10 Fragen zu Photonen

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Boah, Geggles,

viele deiner Fragen sind kaum abschließend zu beantworten. Ich forste mich mal durch, aber Himmel und Herrjeh:

-0. Photonen sind eine Umschreibung aus der Korpuskulartheorie. Wenn man das zu wörtlich nimmt, landet man genau auf dem logischen Irrweg, der deiner Frage vorausgeht. Du verwechselst hier nämlich Mechanik und Teilchen und Quanten und operierst auf Feld A mit Kategorien von Feld B. Schauen wir mal...

  1. Masse ist eine Grundeigenschaft der Materie. Materie ist eine bestimmte Erscheinungsform von Energie. Nicht jede Erscheinungsform von Energie ist Materie. Licht oder Photonen z.B. sind es nicht und müssen daher keine Masse haben.
  2. unter anderem, daß alle Effekte von Trägheit und auch Gravitation (im Sinne der Korpuskulartheorie) auf das Photon nicht anwendbar sind
  3. da das Photon nicht zur Materie zählt, interagiert es auch nicht wie Materie oder Antimaterie. Allerdings gibt es die sog. Paarzerstrahlung, in deren Folge aus einem Elektron und einem Positron zwei Gammaquanten (also Photonen in deinem Sinne) entstehen. Dieser Prozeß ist nachweisbar reversibel. Hier habe ich im übrigen mit der Deutung des Wortes "Reibung" Schwierigkeiten...
  4. da das Photon zwar als Teilchen aufgefasst wird, aber keines ist, hat es die räumliche Ausdehnung 0. Ein Zusammentreffen ist damit unendlich unwahrscheinlich. Es findet jedoch ab und an statt - siehe 3.
  5. jetzt wird´s knifflig. Da das Photon keine Masse besitzt, sind die normalen Begriffe der Gravitation auf dieses nicht anwendbar. Warum also wird z.B. Licht an Gravitationslinsen gebeugt? Das Photon existiert nur mit Lichtgeschwindigkeit und bewegt sich stets gradlinig durch den Raum von A nach B. Gravitation jedoch hat den Effekt, den Raum selbst zu krümmen. Deshalb bewegt sich Licht zwar immer noch gradlinig durch den ihn umgebenden Raum - folgt aber dabei der Raumkrümmung selbst und kann daher gebeugt werden. Es kann jedoch nie schneller oder langsamer als mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs sein. In der Nähe eines Schwarzen Loches muß es quasi dem Raum folgend ständig bergauf fliegen, um dem Sog zu entkommen. Ab einem bestimmten Punkt reicht dazu seine Geschwindigkeit nicht mehr - man nennt dies Ereignishorizont. Ab da ist ein Entweichen nicht mehr möglich.
  6. da ein Photon nur mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs sein kann, hat es diese vom Zeitpunkt seines Entstehens an. Teilweise "ist" es diese Geschwindigkeit.
  7. hat sich damit erledigt. Da es nicht langsamer oder schneller als Lichtgeschwindigkeit ist, finden Begriffe wie Beschleunigung auf das Photon keine Anwendung.
  8. genau das heißt es. Man hat den Begriff des Photons geprägt, um zum Ausdruck zu bringen, daß es sich nicht um einen Strahl im mathematischen Sinne handelt, sondern um einen diskreten Energiebetrag. Sonst wären Dinge wie der fotoelektrische Effekt nicht möglich. Zum Begriff Photon greift man eigentlich nur, wenn man die Teilcheneigenschaften des Lichtes betonen will.
  9. Die Lichtgeschwindigkeit ist eine Fundamentalkonstante unseres Universums. Zumindest ist mir bis jetzt nichts anderes zu Ohren gekommen. In anderen Universen könnte es sein, daß das Licht sich so schnell bewegen kann, wie es möchte. In dem unseren tut es das ausschließlich mit Lichtgeschwindigkeit. Das Wort "begrenzt" ist hier gefährlich, weil Licht sich auch nicht langsamer als mit Lichtgeschwindigkeit bewegt...
  10. jetzt muß ich vorsichtig werden. Wenn ich mich recht entsinne, entsteht Licht überall da, wo Energie in bestimmten Beträgen abgegeben wird. Wenn du Licht als Strahlung auffasst, ist das ein weites Feld, z.B. wenn sog. angeregte Elektronen auf ihre eigentliche Bahn zurückspringen; wenn bei Zerfall oder Fusion von Atomkernen Energiebeträge freiwerden, wenn sich ein Positron und ein Elektron gegenseitig vernichten usw. Die Abstrahlung eines Photons durch ein angeregtes Elektron kann durch die vorherige Aufnahme eines Photons durch ebendieses Elektron (Reflexion) verursacht sein, durch thermische oder chemische Prozesse u.v.a.m.

Okay, das war mal Hawkins, wie ihn sich der kleine andisazi vorstellt. Wahrscheinlich kriege ich jetzt Dresche von den Leuten hier, die diese Materie hier richtig gut durchdrungen haben. Aber ich wollte es wenigstens mal versuchen...

LG andisazi

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Photonen haben auch eine Masse. Ihre Ruhemasse (auch wenn es tatsächlich nie stillsteht) beträgt zwar 0 kg, aber jedes einzelne Photon hat eine Energie (hast du ja schon mit dem Fotoeffekt angesprochen). So jener der den Nobelpreis für den Fotoeffekt bekam hat auch auch die Formel E=mc^2 berechnet. Die Formel sagt nichts anderes das Energie Äquivalent zur Masse ist (c ist die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum, daher eine Konstante). Sprich dadurch das ein Photon immer eine Energie hat, hat es auch eine (wenn auch sehr geringe) Masse mit welcher es gekrümmt wird. (hoff das war jetzt verständlich)

noch kurz zu 9. . Die Lichtgeschwindigkeit von der alle immer reden (die schnellste aller Geschwindigkeiten in unsrem Universum) gilt nur im Vakuum. In anderen Medien ist die Geschwindigkeit aber kleiner. Das ist auch der Grund warum man nicht genau dahin Zielen darf wo der Fisch ist, wnen man ihm im Wasser versucht zu fangen, weil die Lichtgeschwindigkeit im Wasser kleiner ist als in der Luft ;) Ansonsten hast das gut erklärt ;)

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@palopi

Aber wenn sie eine Masse haben, müssten sie nach der relativistischen Massenzunahme eine unendlich große masse haben und die Raumzeit somit unendlich krümmen und eine Singularität erzeugen. Doch das ist ja scheinbar nicht der Fall. Also haben sie entweder keine Masse, oder Einstein hat sich in einem Punkt geirrt. Aber das erstere ist wohl wahrscheinlicher :)

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Das ist ja mal ne Aufgabe für die Tageszeit. Also: 1. Wenn du sie anhältst, haben sie eine Masse.Sie sind halt die "Unterwegsform" der Masse. 2. Es gibt sie. 3. Immerhin wechselwirken sie. Das kannst du im weitesten Sinne als "Reibung" auffassen. 4. Doch. Dann überlagern sie sich. 5. Das machen Physiker täglich. 6. Die Trägheit von Photonen ergibt sich aus ihrer Masse, die der Energie verbandelt ist. Hier begibst du dich aber in Eigenschaften des Raumes. Er ist nicht gerade. Man weiss nicht wirklich, ob Gravitation eine Eigenschaft von Masse oder Massenansammlungen die Folge von Gravitation sind. Immerhin hatte der Kosmos viel Zeit, beide einander zuzuordnen. 7. Ein Photon muss nicht beschleunigt werden. Es ist per Definition mit konstanter Geschwindigkeit unterwegs, vom Anfang bis zum Ende. 8. Energie und Masse. Man kann eine Tonvase ja auch nicht ohne Ton herstellen. 9. Sie können nicht schneller werden, weil alle Masse, die sie beinhalten, in Geschwindigkeit umgewandelt worden ist. 10. Mach eine Kerze an.

"makroskopische" photonen gibt es sicher nicht, und wenn du schreibst sie sind "auch nichts weiter als teilchen", dann stimmt das nur, wenn du dir über den teilchenbegriff in der quantenmechanik im klaren bist

  1. sie haben keine ruhemasse (und sind daher auch in keinem bezugssystem in ruhe), sie haben aber energie, impuls, spin,... warum sollten sie nicht existieren können.

  2. konsequenz (daraus, dass sie keine ruhemasse haben): sie bewegen sich in jedem inertialsystem mit lichtgeschwindigkeit (siehe relativitätstheorie)

  3. sie wechselwirken doch mit materie. weil du das wort "reibung" erwähnst: such mal nach "laserkühlung" oder "optische melasse", das ist einer klassichen reibung oder zähigkeit gar nicht so unähnlich.

  4. direkt miteinander wechselwirken tun sie nicht, da sie die austauschteilchen der elektromagnetsichen kraft sind, selbst aber keine elektrische ladung tragen. und zu dem satz: "sie können doch nicht beide zur gleichen Zeit dieselben Raumkoordinaten haben". von raumkoordinaten zur selben zeit kannst du nicht sprechen, da photonen eben keine punktteilchen sind sond nur durch wellenfunktionen beschrieben werden können. sie können aber den selben zustand annehmen, was photonen, da sie bosonen sind, sogar sehr gerne tun. siehe "laser"

5 für einen außenstehenden beobachter am ereignis horizont eines schwarzen lochs vlielleicht, zumindest scheinbar aus seiner perspektive.... vielleicht kann hier jemand helfen? licht breitet sich im medium natürlich langsamer aus als im vakuum, mit den richtiegen medien kann licht sogar sehr sehr langsam gemacht werden, allerdings muss man sich das eher so vorstellen, dass sich die photonen zwischen den atomen immer noch mit vakuum-lichtgeschwindigkeit ausbreiten, nur eben durch die wechselwirkung mit den atomen die wellenfront langsamer wird.

6.ein photon bewegt sich immer mit lichtgeschwindigkeit

7 . siehe 6

8 . photonen können bei teilchen kollisionen, zerfällen, niveau übergänge im atom, thermische bewegung der moleküle,.... enstehen. licht ist elektromagnetische strahlung, also eben auch photonen. und diese sind wie oben schon geschreiben mehr als nur energie, sondern haben noch eine ganze reihe anderer eigenschaften.

9 . siehe relativitätstheorie. warum gerade diese geschwindigkeit weiß derzeit niemand(der "zaheln"wert kommt natürlich einfach von der (willkürlichen) definition unseres meters (der ja inzwischen selbst schon durch die lichtgeschwindigkeit definiert ist) und der sekunde)

0 . siehe 8

Wie können Photonen keine Ruhemasse haben?

Also Photonen haben nur eine Masse wenn sie sich in Lichtgeschwindigkeit bewegen dann gilt m=E/c^2. Und da Photonen bei Lichtgeschwindigkeiteine Masse haben können sie auch Energie verlieren allerdings keine Kinetische wie bei einem Ball den man hoch kickt. Ist dan Photon dann abgebremst also unter Lichtgechwindigkeit ? Falls ja würde es sich so lange abbremsen bis es still steht, dann hätte es keine Masse mehr weil es keine Ruhemasse hat (Ruhemasse ist doch so definiert das wenn das ein "dingens" still steht keine Masse mehr hat oder ? ) Wäre dann die ganze Energie die es hinterlassen hat (Reibung Gravitation etc.) die Masse ? Also hat sich sich da die Masse in andere Energie umgewandelt ? Jedenfalls wie oder "was" wird beschleunigt damit ein Photon raus kommt. Ich denke es kann ja nicht beschleunigt werden weil es vor´m beschleunigen keine Masse hat^^ Der letzte Satz beinhaltet meine Frage Photonen müssen doch irgentwie beschleunigt werden aber wie menn sie keine Ruhemasse hat ? Weil wenn es keine Masse hat kann es doch garnicht exestieren denn Keine Masse=Keine Energie=Nichs.

Also falls jetzt alles was ich geschrieben habe totaler "Bullshit" ist, könntet ihr mir wenigstens mit euren eigenen Worten beschreiben warum Photonen keine Ruhemasse haben ?

Danke :D

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Sagen wir eine kugelförmige Lichtquelle würde von seiner gesamten Oberfläche 1000 Photonen nach außen abstrahlen. Wenn es nach dem Teilchenmodell geht würde dabei der Abstand zwischen den 1000 Photonen mit zunehmender Ausbreitung immer größer werden, weil alle Photonen eine etwas andere Ausbreitungsrichtung besitzen. Man könnte auch sagen mit zunehmender Entfernung zur Lichtquelle würde das Licht immer stärker ausgedünnt werden. Doch ist es wirklich so?

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Der oben genannte und unten zum Verständnis abfotografierte Formel können konkrete Zahlen eingesetzt werden. Hierzu verwende ich folgendes:

Rohmasse eines Photons : 0
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Ich komme also ausgerechnet auf folgendes :

M = 0 / Wurzel 1 v Quadrat geteilt durch v Quadrat.
<=> m= 0/ Wurzel 1-1
<=> m= 0/ Wurzel 0
<=> m= 0/0

Dies stellt mich vor folgende Fragen:

1. 0/0 ist nicht definiert, hat ein Photon also eine nicht definierte Masse?

2. alleine durch die Bewegung müsste es doch eine Bewegungsenergie und somit Masse besitzen (oder? Ist bei Strings doch ähnlich da sie ja ebenfalls Rohmasse Null haben und die Masse durch Energie gewinnen ?) was man durch die Formel e= m * c zum Quadrat nachweisen kann. Müsste man sich also dem Punkt Null durch null annähern ? Dann käme man auf + oder - unendlich, da ich eine Negative Masse für Photonen ausschließe wäre nur +unendlich möglich. Ein Photon kann aber doch schlecht unendlich Masse besitzen oder ?

Ich würde mich über konstruktive Antworten sehr freuen und Danke bereits im Voraus,

LG Jascha  
  

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