Licht als elektrisches Kraftfeld – Ein weites Feld

Beim Stöbern in alten Dokumenten ist mir eine PDF-Vortragsfolie zur Wechselwirkung von Licht mit Materie in die Hände gefallen. Es ging um Laserphysik. Wenn man genau wissen möchte, wie und warum ein Laser funktioniert, dann kann es hilfreich sein, die Größenverhältnisse zu kennen. Das Bild stellt ein Atom im Vergleich zu einer elektromagnetischen Welle grünen Lichts dar.

Atom im Licht

Ein Vergleich von Lichtwellenlänge und Atom.

Das Atom ist dabei durch das Logo meiner Website nur angedeutet. Ich möchte weder behaupten, dass ein Atom eine graue Kugel sei, noch, dass in ihm Elektronen auf Bahnen umlaufen. Das Rutherford’sche Atommodell vom Anfang des zwanzigsten Jahrhunderts war schon damals wenig glaubhaft. Wesentlich und einzig in diesem Bild beabsichtigt ist die Aussage, dass ein Atom etwa ein Angström groß ist. Das ist ein Zehnmillionstel Millimeter. Das war es auch schon, was ich in diesem Beitrag über Atome schreiben wollte. Im  Folgenden geht es um klassische Physik. Genauer um klassische Feldtheorie.

Wenden wir uns also dem zweiten Objekt auf dem Bild zu, der Welle. Der obere, etwas gebogene Strich ist ein Ausschnitt aus einer Sinuswelle, die die Lichtwelle darstellen soll. Und da das ganze Maßstabsgerecht ist und eine Lichtwelle etwa fünftausend Mal größer ist als ein Atom, fällt der Ausschnitt aus der Sinuswelle sehr klein aus. Man kann kaum erkennen, dass sie sich überhaut wellt. Das ist der springende Punkt dieser Grafik.

Eine Lichtwelle ist für ein Atom so groß, dass dieses die Welle nicht als solche erlebt. Für das Atom ist sichtbares Licht ein zeitlich variierendes elektrisches Feld. Die Frequenz dieses Feldes ist für unsere Messgeräte ziemlich groß. Sechshundertbilliarden Schwingungen des Feldes erlebt das Atom in der Sekunde. Aber ein Atom ist klein und seine Elektronen sind stark gebunden. Es fällt dem Atom nicht schwer dieser Schwingung zu folgen.

Es gibt drei Gründe, warum man die Wechselwirkung von Licht mit Materie recht gut berechnen kann: Das Atom ist viel kleiner als die Wellenlänge, so dass man es als Teichen in einem schwingenden Feld betrachten kann. Die Schwingung ist langsam genug, dass das Atom mitschwingen kann. Die Felder des sichtbaren Lichts sind in der Regel verglichen mit den Bindungskräften im Atom recht schwach. Licht ist also, zumindest für ein Atom, ein schwingendes, schwaches Feld, dem man folgen kann.

Was aber ist ein Feld?

Der Feldbegriff ist in der Physik sehr vielseitig und er kann von auf zwei sehr verschiedene Arten eingeführt werden. Das Feld ist einerseits ein mathematisches Hilfsmittel zur Beschreibung räumlich verteilter Größen. Felder leisten aber auch große Dienste als Kraftfelder in physikalischen Theorien wie der Elektrodynamik und der allgemeinen Gravitationstheorie. Hier reicht es, sich ein Feld als eine mathematische Größe in der theoretischen Physik vorzustellen. Ein Modell also.

Wann immer es eine Größe gibt, die über eine Fläche oder eine Raum verteilt sind, brauchen wir in der theoretischen Physik Felder. Ein Feld ist einfach eine mathematische Funktion, die jedem Punkt einer Fläche oder eines Raumes irgendwas zuweist. So kann die Temperaturverteilung auf einer Herdplatte als zweidimensionales Feld aufgefasst werden. Und wenn man weiß, an welchen Stellen wie viel Heizleistung erbracht wird, wie sich Wärme über die Platte verteilt und wie die Kühlung der Platte von der Temperatur abhängt, kann man mit dem Feldbegriff eine Menge anfangen. Die Temperaturverteilung auf der Herdplatte braucht genau einen Wert an jedem Ort.

Aber zurück zum Licht. Das Bild von der Welle führt oft zu Missverständnissen. Wenn die Photonen auf Wellenlinien unterwegs sind, so werde ich manchmal gefragt, müssten sie sich dann nicht schneller als Lichtgeschwindigkeit bewegen? Läuft Licht Slalom? Das Bild einer Sinuswelle ist für Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vertraut, für Laien aber manchmal verwirrend. Nach oben und unten ist hier nämlich nicht, wie bei einer Wasserwelle, eine räumliche Auslenkung gemeint. Gemeint ist die Stärke des elektrischen Feldes entlang eines Lichtstrahls. Also entlang der Ausbreitungsrichtung der Welle im Feld. Neben dem Irrum, Licht pflanze sich wellenförmig statt geradlinig fort, führt das Bild der Sinuswelle noch zu dem Fehlschluss, der Feldverlauf auf einer Linie reiche aus, um das Phänomen Licht zu erklären. Spätestens wenn Interferenz ins Spiel kommt, wird das aber problematisch.

Atom im Licht

Das zeitabhängige Feld eines schwingenden Dipols.

Ein besseres Bild vom Licht bekommt man, wenn man das zeitlich veränderliche Feld darstellt. Mein zweites Bild ist die Veranschaulich solch eines Feldes. Es ist ein Schnitt durch eine Ebene, in deren Mitte sich ein schwingendes Atom oder eine Dipolantenne befindet. Egal was in der Mitte das Feld verursacht, entscheident ist, dass hier die Ladungen auf und ab schwingen.

Auch dieses Bild zeigt nur einen Teilaspekt der Welle. Es inoriert zum Beispiel. dass das Feld mit wachsendem Abstand vom Sender stark an Intensität verliert. Außen dürfte das Gelb also nicht mehr so satt sein. Der größte Fehler dies Bildes ist aber, dass nur die stärke des elektrischen Feldes dargestellt wird. Ein elektrisches Feld hat aber zudem eine Richtung. Es ist ein Vektorfeld. Man könnte mit einem ganz ähnlichen Bild eine Schallwelle darstellen, indem man die Druckverteilung der Luft zeitabhängig aufzeichnet. Die gelben Bereiche wären dann die Orte hohen Schalldrucks. Und Druck ist eine einfache Größe, die durch einen einfachen Wert angegeben werden kann.

Dipolfernfeld

Das Fernfeld eines Dipols.

Licht ist in einem wesentlichen Aspekt komplizierter als Schall. Es ist eine Welle eines Kraftfeldes und die elektrische Kraft hat außer einer Intensität auch eine Richtung. Wenn man Licht als transversale Welle bezeichnet, dann meint das, dass die Richtung der Kraftwirkung des elektrischen Feldes nicht in die Richtung der Wellenausbreitung erfolgt, sondern quer zu dieser Richtung. Genauer: In die Richtung, in die auch die das Feld verursachende Ladung schwingt. Das ist in meinem dritten Bild dargestellt. Hier sieht man einen Schappschuß der Feldverteilung, wobei die Stärken und Richtungen des Feldes and ausgewählten Positionen durch Pfeile dargestellt sind. Je länger der Pfeil, desto stärker das Feld und die Länge des Pfeils ist proportional zur elektrischen Kraft. Auch hier musste ich die schnelle Abnahme des Feldes mit dem Abstand vom Sender vernachlässigen, weil sonst die Pfeile außen kleiner als ein Punkt wären oder die innen so lang, dass man nichts mehr erkennen kann. Aber jeweils auf einem Kreis um den Mittelpunkt sind die Pfeillängen vergleichbar. Man sieht also, dass das Feld in der Ebene quer zur Ladungsschwingung am stärksten ist und dass es genau über oder unter der Antenne klein ist. Das ist der Grund, warum der Empfang unter einem Fernsehturm nicht besonders gut sein muss.

Über Felder und Licht könnte ich noch einiges Schreiben, aber irgendwann muss auch dieser Blogbeitrag abgeschlossen werden. Ich habe in der Einleitung gezeigt, wie viel kleiner ein Atom ist als eine Lichtwelle. Das macht Atome zu perfekten Proben um die Eigenschaften des elektrischen Feldes im Licht zu messen. Dass Licht eine Transversale Welle ist und in welche Richtung das Kraftfeld einer Lichtwelle schwingt, lässt sich durch die Wechselwirkung mit atomaren Gasen, aber auch mit Atomen, die in Kristallgittern eingebaut sind, gut experimentell erkunden. Atomphysik und Optik sind heute Teilgebiete der Physik, die kaum noch trennbar sind. Wir wissen viel über das Licht, weil Licht das Mittel der Wahl ist, Atome zu manipulieren.

Außerdem zeigt dieser Beitrag vielleicht, dass es wertvoll sein kann, ein physikalisches Konzept mit mehr als nur einem Bild zu vermitteln. So kann man Analogiefallen vielleicht vermeiden, sicher aber in ihrer Wirkung abschwächen.

Veröffentlicht von

www.quantenwelt.de/

Joachim Schulz ist Gruppenleiter für Probenumgebung an der European XFEL GmbH in Schenefeld bei Hamburg. Seine wissenschaftliche Laufbahn begann in der Quantenoptik, in der er die Wechselwirkung einzelner Atome mit Laserfeldern untersucht hat. Sie führte ihn unter anderem zur Atomphysik mit Synchrotronstrahlung und Clusterphysik mit Freie-Elektronen Lasern. Vier Jahre hat er am Centre for Free-Electron Laser Science (CFEL) in Hamburg Experimente zur kohärenten Röntgenbeugung an Biomolekülen geplant, aufgebaut und durchgeführt. In seiner Freizeit schreibt er zum Beispiel hier im Blog oder an seiner Homepage "Joachims Quantenwelt".

35 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. Ein weites Feld voller Fragen

    Die Wechselwirkung von Licht und Materie wird in diesem Artikel auf die Wechselwirkung von Atomen mit dem dynamischen elektromagnetischen Feld einer Lichtwelle zurückgeführt, wobei das oszillierende elektrische Feld scheinbar die Hauptrolle bei der Wechselwirkung spielt und das Grössenverhältnis von Wellenlänge des sichtbaren Lichts zur Grösse der interagierenden Atoms bewirkt, dass wir von allen Eigenschaften von Licht (z.b. Wellencharakteristik) auf Atomebenen nur noch das oszillierende elektrische Feld berücksichtigen müssen.
    All das wird im Artikel so zusammengefasst: Ich habe in der Einleitung gezeigt, wie viel kleiner ein Atom ist als eine Lichtwelle. Das macht Atome zu perfekten Proben um die Eigenschaften des elektrischen Feldes im Licht zu messen.

    Fragen:
    – Im Artikel führt die Wechselwirkung von Atomen mit dem elektrischen Feld des Lichts zu Atomen, die schwingende Dipole sind. Doch Einzelatome sind unpolar. Es müsste sich also um einen induzierten Dipol handeln, oder etwa nicht?
    – Ist die Wechselwirkung von Licht mit Atomen in Wirklichkeit nicht vor allem eine Wechselwirkung von einzelnen Elektronen der Atomhülle, was sich in Absorption und induzierter Emission äussert?
    – Wenn das elektrische Feld des Lichts ganze Atome beeinflusst (also nicht etwa nur die Elektronen der Atome), wäre dann die Wechselwirkung von Licht mit Molekülen nicht noch viel stärker, denn viele Moleküle sind stark polar?
    – Was ist ein physikalisches Feld im Gegensatz zum mathematischen Modell eines Feldes? Wird in einem physikalischen Feld das Feld über „Feldteilchen“ vermittelt, also über Feldquanten?

  2. @ Holzherr

    Einzelatome wie Wasserstoffatom sind nicht wirklich unpolar obwohl elektrisch neutral. Das Stichwort induz. Dipol ist schon richtig, aber ein H-Atom hat z.B. nur eine zeitlich gemittelte verschwindende Polarität, zu einzelnen Zeitpunkten existiert ein Dipolmoment, was der tiefere Grund für Van der Waals Kräfte zw. unpolaren Atomen/Molekülen ist.

    Licht kann mit freien einzelnen Elektronen (z.B. Compton-Streuung) oder aber mit gebunden Elektr. wechselwirken. Bei letzterer treten Absoprtion, spontane und induzierte Emission auf die z.B. LASER ermöglichen wg. diskreten Energiespektrum. Das osz. elektr. Feld ist jetzt nicht das Hauptkriterium, sondern die „Energieportion“ der Photonen, beides ist ja aber miteinander verbunden (Wellenlänge). Das osz. Feld des Photons kann das Atom/Molekül nur dann anregen, wenn der Energiezustand vorhanden und frei ist. Dipolmoment ist also notwendig aber nicht hinreichend. Die Übergangswahrscheinlichkeit wird dann auch mathematisch über ein Dipolmatrixelement qm. berechnet. Afaik nur wenn sich das Dipolmoment magnetisch oder elektrisch ändert sind die Übergangswahrscheinlichkeiten hoch wie gesagt die Energiebedingung vorausgesetzt.

    Moleküle sind in der Tat stärker polar, aber sowohl elektrisch als auch magnetisch. Das Spektrum von Molekülen ist dichter als von einatomigen Elementen, es gibt mehr mögliche Übergänge aufgrund mehrerer Freiheitsgrade des Moleküls (Rotation, Schwingung der Atome um-, gegeneinander) und damit mehr versch. Energiezustände und Dipolmöglichkeiten.

    Die letzte Frage ist imho nicht eindeutig zu beantworten bzw. verfrüht. In qm. Modellen geht man davon aus, dass Kräfte über Wechselwirkungsteilchen ausgetauscht werden soweit ich das Standardmodell kenne und versteh. Das WW-Teilchen für die Gravitation (Graviton oder Higgs-Boson bzw. Higgs Feld) wurde noch nicht gefunden obwohl man es jetzt am CERN wohl finden können sollte bei erreichbaren Energien. Hier scheint ja auch die Frage eine Rolle zu spielen, durch was für einem math. Raumtyp man versucht diese Kräfte zu modellieren und begründen. Ein Feld ist ja ohne Dimensionalität nicht zu denken.

    Natürlich muss man immer Begriffe versuchen zu definieren um als Mensch neue Ideen fassen zu können, aber in der Praxis der Ausarbeitung einer Idee kann hier dann die Definitionsgrenzen schnell wieder aufgeweicht werden. Ich denke der Feldbegriff ist so ein Fall, beständige Eigenschaften eines Feldes wären imho Dimensionalität und Symmetrieeigenschaften, Stetigkeit oder Singularitäten erlaubt, diskret oder kontinuierlich, solche math. Feldeigenshcaften haben höchstwarhscheinlich drastische Auswirkungen auf physik. Feldmodelle. Alles andere ist math. künstl. Freiheit 😉 was man an den verschiedensten Theorien zu vereinheitlichenden GUT Theorien ja sieht.

  3. Zwei Laienfragen:

    Wie kann der Austausch von virtuellen Photonen eigentlich die elektrostatische Anziehungskraft erzeugen?

    Müssten die virtuellen Photonen dann nicht einen negativen Impuls haben?

    Ist die folgende Berechnung der Reichweite virtueller Photonen in Bezug auf ihre Wellenlänge richtig, und was bedeutet das Ergebnis in der Realität?

    http://members.chello.at/….bednarik/VIRTPHOT.PNG

  4. @Martin Holzherr und ursuppe

    Wenn man es mit moderaten Lichtintensitäten, also alles von Nachttischlampe bis Schweißlaser zu tun hat, braucht man sich um Photonen keine Gedanken zu machen. Die Wechselwirkung des Lichts mit Atomen kann im Wellenbild verstanden werden und die quantisierte Absorption und Emission von Licht lässt sich problemlos mit den Quanteneigenschaften des Atoms erklären. Das Photonenbild braucht man nicht zu bemühen.

    Wie ursuppe schon schreibt, handelt es sich bei Atomen als ganze um polarisierbare und schwingfaehige Systeme.

    Im Bereich sichtbarer Wellenlaengen hilft die statische Polarisierung von Molekülen eher nicht, weil die der Schwingung nicht folgen können. Molekuelschwingungen finden eher im Infrarotbereich statt.

    Das physikalische Feld hat natürlich die selben Eigenschaften, wie das mathematische Modell. Nur, dass man den Schritt geht, das Feld selber als ein Objekt der physikalischen Welt zu postulieren und nicht als Beschreibung von Eigenschaften anderer Objekte. Das Feld Luftdruck beschreibt ja eindeutig eine Eigenschaft des Gases. Beim elektrischen Feld ist das nicht klar. Ist das elektrische Feld selbst etwas, oder ist es eine Eigenschaft des Raums? Zumindest in diesem Beitrag möchte ich das offen lassen.

  5. Photonen in gewissen Situationen real?

    Sind Photonen real oder nötig um physik. Phänomene zu erklären? Joachim will nach Möglichkeit auf Photonen verzichten. Dies deutet sich im Kommentar vom 23.05.2011 an, Zitat:Wenn man es mit moderaten Lichtintensitäten, also alles von Nachttischlampe bis Schweißlaser zu tun hat, braucht man sich um Photonen keine Gedanken zu machen.
    Im Artikel Ist Physik eine Realwissenschaft? liest man dazu:

    Ein Photon ist nämlich nicht direkt ein Objekt der realen Welt. Es ist ein Objekt der mathematischen Modelle, mit denen die Natur beschrieben wird. Das Photon ist die elementare Anregung eines elektromagnetischen Feldes.

    Der Satz Das Photon ist die elementare Anregung eines elektromagnetischen Feldes. stammt aus der deutschen Wikipedia. In der englischen Wikipedia liest man dagegen:
    In physics, a photon is an elementary particle, the quantum of the electromagnetic interaction and the basic unit of light and all other forms of electromagnetic radiation.

    Photonen als Quantenobjekte, die die elektromagnetische Wechselwirkung vermitteln – vor allem natürlich die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie, das scheint schon sinnvoll und in gewissen Situationen – eben bei solchen Materie-Licht-Wechselwirkungen – scheinen Photonen durchas etwas reales an sich zu haben. Auch die spontane Paarbildung, bei der ein energiereiches Photon im Feld eines Hüllenelektrons oder im Feld des Kerns in ein Positron und ein Elektron umgewandelt wird, scheinen mit Photonen als Teilchen leichter erklärbar.

  6. @Martin Holzherr

    Sie missverstehen mich. Ich möchte nicht grundsätzlich auf Photonen verzichten, ich zeige nur auf, wie weit man die Physik von Licht auch schon in der klassischen Näherung gut verstehen kann.

    Mein Satz „Das Photon ist die elementare Anregung eines elektromagnetischen Feldes.“ stammt übrigens nicht aus der Wikipedia. Ich habe ihn selbst formuliert. Hätte ich ihn aus der Wikipedia zitiert, so hätte ich ihn in Anführungsstriche gesetzt und eine Quelle angegeben.

  7. Photonen sind Wellen UND Teilchen

    @ Holzherr

    in nem anderen Post hier gibts ja gerade ne Riesen-Diskussion ob Religion/Religiösität genau definierbar ist und die Implikationen aus der Unschärfe der Definition.

    Anhand der Termini in der Physik kann man das Problem m.M. ganz gut analysieren und lösen. Das phys. Feld ist erstmal ein rein math. Konzept, wie z.B. bei der
    Molekularfeldtheorie
    Das Feld existiert nicht real sondern als „Rechentrick“ um physik. Probleme zu vereinfachen und approximativ überhaupt lösbar zu machen. Die meisten realen Objekte in der Physik sind oft auch mit der Möglichkeit einer direkten exp. Messbarkeit verbunden, genannt Observablen (Impuls, elekr. Strom z.B.). Das Photon kann durch Felder beschrieben werden, aber auch als Teilchen je nachdem in welcher konkreten Situation man es untersucht. Ob Photonen wirklich existieren ist nicht die Frage, die Frage ist was die wahre Natur eines Photons ist, sein „Wesen“ und wie weit unser math. Konzept davon noch differiert. Ein besseres Konzept als den Welle-Teilchen Dualismus hat man aber bisher nicht gefunden.

    Zieht man jetzt die Parallele zu Religiösität als Observable, wäre die Frage wie misst man sie, im einfachsten Fall Individueen fragen ob sie religiös sind, worunter aber wohl jeder was anderes versteht. Die Frage ist dann, ob die Konstruktion solch einer schlechten Observable, deren Veränderung mann auch noch über die Zeit bei evolutionärer Entwicklung messen will wirklich Sinn macht, da der kleinste gem. Nenner von religiös sein sich auch über die Jahrtausende und -hunderte stetig ändert. Wenn es keine gem. Definition und Messvorschrift gibt, sollte man die Observable ad acta legen und über neue Konzepte nachdenken. Z.B. Religiösität als soziale Funktion zwischen mehreren Menschen und individuelle vernachlässigen, tun einige ja scheinbar auch. In der Physik hat es oft zum Erfolg geführt eben nicht das Ganze als Summe seiner Teile verstehen zu versuchen, was math. und messtechnisch oft nicht lösbar ist, sondern konzeptuelle Grössen (keine direkten realen Observablen!) wie z.B. Entropie oder Felder einzuführen. Die Frage ob Entropie real ist ist so sinnlos als ob emergente Eigenschaften real sind, aber das Konzept macht wiederholbare exakte Messungen möglich.

    Das Konzept der Religösität ist viel zu allgemein und kontinuierlich überfliessend in andere/gegensätliche Eigenschaften, als dass daraus m.M. wirklich wiss. Wissen/Vorhersagbarkeit deduzierbar ist. Gerade in den Sozialwissenschaften und bei immer grösser werdeneder sozialer Dichte in Grossstädten muss man sich von Ableitung kausaler Zushg. m.M. verabschieden und abstrakte statistische Ansätze bemühen, darin sind aber kaum Sozialwiss annäherend genug ausgebildet. Oft sind mehrere Nebenbedingungen notwendig statt dem EINEN hinreichenden kausalen Faktor, die Physik komplexer Systeme zeigt zudem, dass jedes andersartige komplexe System seine ganz eigenen Gesetze mit sich bringt und es keinen übergreifenden math. Formalismus gibt. Egal wie man Konzepte und Observablen definiert, sie sollten definitiv zeitunabh. Charakter haben, damit sie ähnlich dem Licht-Äther in der Physik auch nicht umgedeutet werden können und nicht beständig wie Religiösität umdefiniert und -interpretiert wird. Sonst ist der wiss. Nutzen gering bis null…

  8. Licht

    Hallo Leute,

    es wäre doch sicherlich sinnvoller sich nicht mit althergebrachten Dualismen, entsprungen aus falschen Vorstellungen, rumzuschlagen.
    Die „Verwendung“ von Feldern, Joachim hat es ja ganz gut beschrieben dass es sich dabei nur um Ortsfakorensammler handelt, ist nicht gerade hilfreich und lenkt komplett ab.
    Lenkt von dem ab was Licht ist.
    Licht ist ein rein mechanischer Vorgang von der Erzeugung, der Übertragung, bis hin zur Detektion.
    Ohne schwingende Bausteine gibts kein Licht.
    Das gilt für Funk und Licht gleichermassen.
    Es ist ja auch das selbe.
    Nur die Resonanzkörper sind verschieden.

    Die Wellenvorstellung ist ebenso falsch wie die Teilchenvorstellung.
    Beide führen in die Irre und entsprechen nicht dem was ist.
    „Licht“ ist longitudinale Druckweiterleitung im Medium.

    Gruss Kurt

  9. Auf/ab Elektronen

    Hallo Joachim,
    ——————-
    entscheident ist, dass hier die Ladungen auf und ab schwingen
    ——————

    könntest du das etwas genauer darlegen.
    Wie schwingen die Ladungen am Vertikal-Dipol?

    Das soll einen Halbwellendipol darstellen.

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    Die — stellen die Einspeiseleitung dar.

    Hier die momentane Richtung der Elektronenbewegung auf der Leitung zum Dipol

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    Nun noch die Bewegung am Dipol dazu.
    Das soll eine Momentaufnahme sein.

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    So ähnlich wird es in Büchern beschrieben.
    Ist das so richtig oder sind die Bewegungen anders, also verschieden innerhalb eines Dipolarmes.
    Gruss Kurt

  10. oje

    Die eine Hälfte der Speiseleitung wurde -verschluckt-

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    —- Pfeile nach rechts
    —- Pfeile nach links
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    Kurt

  11. @Kurt

    Licht unterscheidet sich von einer Druckwelle (also dem Schall) darin, dass es eine Transversalwelle ist. Die elektrischen Feldstärken stehen senkrecht zur Ausrichtung. Das kann man experimentell nachweisen. Zum Beispiel über Polarisationsmessungen oder über Reflexionen an Oberflächen.

    Wenn du hier das Gegenteil etablieren möchtest, braucht es mehr als ein Behauptung.

  12. Elektrotechnik vs. Physik

    Kurt, dein Bild vom Photon scheint mir sehr der Elektrotechnik entlehnt zu sein, da hat man es ja oft mit Dipolen und Schwinungen zu tun.

    Aber in der Physik wird das noch weitaus elementarer untersucht, bein erwähnten Compton-effekt wird z.B. das Photon als Impulsteilchen betrachtet und es funktioniert. In der Streutheorie verwendet man die qm Wellenfunktion. Das ist alles andere als althergebracht und wird noch immer so gelehrt weil es keine Alternative gibt.

    Mit dem schwingenden Dipol kann man schon nicht nachgewiesene Effekte wie Paarerzeugung in der Hochenergiephysik erklären. Es stellt sich ja die Frage, ab wann entstehen z.B. einzelne Elementarteilchen, Photonen, Elektronen bei solchen Erzeugungs- und Vernichtungsprozessen. Mit dem schwingenen Dipol kannst du da nix erklären, da braucht es schon weit komplexere Konzepte und Modelle. Quantenfeldtheorie und schlimmeres 😉

  13. @Joachim Licht

    du schreibst:
    ———————
    Licht unterscheidet sich von einer Druckwelle (also dem Schall) darin, dass es eine Transversalwelle ist.
    ———————

    Ich hab nach der Amplitude gefragt, da gibts keine.
    Jede Transversalwelle hat, so wie z.B. eine Wasseroberflächenwelle oder eine Seilwelle, eine Amplitude.
    Die von Funk/Licht haben keine, denn da gibts keine Transversalwelle.
    Der Unterschied zwischen Schall und Licht ist nur der dass bei Schall Materie dazwischengeschaltet ist, bei Licht nicht.
    Die Schallerzeugung geschieht mit Materie, die Lichterzeugung ebenfalls.

    Die angebliche Erzeugung der Transversalwelle beim/am Dipol ist physikalisch nicht so möglich wies beschrieben wird.
    Ausserdem würde sich eine Strahlung in Längsrichtung des Dipols ergeben.
    Entgegen dem was du oberhalb beschrieben hast.
    Du hast Atome als -mitschwingend- bezeichnet, das ist nicht richtig, Atome sind resonante Schwingkörper, erzwungenes Schwingen erzeugt Licht, passendes Licht erzwingt in ihnen resonantes Schwingen.
    Dieses Schwingen ergibt Wirkungen die im Medium sich longitudinal ausbreiten.
    Der äussere Photoeffekt beruht auf diesem Prinzip.
    Die Notwendigkeit Licht als Zwitter anzusehen bestätigt eindrucksvoll dass mit den Vorstellungen ums Licht etwas nicht stimmt.

    Gruss Kurt

  14. @ ursuppe Licht

    Hallo Allemiteinander.

    ———————
    Kurt, dein Bild vom Photon scheint mir sehr der Elektrotechnik entlehnt zu sein, da hat man es ja oft mit Dipolen und Schwinungen zu tun.
    ——————–

    Das kann nicht sein denn ich hab kein Bild von Photonen.
    Denn etwas was nicht existiert kann auch kein Bild verursachen.

    ——————–
    Aber in der Physik wird das noch weitaus elementarer untersucht, bein erwähnten Compton-effekt wird z.B. das Photon als Impulsteilchen betrachtet und es funktioniert.
    ——————–

    Was wird da wohl untersucht werden, Photon jedenfalls keins, denn es gibt keins.

    ———————
    Es stellt sich ja die Frage, ab wann entstehen z.B. einzelne Elementarteilchen, Photonen, Elektronen bei solchen Erzeugungs- und Vernichtungsprozessen. Mit dem schwingenen Dipol kannst du da nix erklären, da braucht es schon weit komplexere Konzepte und Modelle. Quantenfeldtheorie und schlimmeres 😉
    ———————

    Und Schlimmerem, ja richtig, denn etwas das auf Falschansichten aufgesetzt ist kann nur zu solchen Umständen führen.
    Der schwingende Dipol ist in erster Line eine Materieansammlung die in resonantes Schwingen geraten kann, bzw. diese ermöglicht.
    Bei der Dipolantenne bestimmen die materiellen Umstände die Freqeunz.
    Dabei sind es in erster Linie die freien Elektronen des Trägermaterials die das bestimmen.
    Der Resonanzkörper selber ist von ganz anderer Art.
    Bei Atomen sind es wiederum Elektronen die da die Frequenz(en), die Schwingkörperumstände, festlegen.

    Nicht die beiden Drähte beim Halbwellendipol, sondern die -in Line- angeordneten freien, also „benützbaren“ Elektronen bestimmen die Ausmasse des Resonanzkörpers.
    Die Drähte könnte man ebensogut weglassen, die Elektronen müssten halt dann auf einer anderen Stange angebunden sein.
    Beim -elektrischem- Vorgang „Senden/Empfangen, sind es die Elektronen die die Kopplung zum Resonanzkörper, zur Resonanzmenge „Trägersubstanz“ herstellen und diese sogar bestimmen.
    Die Resonanzfreqeunz ergibt sich dann aus der Menge dieser Substanz und ihren Eigenschaften in Bezug zu Trägheit.
    Wenn man den Dipol bis in „Teilchenerzeugung“ besehen will dann ist mit Umständen jenseits von „Licht“ zu suchen.
    Denn da geht es in Richtung -Erzeugung von neuen Basisteilchen (BT) und deren Zusammenbindung zu bekannten Materieteilchen-.
    Das hat aber dann mit -Licht- nur noch am Rande zu tun.

    Gruss Kurt

  15. @Kurt: Amplitude

    „Ich hab nach der Amplitude gefragt, da gibts keine.“

    Ich habe doch im Artikel geschrieben, was wir unter Amplitude verstehen und dass deshalb das Bild der Sinuswelle ungünstig ist. Du bist nicht der erste, der es Missverstanden hat.

    Unter Amplitude verstehen wir bei der elektromagnetischen Welle den größten Wert, den das Feld annimmt. Hier das elektrische Feld. Ausgelenkt von der Laufrichtung wird da nichts.

    Transversal nennen wir die Schwingung, weil das Feld stets senkrecht auf der Ausbreitungsrichtung steht. Und das kann man Beweisen. Misst man zum Beispiel die Photoemission von Elektronen an Atomen, so kann man feststellen, dass die Elektronen die Atome bevorzugt in Polarisationsrichtung verlassen. Also senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Sie werden in Richtung des elektrischen Feldes beschleunigt.

  16. @Joachim Licht

    Hallo Joachim, ich möchte mal ein Lob loswerden.
    Ein Lob über deine doch etwas -seltsamen- soll heisssen unabhängigen Ansichten.
    Zu Licht schreibst du:

    ————————–
    Misst man zum Beispiel die Photoemission von Elektronen an Atomen, so kann man feststellen, dass die Elektronen die Atome bevorzugt in Polarisationsrichtung verlassen. Also senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Sie werden in Richtung des elektrischen Feldes beschleunigt.
    ————————–

    Ich bin mir sicher dass ich das nicht alles verstanden habe.
    Hast du dazu etwas was mir weiterhilft?

    Gruss Kurt

  17. ————————
    Hast du dazu etwas was mir weiterhilft?
    ————————
    Hallo Kurt,

    ich denke der Wirkungsquerschnitt bei der Streuung freier Elektronen an polarisierten Photonen müsste die elektrische Transversalität des Lichtes recht gut zeigen. Leider kenne ich aktuell keine geeignete Quelle im www für diesen Wirkungsquerschnitt. Vielleicht hilft aber google etwas weiter.

  18. @Barney

    Hallo Barney, der Hinweis zu diesem Link ist gut.
    Ev. kann ich da was verstehen und Brücken zu meinen Vorstellungen herstellen.
    Ist jemand bereit ihn mit mir durchzugehen?

    Gruss Kurt

  19. @ Barney zu:Licht ist rein mechanisch

    Beim stöbern ist mir das aufgefallen.

    http://wwwhephy.oeaw.ac.at/…Wechselwirkungen.pdf

    Seite 35 ff

    Woher wissen die Elektronen das sie nicht das Photon absorbieren dürfen.
    Sie werden auch nicht vom Photon weggestossen.
    Wieso?

    Gruss Kurt

  20. @Joachim Feld

    Und wenn man weiß, an welchen Stellen wie viel Heizleistung erbracht wird, wie sich Wärme über die Platte verteilt und wie die Kühlung der Platte von der Temperatur abhängt, kann man mit dem Feldbegriff eine Menge anfangen. Die Temperaturverteilung auf der Herdplatte braucht genau einen Wert an jedem Ort.

    Nunja, nicht ganz, es ist noch ein weiterer notwendig.
    Einer für die Richtung in die sich die Wärme auswirkt.
    Besser gesagt, die (beiden)Richtungen.
    .
    Gruss Kurt

  21. pdf, S. 35

    ——————————
    Woher wissen die Elektronen das sie nicht das Photon absorbieren dürfen.
    ——————————
    Hallo Kurt:
    „Verbote“ entstehen in der Quantenmechanik normalerweise durch Erhaltungssätze. Diese schränken die möglichen Messwerte dann entsprechend ein. Gerade bei Streuvorgängen wird z.B. nie der Energie-, Impuls- oder Drehimpulssatz verletzt. Die Details dazu können da zwar sehr kompliziert werden, aber alle abgeschlossenen Systeme halten sich an diese Sätze und daraus kann man dann sehr viel über das Innenleben des zugehörigen Systems lernen.

  22. @Bareney PDF

    „Verbote“ entstehen in der Quantenmechanik normalerweise durch Erhaltungssätze.

    Es geht um die „“ „“ bei den „Verboten“.
    Die Elektronen müssen es ja irgendwie gesagt bekommen, mitkriegen, das sie reagieren müssen oder nicht.
    Sie reagieren immer, und sie werden auch immer ein kleines Stückchen geschupst (Lichtdruck).
    Nur! Sie reagieren nicht nur einmal, sondern sooft sie „bedrängt“ werden.
    .
    Wenn sie in einem Verbund, also in einem Atom oder Molekül oder in einer Gitterstruktur eingebunden sind, dann können sie dem „Lichtdruck“ nicht ausweichen.
    .
    Wenn die Atom/Molekül/Gitterstruktur zu der die Elektronen -bedrängenden- Wiederholrate in Resonanz gehen können dann ist das was man unter Lichtübertragung versteht erfolgt.
    Dann hat der Resonanzkörper „Lichtempfänger“ ein Signal generiert/aufsummiert/aufgeschwungen.
    .
    Selbstverständlich bleiben dabei alle „Erhaltungssätze“ erhalten.
    Denn die Erhaltungsgrösse ist ja Bewegung.
    Und die lebt in der Resonanzbewegung des Schwingkörpers „Lichtempfänger“ weiter.
    .
    Die Elektronen -wissen- das sie betroffen sind, egal ob sie in einem resonanzfähigen Schwingkörper eingebunden sind oder nicht, das sie betroffen zu sein haben deswegen weil sie selber eine Schwingung ausführen, besser gesagt eine Schwingung sind.
    .
    Sie reagieren also auf ihre Schwestern.
    Denn die schwingen ebenfalls.
    Doppelspaltmuster mit Elektronen lässt grüssen.

    Ich auch, Kurt

  23. Photon

    Es fehlt dringend eine Idee, warum die Feldstärke in Photonen nicht mit der Entfernung abnimmt und warum Photonen keine Kugelwellen sind.
    Die transversale Kraftwirkung ist gut beschrieben aber es fehlt eine Erläuterung,
    ob da wirklich etwas transversal schwingt!!

  24. Licht

    Hallo Bernhard,

    ———————
    Bernhard Kropp Photon

    03.06.2012, 13:48

    Es fehlt dringend eine Idee, warum die Feldstärke in Photonen nicht mit der Entfernung abnimmt und warum Photonen keine Kugelwellen sind.
    Die transversale Kraftwirkung ist gut beschrieben aber es fehlt eine Erläuterung,
    ob da wirklich etwas transversal schwingt!!
    ———————-

    Die Erklärungen zum Photon kanns nicht geben weil es dieses Ding nicht gibt.
    Es ist, so wie die Feldvorstellung auch, eine reine Vorstellungs- und Berechnungshilfe.

    Licht ist im Prinzip, so wie Schall auch, longitudinales Schwingen im Medium.

    Gruss Kurt

  25. Licht als Vektorfeld

    Hallo Herr Schulz
    Ich stimme als Naturwissenschaftler Iren Darlegungen zu, bitte aber um eine
    Erklärung über die Transversalausdehnung
    von Photonen und warum diese keine
    Raumwellen sind.
    Schließlich wäre noch eine Aussage wünschenswert, ob der Spin der schwingenden Ladung bei der Photonenerzeugung eine Rolle spielt.
    Bewegen sich Photonen als Objekte durch den leeren Raum und muss man den Begriff
    leer anders definieren und Photonen sind
    Eigenschaftswellen des Raumes?
    Mit freundlichen Grüßen erhoffe ich eine Antwort
    Bernhard

  26. Bernhard,

    ———
    Hallo Herr Schulz
    Ich stimme als Naturwissenschaftler Iren Darlegungen zu, bitte aber um eine
    Erklärung über die Transversalausdehnung
    von Photonen und warum diese keine
    Raumwellen sind.
    ———–

    wie soll er denn eine Erklärung abgeben wenns diese Diger garnicht gibt.
    Ein Gedankenkonstrukt hat keine Eigenschaften, nur eine Existenz als reine (Falsch)Vorstellung.

    Licht ist ein rein mechanischer Vorgang, ist sich longitudinal ausbreitender Druckunterschied.

    Gruss Kurt

  27. Pingback: Nicht so schnell, Licht! › Quantenwelt › SciLogs - Wissenschaftsblogs

  28. Licht als elektr. Kraftfeld:
    Gut erklärt speziell für Laien. Komplizierten Sachverhalt auf eine Ebene hinuntergebrochen, so dass es jeder und jede Interessierte verstehen kann. super!

  29. In diesem Artikel „Licht als elektrisches Kraftfeld – Ein weites Feld“ werden sehr gut atomare Grössenordnungen in Bezug zur Wellenlänge von sichtbarem Licht gesetzt. Der Artikel macht folgende Aussage sehr plausibel:

    Ich habe in der Einleitung gezeigt, wie viel kleiner ein Atom ist als eine Lichtwelle. Das macht Atome zu perfekten Proben um die Eigenschaften des elektrischen Feldes im Licht zu messen. Dass Licht eine Transversale Welle ist und in welche Richtung das Kraftfeld einer Lichtwelle schwingt, lässt sich durch die Wechselwirkung mit atomaren Gasen, aber auch mit Atomen, die in Kristallgittern eingebaut sind, gut experimentell erkunden.

    Weniger gut im Aritkel begründet ist allerdings folgende Aussage:

    Atomphysik und Optik sind heute Teilgebiete der Physik, die kaum noch trennbar sind. Wir wissen viel über das Licht, weil Licht das Mittel der Wahl ist, Atome zu manipulieren.

    Im Artikel wird nämlich nur gezeigt, dass Atome im Lichtfeld mitschwingen. Dass Atome darüberhinaus mit Licht manipulierbar sind und wie das vonstatten geht (was für Interaktionen zwischen Atomen und Licht es gibt über das reine Mitschwingen hinaus) wird dagegen nicht erklärt.

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