Es gibt verschiedene Formulierungen für die Unschärferelation. Ganz allgemein gilt sie für alle sogenannten komplementären physikalischen Observablen die zueinander unscharf sind. In der Mechanik sind dies Ort und Impuls, es gibt aber auch Zeit und Energie als komplementäre Variable.

Für jede unabhängige Dimension gilt für ein quantenmechanisches System dass das Produkt der Standardabweichung der Messgrössen grösser ist als h quer/2 oder deltaX x delta p >= h quer/2. Die Standardabweichung ist die Messunsicherheit einer physikalischen Grösse. Für mikroskopische Systeme können diese Effekte sehr gross werden, in makroskopischen Systemen sind sie nahezu unmessbar klein, weshalb die klassische Mechanik einen sehr grosesn Gültigkeitsbereich behält wo man h Effekte vernachlässigen kann.

Der Grund für die Unschärferelation ist die direkte Konsequenz des Welle-Teilchen Dualismus. Wenn jedes Objekt auch massenbehaftete Teilchen wie Elektronen sowohl Wellen als auch Teilchen sein können sind die Ort und Impulsvariablen durch eine Fouriertransformation miteinander verknüpft. Die statistische Streuung der einen Grösse (zb Ort) ist dann im Fourierraum komplementär (sehr gross für Impuls wenn sie sehr klein ist für Ort und umgekehrt)

Die exakten Formeln der Unschärferelation sind demnach die logische mathematische Konsequenz von der Hypothese dass alle Materie sowohl als Massepunkte als auch Wellen betrachtet werden kann, die Natur ist einfach so. Wenn man diesen Umstand beschreiben will kommt man auf diese komplementären Relationen von verknüpften Variablen. Der Foramlimus und die Herleitung ist ziemlich kompliziert, dafür gibt es umfangreiche Fachliteratur.

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Das ist eine reine Definitionsfrage die mit dem Koordinatensystem zusammenhängt. Eine sogenannte ebene Elektromagnetische Welle (eindeutige Frequenz und ausgezeichnete Ausbreitungs und Polarisationsrichtung) besitzt ein elektrisches Feld und ein dazu senkrecht stehendes magnetisches Feld. Per Konvention wird s oder p Polarisation auf das E-Feld der EM Welle bezogen. Die Einfallsebene ist für ein Experiment definiert und dort kann natürlich ein beliebiger  Winkel zur einfallenden Welle vorhanden sein.

Entscheidend ist, dass dies die reine  Polarisaiton einer EM Welle ist, und es gibt auch beliebigt statistisch gemischte  Wellen die s und p Anteile enthalten. Ein wichtiger Spezialfall ist die sogenannte zirkuläre Polarisation die je 50% von  s und p enthält, aber um pi/2 phasenverschoben. das ist eine Polarisationsebene die sich im  Raum dreht als Funktion der Zeit bei gleichzeitiger vorwärts bewegender Welle.

Insofern ist Deine Antwort b) richtig genau dann und nur dann wenn es sich um eine eben polarisierte Welle handelt. Dann ist tatsächlich eine Welle aus s und p Anteilen zusammengesetzt. Für Beschreibung von physikalisch wichtigen Streuprozessen versucht man zur Vereinfachung der  Berechnung die Koordinatensysteme so legen dass es eindeutig s oder p polarisierte Wellen gibt sonst werden die Berechnungen obszön kompliziert. Aber das hat nichts mit der Natur sondern nur mit der Bequemlichkeit der Physiker zu tun die nicht gerne kompliziert rechnen wenn es auch einfach geht...

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Die korrekte Theorie die Photonen als Quanten beschreibt und die Wechselwirkung mit dem elektromagentischen Feld ist die sogenannte QED, Quantenelektrodynamik. In dieser quantisierten Feldtheorie sind die elektrischen Ladungen Quellen des EM Feldes und die Photonen sind quantisierte Energieeinheiten die von der Ladung ans Feld übertragen werden können oder absorbiert werden können. Beide Prozesse (Absorption und Emission von Photonen) sind Quantenprozesse wo ein Photon mit einem elektrisch geladenen Teilchen Energie und Impuls austauscht. Das Photon ist dabei elektrisch neutral, denn es ist nicht notwendig geladen zu sein um Energie und Impuls zu übertragen. In der QED wird übrigens sogar die elektrostatische Abstossung zweier positiv geladener statischer Elementarteilchen beschrieben als Austausch von virtuellen Photonen die die abstossende Kraft erzeugen, denn das Photon kann ja Impuls übertragen bei einem Streuprozess auch wenn es nur virtuell (also in extrem kurzer Zeit) am Prozess teilnimmt. Impulsübertrag gibt aber einen Kraftstoss oder wenn ein Teilchen festgehalten wird eine statische Kraft. D.h. sogar die elektrostatische Kraft muss beschrieben werden als Wechselwirkung zwischen geladenen Teilchen mit virtuellen Photonen, weil sonst kein übertragungsmechanismus zwischen den zwei Teilchen vorhanden wäre. Das klassiche elektrostatische  Feld ist eine phänomenologische Beschreibung der Kraft (durch die Coulombkoinstante einfach eingeführt) ohne mikroskopische Erklärung der beteiligten Elementarteilchen.

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Die Formel für die relativistische Gesamtenergie eines Teilchens E=mc^2 gilt nur für Teilchen mit endlicher Masse. Ausgeschrieben wird sie mit m=m0*1/(sqrt(1-(v^2/c^2)) resp. m=m0*gamma.   D.h. die Masse des Teilchens steigt mit der Geschwindigkeit.

Gamma ist der Lorentzfaktor der die relativistische Skalierung im Bezugssystem mit Geschwindigkeit v berechnet. Für v gegen unendlich wird auch gamma unendlich, d.h. die energie wäre unendlich wenn die Masse endlich wäre. Es können also nur Teilchen mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs sein die masselos sind. Die Energie eines Photons ist E=hf wo h das Planck'sche Wirkungsquantum und f die Frequenz der Strahlung beschreibt. Im Welle Teilchen Dualismus der Quantenmechanik kann man ein endliche Energie dem Photon nur zuordnen wenn man die entsprechende Frequenz der Welle verwendet. Je höher die Frequenz der  Strahlung umso höher also die Photonenergie. Die Energie gilt für Absorption und Emission von Photonen für jedes einzelne Photon. Viele Photonen gleicher Frequenz haben nicht höhere Energie sondern eine höhere Intensität. Dh. die Häufigkeit von Absorption wird grösser, aber die energie im Prozess ist immer gleich gross.

Das Photon ist also ein hochrelativistisches Teilchen und muss Masse 0 haben weil es sonst nicht mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs sein könnte.

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viele  Aspekte des elektromagnetischen Feldes wurden in den voherigen Antworten korrekt beantwortet.

Ich möchte folgendes ergänzen:

Man muss das elektrische und magnetische  Feld als separate Feldkomponenten des elektromagnetischen Feldes betrachten, ein magnetisches  Feld ist NICHT ein elektrisches Feld anders interpretiert.

Grunsätzlicher Unterschied ist der Effekt auf Ladungen: ein elektrisches Feld beschleunigt ein Ladung in Beweungsrichtung, macht sie also schneller. Ein magnetisches Feld beschleunigt die Ladung senkrecht zur Bewegung, lenkt sie also nur ab, das ist ein fundamentaler Unterschied.

Eine statische Ladung hat nur ein elektrisches Feld, betrachtet man aber die Ladung aus einem bewegten Koordinatensystem (durch Lorentztransformation) so sieht man sowohl ein elektrisches als auch magnetisches Feld. Die Erzeugung, Ausbreitung und gegenseitige Wechselwirkung ist durch die Maxwell Gleichungen umfassend beschrieben, und diese Systeme gekoppelter partieller Differentialgleichungen lassen sich nicht separat interpretieren, sie gehören zusammen.

Ein elektromagnetische Welle (zB Licht) enthält bei ihrer  Ausbreitung immer sowohl ein elektrisches als auch ein magnetisches Feld, das immer senkrecht zum elektrischen steht. Beide Feldkomponenten bereiten sich synchron zusammen mit Lichtgeschwindigkeit aus.

Also: elektrische und magnetische Felder sind zwei unabhängige Feldkomponenten des EM Feldes die sich auf Ladungen unterschiedlich auswirken und deshalb separat analysiert werden müssen.

Das Magnetfeld ist deshalb NICHT ein bewegendes elektrisches Feld, die Feldlinien die durch einen Strom entstehen stehen senkrecht auf den elektrischen Feldlinien die von den Ladungszentren ausgehen und gleichzeitig existieren. Für ein typisches Feldlinienbild durch einen geraden  Stromleiter gibt es viele Referenzen wie zB https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetismus#Beispiele_f.C3.BCr_Magnetfelder

Die Gründe für die separate  Behandlung sind eher historisch zu sehen weil man bis zu Maxwell nicht verstand wie die Phänomene zusammenhängen. Auch das relativistische EM Feld enthält separat E und B Feldkomponenten, es ist durch den sogenannten elektromagnetischen Feldtensor beschrieben.

Ich hoffe Du verstehst die wesentlichen Aspekte jetzt: elektrische und magnetische Felder sind zwei UNTERSCHIEDLICHE Feldkomponenten des elektromagnetischen Feldes die sich gegenseitig beeinflussen und bei Wellenausbreitung gemeinsam aber gegenseitig senkrecht stehend mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten.

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Die Antwort ist einfach: Der Atomkern enthält nicht nur Protonen, sondern auch Neutronen. Neutronen sind noch zusätzlich schwerer als Protonen, obwohl die Masse sehr ähnlich ist. die gesamte Kernmasse ist die Summe aller Nukleonenmassen, also Protonen+Neutronen.

Die Anzahl Elektronen sind aber NUR durch die Anzahl Protonen definiert, da die Summe der elektrischen Ladung eines Atoms null sein muss sonst wäre die gesamte Ladung so gross dass sich schon wenige atome sehr stark abstossen würden.

Ein Blick ins Periodensystem zeigt: Argon hat einen Kern mit 18 Protonen und 22 Neutronen Kalium hat einen Kern mit 19 Protonen aber nur 20 Neutronen.

Der Massendefekt oder andere exotische quantenmechanische Effekte müssen also nicht herhalten für die Unterschiede der Kernmassen:

Argon hat simpel einfach zwei Neutronen mehr welche nur die Kernmasse vergrössern aber nicht mehr Elektronen hinzufügen.

Im direkten Vergleich folgt dass Kalium mit einem Proton mehr leichter ist, weil der Kern eben zwei Neutronen weniger hat.

Die stabilen und instabilen Isotope hängen von komplexen Kernwechselwirkungen ab die nicht intuitiv verstanden werden können. Die zwei Beispiele gelten für stabile Isotope. ein Kaliumatom mit 22Neutronen ist chemisch theoretisch stabil aber kernphysikalisch vermutlich höchst instabil und zerfällt in kurzer Zeit, deshalb kommt es in der Natur nicht vor.

alles klar?

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