Worin liegt der Unterschied zwischen den elektromagnetischen Welleneigenschaften eines Photons und den Eigenschaften einer Welle des elektromagnetischen Felds?
Leider musste ich meine vorherige Frage umformulieren, denn es gibt hier Antworten, die zwar derart tiefgreifend und vollständig richtig sind, aber dennoch nicht mehr vom normalen Teilnehmer verstanden werden.
Siehe meine vorherige Frage:
Worin liegt der Unterschied in der elektromagnetischen Welle eines Photons und der einer Radiowelle?Natürlich gibt es keine elektromagnetische Welle eines Photons, auch wenn man es gerne so verallgemeinert bezeichnet. Denn Photonen sind, besonders für mich, selbstverständlich ganz allgemein die fundamentale quantisierte Anregung des elektromagnetischen Feldes.
Das, was man nämlich als klassische elektromagnetische Welle beschreibt, ergibt sich aus einem sog. kohärenten Zustand mit unbestimmter Photonen-Zahl, wobei die Photonen-Zahl einer Poisson-Verteilung folgt, im Limes großer Besetzungszahlen.
Und weil das absolut korrekt ist, aber damit meine ursprüngliche Frage völlig zerfleddert wurde, formuliere ich sie jetzt um, weil ich das Wesen einer elektromagnetischen Welle näher diskutieren wollte. Denn mir scheint, dass unsere Vorstellung von einer Welle unterentwickelt ist.
4 Antworten
Welle und Mikroobjekt sind unterschiedliche Beschreibungsformen derselben Realität. Es ist eine Kuriosität der Quantenphysik, dass die Antwort der Natur davon abhängt in welcher Form man die Frage (an die Natur) stellt, d.h. wie man fragt. Das Experiment, das dies auf den Punkt bringt, ist das Doppelspaltexperiment, möglicherweise am besten die von Archibald Wheeler erdachte Variante.
Die Vergangenheit von einzeln unbeobachteten Objekten einer Gesamtheit identischer Mikroobjekte besteht aus dem Spektrum von Möglichkeiten, das sich durch die Messung der Eigenschaft der Gesamtheit der Mikroobjekte ergibt (Wellencharakter). Durch die Messung der Eigenschaft eines einzelnen Mikroobjekts wird aus der Möglichkeit eine Realität, die dann eine eindeutige Vergangenheit hat (Korpuskularcharakter).
Der elektromagnetische Charakter der Welle ist eine emergente Eigenschaft der Gesamtheit der identischen Mikroobjekte, die das einzelne Mikroobjekt nicht hat.
Analog wie einem einzelnen Kohlenstoffatom keine der Zustandsformen fest, flüssig oder gasförmig zugeordnet werden kann.
Für grosse Wellenlängen, etwa für Mikrowellen und grösser kannst du das Wellenmodell nehmen. Je kürzer die Wellenlänge ist, desto weniger passt das Wellenmodell. Wenn du wirklich verstehen willst, was der Unterschied zwischen Wellen und Teilchenbild ist und weshalb man für Licht beide braucht, empfehle ich dringend das Buch: Harry Paul, 'Photonen'.
Paul erklärt das sehr scharfsinnig anhand einer Reihe von Experimenten. Die Mathematik ist nicht sehr anspruchsvoll. Aber Integralrechnung brauchst du natürlich schon.
Man könnte etwa sagen: "Die das Quadrat der Amplitude einer elektromagnetischen Welle gibt die Wahrscheinlichkeit an, ein Photon vorzufinden."
Nein, die Amplitude ist eine komplexe Zahl. Du kannst allenfalls sagen, sie sei in einem zweidimensionalen Raum.
Das Qu-Bit ist in einem 3+1 dimensionalen Raum. Das Photon codiert ein Qu-Bit. Vielleicht meinst du das. Das ist die Basis der Ur-Theorie von C. F. von Weizsäcker.
Nein, ich meine eine 4. räumliche Dimension von fünf. Diese zusätzlich Dimension beschreibt einen Abstand vom zentralen Koordinatenursprung bis zum äußersten Rand seiner möglichen Wirksamkeit, die vom umgekehrt proportionalen Quadrat der Entfernung bestimmt wird und die eigentliche messbare Quantität beschreibt. Die Zeit wäre dann die 5. Dimension.
Woher hast du das? Man sollte nicht weitere Dimensionen einführen, wenn man nicht ganz genau weiss, weshalb.
Es gibt eine Theorie von Kaluza-Klein, die die elektrische Kraft als fünfte Dimension beschrieben haben. Diese fünfte Dimension ist aber völlig anders als die Raumdimensionen und auch anders als die Zeitdimension. Da kannst du auch sagen, es gibt 3+1 Dimensionen der Raumzeit und eine Amplitude die sich in einer komplexen Ebene dreht.
Ich weiß sehr genau, warum ich eine weitere räumliche Dimension einführe, denn ich kann es nicht glauben, dass die Zeit die vierte Dimension ist. Dennoch aber weisen fast alle Fakten auf eine weitere Dimension hin.
Somit kam ich nicht umhin, nach einer sicheren Information zu suchen, die einerseits konkret messbar ist und die andererseits alle Zusammenhänge erklären kann.
Es ist nämlich die Gravitation, die mir einen konkreten endlichen Abstand liefert, denn die Objekte, die sich in der Tiefe der 4. Dimension befinden, werden als Summe aller überlagerten Wirkungen als Intensität des Gewichts wahrgenommen, welches dann ganz klar mit einem räumlichen Zusammenhang steht.
Es ist auch die einzige Größe, die nicht irgendwie abgeschirmt werden kann.
Lies doch zuerst mal nach, was andere schon rausgefunden haben. Die Gravitation wird durch die allgemeine Relativitätstheorie mit überragender Präzision beschrieben und als Effekt der Raumzeit-Krümmung erklärt. Dafür musst du keine zusätzliche Dimension einführen. Wie Raum und Zeit zusammenhängen und inwiefern die Zeit eine Dimension ist, ist auch klar.
Das ist aber nicht richtig, weil es nur dann eine Wirkung gibt, wenn beide Punkte einer Quantität gleichzeitig gegenwärtig sind.
Und eine raumzeitliche Quantität verbietet nun einmal die gleichzeitige Anwesenheit zweier Zeitpunkte, weil es die Bewegung bedingt.
Wo soll da die wirkende Quantität sein, wenn einer der beiden Punkte nicht anwesend ist. Tatsächlich wird nämlich immer nur eine räumlich Strecke gemessen und später einer zeitlichen Quantität gleichgestellt.
Hier liegt ein Irrtum vor.
Photon und Wellengruppe sind die beiden, untrennbaren Beschreibungen des gleichen QM-Objekts gemäß der Dualismustheorie.
Entweder ich beschreibe einen Lichtquant als Photon. Dann ist es ein Teilchen und hat auch Teilcheneigenschaften.
Oder ich beschreibe einen Lichtquant als EM-Wellengruppe. Dann ist es eine EM-Welle und hat auch die EM-Welleneigenschaften.
Die Dualismustheorie beschreibt unsere alltagsweltlichen Erfahrungen mit Lichtquanten und zeigt zugleich auf, dass sie nicht hinreichend erklären kann, wann denn nun ein Korpuskel und wann eine Wellengruppe zu wählen ist. Die vollständige Betrachtung liefert erst die Quantenmechanik, deren QM-Wellenfunktionen das Lichtquant erst vollständig beschreiben.
Ein Photon kannst du Nährungsweise wie ein Wellenpaket vorstellen. Also eine Punktuelle lokale Anregung des Elektromagnetischen Feldes.
Die Welle als solches ist eine globale Anregung des Feldes.
Das ist Model nach Hunter hier wird eben das Photon als Wellenpaket angegeben und es transportiert eine quantisierte Energie. Um das Photon modeliert man nun ein Feld welches keine Energie transportiert (evanszentes Feld) so kann man die Wellen und Teilcheneigenschaften zusammenfassen.
Wichtig dabei ist, ist das es eine Modellvorstellung unter anderen ist.
In der Quantenphysik gibt es auch andere Modelle aber das ist dann nicht mehr ganz mein Fachgebiet.
Danke.
Gut beschrieben, denn die Amplitude entspricht dem Radius eines vierdimensionalen sphärischen Bereichs, innerhalb dessen überhaupt etwas wirken kann, wenn es diesen Bereich durchquert. Nur ist jene Sphäre nicht nur unbestimmt wahrscheinlich, sondern konkret gegenwärtig. Und genau das wollten wir hier diskutieren. Wenn es dich interessiert, dann folge der Diskussion.