Frage von Usedefault, 67

Woher weiß ein Photon ob es auf ein Elektron trifft?

Hallo!

Das Austauschteilchen der EM-Kraft ist ja das Photon.

Wenn sich in einem sonst leeren Universum, das Photon ausbreitet, weil es bei einem Orbitalsprung emittiert wurde,

1.) Woher weiß es dann, dass es ein anderes Elektron abstoßen und ein Proton anziehen muss? Wirkt das Photon auf Protonen immer anziehend und auf Eleketronen immer abstoßend?

2.) Warum wird die übertragene Energie mit dem Abstand zum Verursacher eigentlich kleiner?

Lg

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von Ahzmandius, 27

Das eine hat mit dem anderen nichts zu tun.

Was du meinst, ist ein virtuelles Photon, das als Austauschteilchen zwischen zwei Elektronen dient.

Beim "Orbitalsprung" wird aber ein reelles Photon emittiert. Was du meinst ist übrigens Quantensprung.

Kommentar von Usedefault ,

Was? Ich dachte ein virtuelles und ein echtes Photon sind dasselbe!

Welche Eigenschaften hat ein virtuelles Photon? Kann man es sichtbar machen oder nur indirekt über seine Wirkung erschließen?

Kommentar von Ahzmandius ,

Du hattest doch so etwas ähnliches schon mal gefragt und ein Nutzer hat ein ziemlich guten Link dazu gepostet, war zwar auf englisch aber dennoch.

Kommentar von Usedefault ,

Ich habe mir das angesehen, wenn du das https://profmattstrassler.com/articles-and-posts/particle-physics-basics/virtual... SlowPhil meinst, aber auf Englisch verstehe ich solche tiefgründig wissenschaftlichen Themen nicht.

Kommentar von Usedefault ,
Kommentar von Usedefault ,

Warum nennt man das Quantensprung? Welche anderen Quanten springen noch?

Kommentar von Ahzmandius ,

In klassischen Mechanik können beliebige Energien angenommen werden.

In der Quantenmechanik und dann in der Quantenfeldtheorie verwirft man diese Annahme und sagt, dass es nur ganz bestimmte, diskrete Energien gibt.

Dieser Übergang von kontinuierlicher Betrachtung auf diskrete Betrachtung ist der Grundstein der Quantenmechanik.

(übrigens Quantlung gibt es auch schon außerhalb der Quantenmechanik und zwar z.B. bei der Elementarladung. Ein Geladener Körper hat immer eine Ladung n*e n Element Natürliche Zahlen.)

Beim Quantensprung geschieht folgendes:

Ein Elektron ist in einem hohen Energieniveau A. Irgendwann fällt das Elektron auf ein tieferes Energieniveau B. Die Differenz zwischen A und B gibt das Elektron in Form von Licht (Photon bestimmter Wellenlänge) ab.

Kommentar von Usedefault ,

Achso! Quantensprung weil das Elektron der springende Quant ist.

Und wie ist es beim virtuellen Photon? Da wird ja kein Sprung durchgeführt und dennoch werden welche emittiert und deshalb sind Elektronen immerwährend anziehend für ihresgleichen.

Kommentar von Usedefault ,

abstoßend*

Kommentar von Ahzmandius ,

Reelle Teilchen sind Anregungen im Quantenfeld. Während Virtuelle Teilchen Fluktuationen im Quantenfeld sind.

Im Link, mit dem englischsprachigen Inhalt, wurde eine Analogie mit einem auf der Schaukel schaukelndem Kind gemacht.

Das Schaukelnde Kind hin und her ist ein ganz normales Teilchen. Eine Virtuelles Teilchen ist so zu sagen ein Kind auf der Schaukel, das auch rechts links schaukelt und ganz seltsame Bewegungsabläufe hat, verhält sich ganz anders als ein normales Teilchen.

Reelle Teilchen, wenn z.B. sich zwei Elektronen beeinflussen, sorgen für eine Störung im Quantenfeld bzw. eine Fluktuation und ein virtuelles Teilchen entsteht.

Dabei überträgt das VT einen Impuls p von einem Elektron auf das andere. So dass das ein Elektron in die eine und das andere Elektron in die andere Richtung fliegen. Dabei überträgt dieses VT keine Energie.

Siehe hier:

https://de.wikipedia.org/wiki/Virtuelles\_Teilchen 

Expertenantwort
von PWolff, Community-Experte für Physik, 23

1,) Das weiß nicht das Photon, das weiß nur das Wellenfeld.

Das elektromagnetische Wellenfeld bestimmt, mit welcher Wahrscheinlichkeit ein virtuelles Photon an einer bestimmten Stelle realisiert wird. (Ebenso, wie das Elektronenwellenfeld bestimmt, mit welcher Wahrscheinlichkeit ein virtuelles Elektron realisiert wird.)

Was wechselwirkt, sind die beiden Felder.

Das Feld weiß auch, ob das andere Teilchen abgestoßen oder angezogen wird.

2.) Heisenbergsche Unschärferelation: Der Ort eines Teilchens ist nur bis auf die Größenordnung seiner de-Broglie-Wellenlänge bestimmt - das ist bei Photonen die Wellenlänge der zugehörigen elektromagnetischen Welle. Die Energie eines Photons ist umgekehrt proportional seiner Wellenlänge.

Kommentar von Usedefault ,

Hat jede der 4 Wechselwirkungen ein eigenes Wellenfeld?

Kommentar von PWolff ,

Man vermutet, dass es nur ein einziges Feld gibt, und versucht, alles auf dieses eine Wellenfeld zu reduzieren (Große Vereinheitlichte Theorie)

Kommentar von Usedefault ,

Existiert das Feld auch im nicht angeregten Zustand? Hat es etwas mit der Vakuumfluktuation zu tun, welche die Vorstellung der Leere im Raum des Universums untergräbt?

Kommentar von Ahzmandius ,

Ich glaube, so weit ich es verstanden habe, hängt Punkt 2 eher von Heisenbergschen Unschärferelation bezüglich Energie und Zeit.

Wenn dt größer wird, dann wird dE kleiner. So dass bei hohen Entfernungen dt = ds/dv sehr groß wird und dE somit sehr klein.

Kommentar von Usedefault ,

@ahzmandius: Wenn die Photonenwelle das kleinste Energiepaket darstellt, wie kann die Radiowelle mit der Entfernung schwächer werden? Bei einer Wasserwelle oder einem Trafo verstehe ich es ja auch, da ist die Welle in der Nähe des Verursachers konzentrierter. Vielleicht teilt sich die Energie der Photonenwelle auch so radialsymmetrisch auf?

Kommentar von Ahzmandius ,

In wiki stand drin, dass die VT sich nicht an die E^2-p^2 c^2 = m^2 c^4 Impuls-Energie Erhaltung halten müssen.

https://de.wikipedia.org/wiki/Virtuelles_Teilchen

Diese Eigenschaft kann helfen, sich das Verhalten eines virtuellen Teilchens zu veranschaulichen: Da Energie- und Impulserhaltungsatz auch für ein virtuelles Teilchen nicht verletzt sind, kommen diesem Werte für Energie E und Impuls p  zu, die für einen reellem Zustand gemäß der Energie-Impuls-Beziehung verboten sind. Die häufig zu lesende Begründung, dass gemäß der Energie-Zeit-Unschärferelation die Energieerhaltung kurzzeitig verletzt sein darf, ist eher irreführend.
Antwort
von Reggid, 17

1) photonen sind elektrisch neutral. sie ziehen daher keine anderen elektrisch geladenen teilchen an (oder stoßen sie ab).

2) wird sie nicht. wenn sich das photon in einem ansonsten leeren universum bewegt, dann verliert es unterwegs nicht an energie.

Kommentar von Usedefault ,

Wenn Photonen elektrisch neutral sind, wirken sie dann nur über die Gravitation auf ihr Umfeld?

Kommentar von Usedefault ,

Ich meinte nicht, die Energie sinkt in Richtung der Emission, sondern in Form der Symmetrie: Weil die Welle sich ja radialsymmetrisch ausbreitet, oder? Oder sind das unzählige gleichstarke Wellen?

Antwort
von MrRomanticGuy, 9

Ein Photon weiß es nicht, weil es kein Lebewesen ist und kein Gehirn hat. Warum es physikalische Gesetze im Universum gibt, wird man nie wissen.

Kommentar von Usedefault ,

Das ist schon klar, aber ich habe anscheinend ohnehin das Photon mit dem virtuellen Photon verwechselt.

Antwort
von nowka20, 2

das weiß es nicht, da es nur von der forschung ausgedacht ist, um sonst unbekanntes zu klären

Keine passende Antwort gefunden?

Fragen Sie die Community

Weitere Fragen mit Antworten