Was kann ich unter der Wellenlänge verstehen?
Licht hat ja eine Frequenz bzw. eine Wellenlänge. Durch diese Frequenz weiß man ja wie viel Energie das Photon hat. Je höher die Frequenz desto mehr Energie. Aber was kann ich mir darunter jetzt bildlich vorstellen? Bewegt sich Licht wie eine Welle? Also auf und ab wie eine Wasserwelle? Oder bewegt sich Licht straight und diese Frequenz ist nur von der Physik erfunden, um die Energieunterschied von verschiedenen elektromagnetischen Strahlungen erklären zu können?
6 Antworten
Licht ist keine Mini-Kugel. Licht ist auch keine sich schlangenförmig bewegende Linie. Das sind nur die Bilder, die durch mathematische Beschreibungen bzw. Modelle entstehen, um Eigenschaften oder Größen zu visualisieren.
Licht ist ein schwingendes, elektromagnetisches Feld. Anders als eine Wasser- oder Schallwelle, bewegt sich eine elektromagnetische Welle ohne Trägermedium durch den Raum. Das Feld wird dabei gegenseitig erzeugt und aufrechterhalten. Licht führt diese Felder "mit sich".
Bei einer Wasserwelle ist das anders. Wenn du in ein Topf mit ruhenden Wasser eine Kugel mittig reinwirfst, entsteht eine Welle, die sich in alle Richtungen ausbreitet. Was an den Rand des Topfes ankommt, ist aber nicht das eine Wassermolekül, was in der Mitte sich befand, sondern die Auswirkung. Du hast das eine Molekül angeregt, dieses regt seinen Nachbarn an, der wiederum seinen Nachbarn anregt usw. Du beobachtest also eine Ausbreitung der Auswirkungen, wie eine Art Laola Welle im Fußballstadion.
Bei Licht bzw. der elektromagnetischen Welle ist das etwas anders. Bei ihr werden keine "Nachbarn" gebraucht, denn diese Welle ist sich selbst der Nachbar. Ihre elektrische und magnetische Eigenschaft wechselwirken miteinander, sodass sie sich selbst durch den Raum führt.
Welle und Teilchen sind nur zwei Sichten auf das Gleiche im Sinne der Unschärferelation. Erzwingt man experimentell Ortsschärfe, hat man Teilchen, erzwingt man Impulsschärfe*, hat man Wellen. Anders gesagt: das Absolutquadrat einer Wellenfunktion an einem Ort ist die Wahrscheinlichkeitsdichte, dort ein Teilchen "anzutreffen".
*) der Impuls hängt direkt mit der Wellenlänge zusammen. Wirklich genau kann man die Wellenlänge aber nur bei einem unendlich langen Wellenzug messen - je kürzer der Wellenzug, desto genauer der Ort, desto unschärfer die Wellenlänge und damit der Impuls.
Licht zeigt sich je nach Experiment als Teilchen oder als Welle. Erzwingt man Ortsschärfe (vergl. Heisenbergs Unschärferelation), zeigt sich der Teilchencharakter, erzwingt man Impulsschärfe, zeigt sich der Wellencharakter und damit die Energie (Wellenlänge bzw. Frequenz).
Was bei Licht schwer vorstellbar ist, funktioniert vielleicht besser am Beispiel der viel längeren und energieärmeren (ebenfalls elektromagnetischen) Radiowellen. Bewegen sich Ladungsträger (Elektronen) im einem Leiter hin und her (Wechselstrom), breiten sich dadurch räumlich schwingende elektromagnetische Wellen aus.
Du kannst ja durch die Kraft eines bewegten Magneten die Elektronen in einem Leiter aufgrund ihrer Ladung hin und her bewegen (Induktion). Das bedingt Arbeit, ein ruhender Magnet bewirkt nichts. Umgekehrt ist Bewegung der Elektronen nötig, um die Wellen zu erzeugen. Ruhende Elektronen bringen nichts, es ist auch hier Arbeit (Energie) nötig.
Stell dir als Vergleich nicht die flachen Wasserwellen an der Oberfläche vor, sondern die dreidimensionale Auf- und Abbewegung innerhalb des Wassers.
Allerdings breiten sich diese Wellen, im Gegensatz zu Wasserwellen oder Schall, als elektromagnetisches Feld ohne Medium aus.
Licht entspricht dem Wellen-Teilchen-Dualismus.
Licht ist zum einen eine Welle im klassischen Sinne, zugleich aber auch ein Teilchen (Photon) das als Eichboson (Elementarteilchen) fungiert. Die Welle ist die der elektromagnetischen Welle.
Gruß
Aber das würde dann bedeuten, dass wenn es sich auf und ab bewegt, es sich in zwei verschiedenen Raumrichtungen bewegt, also zweidimensional. Der Betrag von der Bewegung in x1-Richtung und der Bewegung in x2-Richtung müsste dann ja die Lichtgeschwindigkeit ergeben. Bedeutet es dann dass höherfrequentes Licht eine langsamere Geschwindigkeit in x1-Richtung hat, da es im Betrag zur x2-Richtung die Lichtgeschwindigkeit ergeben muss?
Eine elektromagnetische Welle besteht aus gekoppelten magnetischen und elektrischen Feldern. Zudem bewegt Licht sich im Vakuum immer gleich schnell, unabhängig von der Frequenz.
So eine Lichtwelle hat eine Phasenlage, in der es sich mit anderen Lichtwellen entweder verstärkt oder auslöscht. Die Entfernung in der diese Änderung passiert ist real messbar. Was dabei "wirklich" passiert, dafür gibt es Modelle. Und ein Modell muss nicht der Realität entsprechen, sondern nur Vorhersagen und Erklärungen liefern.
Woher kommen diese elektromagnetische Wellen her? Verlieren die Elektronen an Masse und diese Masse verwandelt sich dann in eine elektromagnetische Welle oder von welcher Komponente hat die elektromagnetische Strahlung ihren Ursprung?