Hat Licht eine unendliche Dichte?
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?
Kann es passieren dass ab einer bestimmten Entfernung von der Lichtquelle, die ausgesandten Photonen so weit voneinander entfernt sind, das ein ausreichend weit entfernter Beobachter gar kein Photon mehr empfängt?
Wenn man bedenkt das wir Galaxien in einer Entfernung von über 10 Mrd. Lichtjahren sehen, frage ich mich wie hoch die Dichte an Photonen sein muss, damit auch in einer solchen Entfernung noch genug Photonen bei uns ankommen. Die Photonen Dichte muss dazu eigentlich extrem hoch sein um sich über solche gigantischen Räume auszubreiten und trotzdem noch dicht genug zu sein damit ein Beobachter in 10 Mrd. Lichtjahren Entfernung genug Photonen empfängt.
Also gibt es eine Entfernung von einer Lichtquelle ab der man aufgrund extremer Ausdünnung der Photonen gar keine Photonen mehr registriert oder verhält es sich mit dem Licht so dass nur die empfangene Energiemenge extrem niedrig wird aber niemals null? Demnach hätte das Licht aber eine Art unendliche Dichte an Photonen.
5 Antworten
dein fehler ist es dir photonen als kleiner bällchen mit einer festen flugbahn vorzustellen. aber so ist das nicht.
das ganze ganz einfach klassisch betrachtet (es ist eine ganz schlechte angewohnheit, irgendwo photonen und quantenmechanik zu bemühen wo es schlicht nicht notwendig ist): die lichtintensität nimmt mit dem quadrat der entfernung ab (das ergbit sich ganz einfach aus geometrischen überlegungen). deshalb brauchst du auch sehr empfindliche geräte um sehr weit entfernte objekte noch zu sehen.
wenn du jetzt unbedingt photonen einführen willst: die lichtintensität ist proportional zur wahrscheinlichkeit ein photon zu detektieren. nachdem die intensität zwar quadratisch abfällt aber niemals null wird, wird auch die wahrscheinlichkeit immer geringer aber niemals null.
das heißt aber natürlich nicht dass die photonen-dichte urprünglich unendlich groß war. auch wenn ein einzelnes photon ausgesandt wird (mit einer kugelsymmetrischen impulsverteilung) wird die wahrscheinlichkeitsdichte es in einem gegeben volumen zu detektieren mit größerer entfernung immer geringer (und zwar quadratisch in der entfernung), aber niemals 0.
das photon wird genau einmal detektiert. die wahrscheinlichkeit dafür ist aber (bevor es detektiert wurde), überall großer 0.
Das quasi das eine Photon in einem zugegeben krassen Zufall an zwei oder mehr Orten gleichzeitig ist?
Das was du dort Zusammenbaust, erinnert mich an das was man glaube Quantenverschränkung nennt. Dabei würde man an einen Beliebigen Ort faktisch eine Kopie des Originals erschaffen. In dem Fall könnten 2 Detektoren an verschiedenen stellen dieses eine Erfassen, da beide bis zum Quantenzustand glaube identisch sind.
Wäre dies möglich würde dass aber bedeuten dass Energie erzeugt wurde. Aus der Energie eines Photon wären dann zwei geworden und diese hätten beide ihre Energie im Prozess der Detektion übertragen. Das würde wahrscheinlich gegen irgendwelche Energieerhaltungssätze verstoßen oder?
Nehmen wir mal an die zeit der Detektion und der Energiegehalt erden nicht gemessen musst das nicht so sein. Das eine könnte im besten Fall von ersten Detektor reflektiert worden sein und so Zeitversetzt auch vom 2. erfasst worden sein. In dem Fall wird es vielleicht auch kein Problem mit den Energieerhaltungssatz geben.
Teils hast du recht, schließlich können wir Astronomie auch nur sehr beschränkt mit unseren Augen betreiben. Teleskope fangen aber viel kleinere Lichtmengen auf, außerdem gibt es die sogenannte Langzeitbelichtung, bei der man den Photonen einfach mehr Zeit gibt, auf den Kamerasensor zu fallen. Wenn man versucht, so sich schnell bewegende Objekte zu fotografieren, bekommt man meistens nur verschwommene Bilder. Bei weit entfernten Objekten funktioniert das jedoch.
Eine weitere Sache, die nur mit Teleskopen gemacht werden kann, ist die Untersuchung von elektromagnetischen Wellen anderer Wellenlängen, wie zum Beispiel im Infrarotbereich.
Eine kugelförmige Lichtquelle wie eine Sonne hat eine endliche Masse und sendet somit nur eine endliche Anzahl Lichtquanten aus. Ihre Anzahl pro Fläche nimmt mit dem Quadrat zur Entfernung ab.
Von weit entfernten Sonnen gelangt tatsächlich nur ein kleiner Teil zur Erde, was aber ausreicht, um mit empfindlichen Teleskopen sichtbar gemacht zu werden.
Hallo Energiekugel,
ich bin nur Laie, aber das was du sagst ist deine Antwort, aber auch irgendwie Quatsch. Du siehst was ankommt, so einfach.
Also gibt es eine Entfernung von einer Lichtquelle ab der man aufgrund extremer Ausdünnung der Photonen gar keine Photonen mehr registriert oder verhält es sich mit dem Licht so dass nur die empfangene Energiemenge extrem niedrig wird aber niemals null? Demnach hätte das Licht aber eine Art unendliche Dichte an Photonen.
Deine Argumentation und Denkweise ist an sich denke ich nicht verkehrt, ja irgendwann würde man aufgrund der geringen menge entweder nichts oder nur unmerkbar wenig messen können. Aber muss man auch bedenke das licht nichts durchdringen kann und wird daher auch von allem was Materie ist oder ein schwarzes Loch blockiert und wenn die Temperatur beim Nullpunkt ist dann bleibst glaube selbst Licht auf der Stelle Stehen. Das mit der Unendlichen Dichte halte ich aber für Falsch.
Wenn man bedenkt das wir Galaxien in einer Entfernung von über 10 Mrd. Lichtjahren sehen, frage ich mich wie hoch die Dichte an Photonen sein muss, damit auch in einer solchen ..... und trotzdem noch dicht genug zu sein damit ein Beobachtet in 10 Mrd. Lichtjahren genug Photonen empfängt.
Eine Galaxie besteht aus Milliarden von Sternen, das Licht welches nicht in unsere Richtung von denen Abgestrahlt wird, wird von Nebeln und anderen Objekten Reflektiert. Jeder Stern ist im Vergleich zu einem Planeten Gigantisch und es gibt einige welche selbst so Gigantisch sind, das sie so groß wären wie unser Sonnensystem. Die Masse an Photonen die ausgestoßen wird ist wahrscheinlich nicht mal Berechenbar. Dazu kommt das diese Photonen Permanent ausgestoßen werden.
Wissenschaftler haben herausgefunden das ein Mensch in einem Dunklen Raum direkt auf die Lichtquelle schauend, bereits etwas davon bemerkt, wenn nur 3 Photonen auf die Augen Treffen.
Man könnte auch sagen mit zunehmender Entfernung zur Lichtquelle würde das Licht immer stärker ausgedünnt werden. Doch ist es wirklich so?
Im Grunde ja, denn aus dem Grund ist es ja je näher du einem Stern kommst auch wärmer.
Kann es passieren dass ab einer bestimmten Entfernung von der Lichtquelle, die ausgesandten Photonen so weit voneinander entfernt sind, das ein ausreichend weit entfernter Beobachter gar kein Photon mehr empfängt?
Denke ja, aber kommt auch auf den Beobachter an. Je größer der ist, desto schwerer ist es nichts zu empfangen. Eine Bakterie würde das schon sehr viel schneller passieren.
MfG PlueschTiger
Theoretisch könnte es schon so sein das bei dem Modell irgendwo kein Licht mehr ankommt. Praktisch funktioniert ein Stern aber anders. Der strahlt sehr viele Photonen in eine in gewissen Grenzen zufällige Richtung ab.
Schon seltsam. Angenommen es wurde ein einziges Photon ausgestrahlt. Diese Wahrscheinlichkeit wonach ein Photon detektiert werden kann, könnte die dazu führen dass zufällig zwei oder mehr Beobachter in unterschiedlicher Richtung und Entfernung von der Lichtquelle das Photon gleichzeitig detektieren? Das quasi das eine Photon in einem zugegeben krassen Zufall an zwei oder mehr Orten gleichzeitig ist? Wäre dies möglich würde dass aber bedeuten dass Energie erzeugt wurde. Aus der Energie eines Photon wären dann zwei geworden und diese hätten beide ihre Energie im Prozess der Detektion übertragen. Das würde wahrscheinlich gegen irgendwelche Energieerhaltungssätze verstoßen oder?