Wie breit ist Licht?
Wie breit müsste ein Spalt sein, dass Licht so ungehindert durchkommt, dass es gar nicht merkt, dass es gerade durch einen Spalt durch ist?
10 Antworten
Es kommt durch keinen noch so breiten Spalt, ohne beeinflusst zu werden.
Es kommt auch an keiner Kante ungehindert vorbei.
Das Licht "bemerkt" sogar eine einseitige Kante, auch wenn es gegen die andere Seite ein Lichtjahr Platz hat, und wird daran gebeugt.
Licht ist vor allem nach einem Besäufnis immer breit genug, um nichts zu merken.
Der Spalt ist die in der Spektroskopie übliche Form der Öffnung. Bei Teleskopen, Mikroskopen und in der Fotografie ist die Öffnung eine kreisförmige Lochblende.
So oder so sind die auftretenden Beugungsmuster um so kleiner, je größer die Öffnung ist.
Um das Licht unbeeinflußt zu lassen, müßte die Öffnung unendlich groß sein.
Da ist erst mal etwas grundlegend verkehrt: Licht "merkt" sowieso nichts. Auch in einem wirklich kleinen spalt gibt es Photonen, die einfach grade durchfliegen ohne gebeugt zuwerden. Entgegengesetzt gibt es aber auch an Sehr großen Spalten Photonen, die an den Kanten gebeugt und somit vom Spalt beeinflusst werden.
Eine "Breite" von Licht existiert in dem Sinn nicht.
Mit Randbedingungen hat das bis auf ein Wortspiel nun gar nichts zu tun.
Die sache ist die: Nimm an du hast einen Spalt, durch den du einzeln Photonen durchschickst. Dieser Spalt ist so klein, dass er mit bloßem auge nicht mal erkennbar ist. jetzt schießst du ein photon nach dem anderen einzeln an exakt derselben position in exakt derselben ausrichtung da durch. Sobald das photon durch den Spalt durch ist hast du keine ahnung mehr wo es ist, bis es auf einem Schrim auftrifft. Dort wirst du feststellen, dass du nicht vorhersagen kannst wo es auftrifft, da du nicht weisst ob es gebeugt wurde oder nicht. Mach das ganze mit Photonenpaketen und du wirst ein strichmuster bekommen, bei dem die größte intensität in der Mitte ist und die striche nach außen hin immer schwächer werden - Interferenz nent sich das ganze. Jetzt machst du den Spalt so groß wie ein Burgtor: Der effekt bleibt derselbe, nur dass dein mittleres Hauptmaximum jetzt gigantisch ist im vergleich zu den äußeren Nebenmaxima. auch bei einem Burgtor werden streng genommen Photonen an der ganz rechten Seite des Tors nach links gebeugt.
Und eine Frage nach der "Breite" von Licht ergibt schon allein aus der Definition von Licht keinen sinn, denn "Licht" ist im normalen Sprachgebrauch nichts anderes als sehr große Pakete verschiedener elektromagnetischer Strahlungen, die von Oberflächen reflektiert, teilreflektiert oder absorbiert werden können.
Ich denke von Ursache und Wirkung her:
Entweder ein Teilchen ist frei - dann bleibt es, wie es ist. Es hat ja auch keine Veranlassung sich zu ändern, sofern es nicht eine innere Dynamik hat.
Oder es unterliegt gewissen Zwängen und Rahmenbedingungen. Dann verhält es sich anders und passt sich den Gegebenheiten an.
Ein Photon ist nunmal aber auch kein Teilchen im klassischen Sinne, sonern ein (idealisiert) masseloses Teilchen welches zeitgleich auch Wellencharakter hat. Das kann man nicht wie ein Elektron oder Proton behandeln.
Du merkst aber auch, dass so ein Paket, das einerseits sehr schlank daherherkommt ("Strahl"), dann aber doch nicht so ohne Weiteres durch das Burgtor passt, schwer begreifbar ist.
Bei einem Strahl ist die Angabe eines Durchmessers, also ein Strahlbreite mit einem Strahlprofil, kein Problem.
Jetzt nehme ich den Strahl und betrachte seine Einzelbestandteile, und stelle fest, dass jedes davon deutlich breiter daherkommt als der Strahl.
Ich denke von Ursache und Wirkung her
Nein. Du vermenschlichst Lichtquanten.
Ich mache es dir jetzt ganz einfach, deinen Fehler zu erkennen.
Stell dir vor, du stehst auf der Erde und hebst eine Bowlingkugel hoch.
Woran merkt diese Bowlingkugel, dass sie fallen muss, wenn du sie loslässt?
Bemerkt sie, dass deine Hände sie nicht mehr berühren? Aha.
Jetzt nehme ich den Strahl und betrachte seine Einzelbestandteile, und stelle fest, dass jedes davon deutlich breiter daherkommt als der Strahl.
Das ergibt nicht mal in entferntesten Sinn.
Ein Lichtstrahl verhält sich genau so, wie man es von einem Paket von Photonen erwarten würde, nämlich wie die Summe des Verhalten aller einzelnen Photonen. und deine Strahlenbreite ist nichts anderes als eine baulich bedingte Form der Austrittsöffnung der Lichtquelle, gepaart mit der Kenntnis über die Kohärenz des entsprechenden Strahlenpakets.
Beugen lässt sich alles. Auch Elektronen und Protonen, daran soll's nicht scheitern...
Ich sehe da keinen Fehler: Die Kugel sucht sich den geeignetsten Weg.
Das entspricht dem Hamilton'schen Prinzip in der Mechanik: Sie probiert gewissermaßen alle möglichen Wege aus (oder erkundet, was wohl der bestmögliche ist) und sucht sich den mit der kleinsten (stationären) Wirkung aus.
In der Optik funktioniert es genauso, da nennt man es das Fermat'sche Prinzip: Das Licht schaut sich alle möglichen Wege an und sucht sich daraus den schnellsten aus.
Das heißt aber auch, dass ihm alle möglichen Randbedingungen bekannt sind und bei der Wegsuche berücksichtigt werden.
Was ich mir sehr herausfordernd vorstelle, wenn der Rand wirklich sehr, sehr weit weg ist. So ist dann auch die Frage entstanden: Gibt es ein derart weit weg, dass der Rand keine Rolle spielt?
Das heißt aber auch, dass ihm alle möglichen Randbedingungen bekannt sind und bei der Wegsuche berücksichtigt werden.
Nein, das heißt es nicht. es wird der weg gewählt, der den geringsten Aufwand bedeutet bzw der am attraktivsten ist. dazu reicht es die direkte umgebung zu kennen, die frage nach dem "Warum" stellt sich da nicht.
Gibt es ein derart weit weg, dass der Rand keine Rolle spielt?
Vermutlich nicht. Nagel mich grade nicht drauf fest, aber mir schwirrt da was im Kopf rum mit sich voneinander wegbewegenden Teilchen, die nach Unschärferelation erst einen messbaren Wert bekommen wenn sie tatsächlich auch gemessen werden, wobei der Fall war dass bei Messung des einen Teilchens sofort auch das andere Teilchen feststand. Dazu müsste die Information über die Messung von Teilchen A aber unendlich schnell bei Teilchen B angekommen sein... ich muss das noch mal raussuchen, ich komm grade nicht drauf wo genau ich das gelesen/gesehen hatte. Vielleicht weiß einer von euch was ich meine.
Auf Hamilton'sches und Fermat'sches Prinzip habe ich bereits verwiesen, das ist wissenschaftlich.
Bin da aber leidenschaftslos: Von mir aus muss es nicht das Teilchen sein, dass sich den Weg sucht. Es kann auch die Umgebung des Teilchens sein, die das Teilchen zu der richtigen Stelle lotst. Oder ein zentrales Rechenzentrum, das den Weg vorberechnet und dann Teilchen und Umgebung steuert.
Im Endeffekt wahrscheinlich sogar äquivalente Formulierungsoptionen für eine Art von Governance-Institution für Naturgesetze.
Offensichtlich geht zumindest nicht alles den Weg des geringsten Widerstands, denn wie viele Leute allein auf dieser Seite offen auf Konfrontationskurs gehen spricht ganz deuitlich dagegen. (Und ich freue mich schon darauf wie auch diese Aussage jetzt wieder ins Visier genommen werden wird)
Was aber alles nichts an der ursprünglichen Aussage ändert: "Licht" hat keine "Breite".
Von der Quantenphysik her ist es falsch, zwischen Photonen unterscheiden zu wollen, die gebeugt werden und anderen, die nicht gebeugt werden.
ca. die 1,168 fache Breite eines Photons.
1,168 ist das Verhältnis des Goldene Schnitts.
Vielleicht weiß er doch etwas, das nur noch nicht aus ihm herauskam...
Dann hat es zumindest eine Breitenverteilung, so dass man sagen kann, mit welcher Wahrscheinlichkeit es ohne Wechselwirkung durchgeht oder hängenbleibt.
Nunja, wenn es die Kante bemerkt, ist es wohl breit genug, um davon etwas mitzubekommen. Sonst könnte es ja völlig ignorant und wechselwirkungsfrei hindurchfliegen.
Man könnte sich sogar vorstellen, dass die Kante derart weit weg ist, dass die Flugzeit des Lichts (von Sender zum Empfänger) eigentlich nicht ausreicht, um so weit weg nachzuschauen, ob dort irgendwo eine Kante zur Beugung ist.
Damit könnte man Kenntnis über eine Kante gewinnen, über die man eigentlich gar nichts wissen können sollte...