ich gerade las, das der gute Herr Einstein gedacht haben soll, dass elektromagnetische Strahlung mit einer Frequenz aus teilchenartigen Objekten besteht, wobei jedes dieser Energiequanten eine Energie besitzt. Was ist denn für die Frequens eines Teilchens verantwortlich?

Ebenso steht nirgendo was denn die Naturkonstante eines "Planckschen Wirkungsquantums" genau ist. Welcher physikalische Wert ist denn da diskret konstant? Das was es sein soll ist vielleicht "h" oder "Js" in einer Formel.

Da kann jeder kommen und sagen dass ich es ja auch nicht verstehe weil ich kein Wissenschaftler in diesem Bereich bin. Aber ich weiß das selbst einige mit Hinweisungen auf Links und Formeln nicht wissen was das scheinbar richtige Ergebniss bedeuten soll, worauf es sich bezieht.


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Wie viele Photonen gibt es in einem Lichtstrahl?

17.10.2011 um 11:02
@Primpfmümpf
Zitat von PrimpfmümpfPrimpfmümpf schrieb:Und nochmal, man kann das "Photon", oder besser gesagt kein Lichtobjekt finden was keine Masse hat, weil es nicht reflektiert werden kann. Und selbst wenn es Masse hätte, wäre es zu schnell unterm Mikroskop.
Also was willst du damit sagen? Was soll Masse mit Reflektion zutun haben? Photonen genauso wie massebehaftete Teilchen können reflektiert werden.
Zitat von PrimpfmümpfPrimpfmümpf schrieb:Sowie ich gerade las, das der gute Herr Einstein gedacht haben soll, dass elektromagnetische Strahlung mit einer Frequenz aus teilchenartigen Objekten besteht, wobei jedes dieser Energiequanten eine Energie besitzt.
Das mit der De-Broglie Wellenlänge habe ich erklärt. Die Frequenz eines Teilchens hängt direkt mit dessen Wellenlänge zusammen. Wellenlänge = c/f. Jede Wellenfunktion eines Teilchens ist eine Zustandsfunktion im Ortsraum. Diese hängt ab von der Wellenlänge und damit der Frequenz. Funktion im Ortsraum und im Frequenzraum sind voneinander abhängig.
Für die Frequenz eines Photons ist z.B. der Energieübergang zuständig aus dem es entsteht. Siehe z.B. Lichtwellenlänge eines Halbleiterlasers und dessen Bandgap.
Wikipedia: Laserdiode

Dennoch hat natürlich jedes Teilchen eine mehrer Frequenzanteile da es ein Wellenpaket ist und nicht unendlich ausgedehnt. Auch wieder hier Fourier-analyse/-reihe/-transformation macht das sehr verständlich. Wenn man den Zusammenhang einer Funktion im Ortsraum und der Fouriertransformierte im Frequenzraum verstanden hat wird vieles klar.
Zitat von PrimpfmümpfPrimpfmümpf schrieb:Ebenso steht nirgendo was denn die Naturkonstante eines "Planckschen Wirkungsquantums" genau ist. Welcher physikalische Wert ist denn da diskret konstant?
Für Max Planck war es zunächst nur ein Hilfskonstante.
Max Planck führte die Konstante h (von Hilfsgröße) im Jahr 1900 zunächst nur als Hilfsmittel zur Lösung des Problems der Strahlungsverteilung schwarzer Körper (auch bezeichnet als Schwarzkörper- oder Hohlraumstrahlung) ein
Wikipedia: Wirkungsquantum
http://www.uni-protokolle.de/Lexikon/Plancksche_Konstante.html (Archiv-Version vom 05.12.2012)


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