Frage von gotthe6, 34

Was ist eine Schwingung beim Licht?

Hallo. Ich wollte fragen was eine Schwingung ist. Genauer gesagt geht es mir um die Schwingung des Lichtes. Ich weiß wie sie grafisch gesehen aussieht. Ich weiß auch das es Höhepunkte gibt und man die Distanz zwischen deren zwei "Wellenlänge" nennt. Nur wie entsteht eine Schwingung? Was ist es genau und was hat es genau mit dem Licht zu tun Danke im voraus. :) Freundliche Grüße 6.

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von ThomasJNewton, 19

Licht schwingt nicht, es ist die Schwingung.

Und es ist natürlich auch Teilchen.

Diese beiden Modelle lassen sich nicht kombinieren, weil es Modelle sind.

Die Wirklichkeit dahinter zu verstehen, also den Charakter des Lichts, ist sehr schwierig.
Manche behaupten sogar, dass es unmöglich ist, sogar für Physiker.

Halte dich erst mal an die einfachen Bilder, die sind hilfreich.
Geh an einen See, und wirf einen Stein rein, dann siehst du Welllen.
Einen Badewanne tut's auch.

Die Wellenlänge ist der Abstand zwischen 2 Wellenbergen, oder -tälern.
Die Frequenz ist der zeitliche Abstand zwischen zwei Wellenbergen oder -tälern, an einem bestimmten Punkt.

Die beiden Werte hängen über die Ausbreitungsbeschwindigkeit der Welle zusammen.
Das ist beim Licht nicht anders oder komplizierter:
Wellenlänge (in m) hängt mit Frequenz (in /s) über die Geschwindigkeit (in m/s) zusammen.

Wellenlänge mal Frequenz ist Ausbreitungsgeschwindigkeit, von den Einheiten her m * /s = m/s.

Kommentar von ulrich1919 ,

Kleine Korrektur

Frequenz ist nicht der zeitliche Abstand zwischen zwei Wellenbergen, sondern das inverse (Anzahl Wellenbergen pro Sekunde) Wird gemessen in Hertz, bei Licht in Gigahertz.

Kommentar von ThomasJNewton ,

Stimmt, wollte noch was von "Kehrwert" schreiben, hab mich aber dann in verheddert.

Expertenantwort
von SlowPhil, Community-Experte für Physik, 4

Licht ist Schwingung, genauer gesagt, elektromagnetische Schwingung, noch genauer eine elektromagnetische Welle. Bevor ich darauf komme, will ich erst noch darauf eingehen, was eine Schwingung ist.

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Gegeben sei eine von einem Parameter t, gewöhnlich der Zeit, abhängige physikalische Größe q(t). Wenn die sich mit der Amplitude q₀ periodisch ändert, beschrieben durch eine der folgenden Gleichungen

(1.1) q(t) = q₀·cos(ωt + φ)
(1.2) q(t) = q₀·sin(ωt + φ)
(1.3) q(t) = q₀·exp(i·(ωt + φ)),

mit einer konstanten Phase φ, ist q(t) eine harmonisch schwingende Größe. Sie folgt der Differentialgleichung

(2.1) q̈(t) = –ω²·q₀(t). 

Bei einer Stahlfeder etwa erzeugt jede Auslenkung y(t) aus einer Gleichgewichtslage y=0 eine Rückstellkraft

(2.2) m·ÿ(t) = –D·y(t)

mit der Federkonstanten D und somit ω² = D/m, und das führt zu einer harmonischen Schwingung.

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Eine Welle wiederum liegt dann vor, wenn zur Zeit- auch eine Ortsabhängigkeit kommt. Dies wird gern durch Gleichungen der Form (hier 1D)

(3.1) q(t) = q₀·cos(k·x – (ωt + φ))
(3.2) q(t) = q₀·sin(k·x – (ωt + φ))
(3.3) q(t) = q₀·exp(i·(k·x – (ωt + φ)),

wobei k = 2π/λ eine Wellenzahldichte und x die Ausbreitungsrichtung ist. Wellen lassen sich durch Differentialgleichungen der Form

(4) k²·∂²q/∂x² – ω²·∂²q/∂t² = 0

beschreiben. Dabei ist ω/k die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle.

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Nun zum Licht: Was hier schwingt, ist sowohl ein elektrisches Feld |E› als auch gleichzeitig ein magnetisches Feld |B›, die beide senkrecht aufeinander und auf der Ausbreitungsrichtung stehen. Die Wellengleichungen sind

(5.1) ∑ₖ₌₁³{∂²|E›/∂xₖ²} – 1/c²·∂²|E›/∂t² = 0
(5.2) ∑ₖ₌₁³{∂²|B›/∂xₖ²} – 1/c²·∂²|B›/∂t² = 0

Dieses Schwingen besteht darin, dass die jeweilige Feldstärke bzw. Flussdichte periodisch stärker und schwächer wird, seine Richtung umkehrt usw..

Die Schwingung treibt sich selbst an, was durch die Maxwell'schen Gleichungen zum Ausdruck kommt. Zeitliche Änderungen magnetischer Felder machen Wirbel elektrischer Felder und umgekehrt.

Was Photonen anbelangt, so handelt es sich dabei nicht um Teilchen, die dann schwingen, sondern um elementare Energiestufen der Schwingung selbst. Sie sind eigentlich eher als Quasiteilchen denn als echte Teilchen, da man sie nicht einmal unscharf lokalisieren kann, etwa als Wellenpaket. Zwar gibt es Lichtwellenpakete, aber die stellen Überlagerungen verschiedener Energien dar und lassen sich daher nicht als Photonen interpretieren, die ja Portionen bestimmter Energie sind.

Antwort
von Bidou, 16

Hallo goethe6

Folgenes Video erklärt ziehmlich gut, wie's aussieht. Musst vielleicht etwas spulen um zu überspringen, wass Du schon weisst. 

Kommentar von ThomasJNewton ,

Auch wenn es vom Öffentlichen Rechtlichen kommt, das schrotzt von Fehler.
So einer pro Satz, mehr habe ich nicht ertragen, als die ersten 3 bis 5.

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