Frage von seifreundlich2, 98

Kann ein Lichstrahl einen Schatten werfen?

Angenommen, die Photonen eines unendlich dichten (= unendliche Dichte an Photonen) Lichtstrahls fliegen durch einen unendlich weiten, weissen, leeren Raum, wirft der Lichtstrahl dann einen Schatten? Wenn ja bzw. nein, weshalb (nicht)?

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von WeicheBirne, 18

Eine genügend hohe Photonendichte an einem Ort würde ein schwarzes Loch bilden. 

https://en.wikipedia.org/wiki/Kugelblitz\_(astrophysics)



Das schwarze Loch könnte Lichtquellen (auch ambientes Licht in einem weißen Raum) verdecken und in diesem Sinne einen Schatten werfen.

Kommentar von seifreundlich2 ,

Das klingt spannend. Vielen Dank, ich werd mir das bei nächster Gelegenheit gleich durchlesen!

Kommentar von seifreundlich2 ,

Das schwarze Loch würde aber widerum Licht verschlucken, wobei trotzdem nicht auszuschliessen wäre, dass ein gestreutes Lichtbündel, das am schwarzen Loch vorbei zieht, hinter dem Schwarzen Loch einen Schattenwurf generiert.

Kommentar von WeicheBirne ,

Licht kann an einem schwarzen Loch vorbeifliegen -so wie Du vermutet hast. 

Auf eine Oberfläche, auf die Licht trifft, würde Licht also aus allen möglichen Richtungen fallen, außer aus der direkten Richtung des schwarzen Lochs. Dadurch gäbe es einen dunklen Bereich auf der Oberfläche -einen Schatten.

Vielen Dank für die Wertung :o)

Expertenantwort
von SlowPhil, Community-Experte für Physik, 48

Licht kann schon wegen des Superpositionsprinzips keinen Schatten werfen. Lichtwellen überlagern sich im materiefreien Raum nämlich ungestört, d.h. ohne einander zu beeinflussen, es sei denn, die Energiedichte wäre so hoch, dass es zu Paarerzeugungs- und -vernichtungsprozessen und dergleichen käme.

Übrigens sind Räume nicht weiß. Raum ist vollkommen transparent. "Weiß" zu sein ist die Eigenschaft, alles Licht zu reflektieren bzw. zurückzustreuen, und das kann Materie, nicht aber Raum. Anderenfalls könnte ihn der Lichtstrahl auch nicht durchmessen.

Kommentar von seifreundlich2 ,

Das ist so. Ich hab nur einen "weissen" Raum angenommen, damit überhaupt möglicherweise ein Schatten sichtbar wäre. Wenn alles schwarz wäre, würde sowieso kein Schatten sichtbar sein, was der Fragestellung das gewisse Etwas berauben würde.

Kommentar von SlowPhil ,

Weiß kann aber nur eine Wand sein. Durch etwas Weißes geht Licht nicht ungehindert durch. Natürlich kann der Raum mit etwas erfüllt sein, das nicht voll transparent ist, aber das führt natürlich zu Streuverlusten.

Gelegentlich kann man übrigens bei Wolken und Dunst und gleichzeitigem Sonnenschein wunderschön sehen, wie Wolken einen Schatten in den Dunst werfen. Wunderschön kann so etwas aussehen.

Antwort
von Panazee, 47

???

Ich verstehe die Frage nicht so ganz. Ein Schatten ist ein Areal, wo aufgrund von Materie, die einen Lichtstrahl nicht oder nur begrenzt durchlässt, weniger Photonen auftreffen.

Ein Raum kann nur dann von uns als weiß wahr genommen werden, wenn das gesamte Lichtspektrum von irgendetwas reflektiert wird. Also damit ein Raum weiß sein kann muss da schon Licht vorhanden sein.

Expertenantwort
von PWolff, Community-Experte für Physik, 18

Bei genügend hoher Feldstärke (Größenordnung Ruheenergie eines Elektron-Positron-Paars in eV geteilt durch Compton-Wellenlänge des Elektrons) wird das Vakuum leitend. Spätestens jetzt sind die Maxwell-Gleichungen nur noch Näherungen für den Fall schwacher Felder und die Optik ist hochgradig nichtlinear. Damit wird seitlich einfallendes Licht abgelenkt. (Aber es würde wohl vom Streulicht des ursprünglichen Strahls völlig überlagert werden.)

Antwort
von Comment0815, 35

Lichtstrahlen durchqueren sich, ohne einander zu beeinflussen.

Aber gibt es in dem Raum noch eine weitere Lichtquelle außer dem einen Lichtstrahl selbst? Sonst musst du NMirRs Antwort berücksichtigen.

Kommentar von seifreundlich2 ,

Danke. Die Annahme beruht darauf, dass im beschriebenen Raum nur ein einziger Lichtstrahl existiert.

Kommentar von Comment0815 ,

Dann würde man in dem Raum überhaupt nichts sehen, weil der Strahl nicht gestreut wird und der Raum unendlich groß ist.

Kommentar von seifreundlich2 ,

Durch Kollision der einzelnen Photonen in diesem Lichtstrahl wird sehr wohl Licht gestreut.

Kommentar von Comment0815 ,

Soweit ich weiß kollidieren Photonen nicht. Photonen können höchstens interferieren. Da sich Lichtstrahlen aber ungestört durchqueren können (zumindest sagt das mein Physik-Unterricht in der Schule), streuen sie sich auch nicht gegenseitig.

Ich lass mich aber auch gerne eines Anderen belehren; dann aber bitte mit Quelle/stichhaltiger Begründung.

Kommentar von seifreundlich2 ,

Sehr wahrscheinlich ist die Kollision zweier Photonen schon möglich, jedoch wäre die Wahrscheinlichkeit eines solchen Ereignisses verschwindend gering, wie unter anderem aus diesem wissenschaftlichen Artikel auf Spektrum hervorgeht: http://www.spektrum.de/news/photonen-billard/581906 .

Antwort
von NMirR, 45

Wenn es ein Strahl ist, strahlt er nicht zur Seite ab. Da der Raum unendlich groß ist, wird das Licht nicht reflektiert. Um überhaupt Licht wahrzunehmen, müsste man im Strahl stehen, und das Licht würde auf den Betrachter unendlich hell auftreffen, aber keinen Schatten haben.

Kommentar von seifreundlich2 ,

Kann denn der Lichtstrahl nicht einen Schatten vor sich selbst auf eine unendlich weit entfernte Wand projizieren?

Kommentar von Comment0815 ,

Der Glühfaden einer Glühbirne wirft doch auch keinen Schatten von sich selbst.

Außerdem sieht man einen Lichtstrahl nur dann, wenn irgendwas im Lichtstrahl ist, was das Licht streut. Deshalb würde man z.B. bei einer Lightshow ohne Nebel auch nichts von den Lasern sehen.

Kommentar von seifreundlich2 ,

Naja, der glühende Glühfaden selber wirft schon einen Schatten, einfach enorm schwach und deshalb für das menschliche Auge unsichtbar.

Im Lichtstrahl des von mir angenommenen Modells befinden sich unendlich viele Photonen, also mehr als genug Teilchen, die theoretisch das Licht der nachfolgenden Photonen zu streuen vermögen müssten. Allerdings, fällt mir gerade ein, bewegen sich Photonen mit Lichtgeschwindigkeit, was bedeuten würde, dass kein Photon ein anderes Photon einholen könnte, was jedoch nicht ausschliesst, dass zwei oder mehr Photonen zusammenstossen könnten, was bei unendlicher Dichte sogar sehr wahrscheinlich wäre, und somit Licht gestreut werden könnte.

Wäre es also nicht möglich, dass nach erfolgter Streuung ein winziger Schattenwurf entsteht?

Kommentar von Comment0815 ,

Welches Objekt soll denn bitte einen Schatten werfen?

Schatten bedeutet, dass ein Objekt den Lichtfall auf bestimmte Stellen im Raum blockiert. Da in deinem Beispiel aber Lichtquelle und Hindernis identisch sind kann kein Schattenwurf zustande kommen.

Kommentar von seifreundlich2 ,

Moment! Lichtstrahl ist ungleich Photon und damit nicht identisch.

Kommentar von NMirR ,

die Photonen können sich doch gar nicht gegenseitig blockieren, sie sind alle gleich schnell. sicher, wenn die Wand unendlich weit entfernt ist, kommen sie niemals an, das heißt, die Wand bleibt dunkel. aber das ist ja so, als würdest du in einem dunklen Raum eine Taschenlampe ausschalten und sagen das Licht der Taschenlampe wirft überall schatten.

Kommentar von seifreundlich2 ,

Aber müsste es denn nicht trotzdem möglich sein, dass nach erfolgter Streuung infolge Kollision der Photonen ein winziger Schattenwurf entsteht?

Kommentar von frax18 ,

So weit richtig. Aber woher willst du wissen, dass der Raum weiß ist, wenn es nur diesen einen Lichtstrahl ohne Streuung gibt? Dafür müsste weiteres gleichmäßig verteiltes Licht geben. Ergo, der Raum ist trotzdem "schwarz", weil man nichts sieht.

Kommentar von seifreundlich2 ,

Das ist so. Ich hab nur einen "weissen" Raum angenommen, damit man überhaupt möglicherweise einen Schatten sehen könnte. Wenn alles schwarz wäre, würde sowieso kein Schatten sichtbar sein, was der Fragestellung das gewisse Etwas berauben würde.

Kommentar von NMirR ,

die Photonen können. zu erst einmal ohnehin nicht kollidieren sondern höchstens interferrieren, was hier aber auch nicht der Fall ist. Außerdem bewegen sich die Photonen in einem Strahl paralell und können schon allein deshalb nicht kollidieren.

Kommentar von seifreundlich2 ,

Nichts ist perfekt, auch nicht die Flugbahn der einzelnen Photonen in einem Lichtbündel - zumindest nicht im nicht gravitationslosen Raum.

Antwort
von Christian1309, 14

Nimm eine weiße neonröhe im garten. Ist sie aus hat sie einen schatzen. Ist sie an und macht lucht also halt ein lichtstrahl dann ist der schatten weg weil der strahl seinen eigenen schatzen weg macht

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