Wellen und Quantenradierer — eigentlich gar nichts Geheimnisvolles!

   





D i s k u s s i o n


  Beitrag 1995-31
Zur Wechselwirkung makroskopischer Objekte mit auf sie treffenden Quanten

 
 
Sehr treffend finde ich, was Norbert Hinterberger in einem Leserbrief an die Zeitschrift "Spektrum der Wissenschaft" sagt:

Zitat von Norbert Hinterberger, Hamburg:
 
Der Teilchenbegriff ist vermutlich rein subjektiv – intersubjektiv zwar, aber eben subjektiv für den Teil der Welt, den wir klassisch sehen.

H. Dieter Zeh hat dazu wiederholt in überzeugender Weise argumentiert.

Der Welle-Teilchen-Dualismus scheint physisch diskret nicht vorhanden zu sein. Objektiv beziehungsweise physisch fundamental scheint nur die Welle zu sein.

Unter Laborbedingungen (ohne Dekohärenz) lässt sich das ja auch deutlich zeigen, wie wir hier – insbesondere in dem kleinen Film – sehen. Das Molekül wird von den Experimentatoren selbst als Materiewellenüberlagerung beschrieben, sobald wir seine Welleninterferenzen auf dem Schirm sehen. Warum lassen wir es nicht dabei?

Was uns an dieser Welle erscheint wie ein "Kollaps der Wellenfunktion" zu einem "Teilchen" an einem bestimmten Ort zu einer bestimmten Zeit im Fall einer Messung, ist einfach die inzwischen recht bekannte Tatsache, dass wir mit der Messung wie mit jeder beliebigen anderen Wechselwirkung auch das zu messende System stören oder zerstören beziehungsweise zur Dekohärenz bringen.

Das heißt aber nicht, dass die Superposition » kollabiert «. Im Gegenteil: Sie ist jetzt in einer noch großräumigeren Verschränkung definiert.
 


Nebenbei: Dass Laborbedingungen Dekohärenz ausschließen können, ist natürlich nicht wirklich richtig, denn vor Neutrinos etwa kann uns wohl kein noch so gutes Labor abschirmen.

Dies bringt mich auf noch einen anderen Gedanken:

Wo ein Quantensystem von Bosonen durchquert wird, werden entsprechende Elementarereignisse es wohl nur umbauen. Zu Dekohärenz – im Sinne einer Verschränkung des Objekts mit seiner Umgebung – kommt es wohl erst dann, wenn das Objekt mit  F e r m i o n e n  kollidiert.

grtgrt
 

  Beitrag 2076-1
Wo endet eine eloktromagnetische Welle? Und wo überall existiert sie?

 
 

Nach meinem bisherigen Verständnis ist eine elektromagnetische Welle
  • einerseits eine sich ausbreitende Potentialschwankung (= eine Schwankung der Potentialhöhe im elektromagnetischen Feld des Universums vergleichbar mit der Schwankung des Wasserpegels, die in einem ruhenden See entsteht, wenn man die Wasseroberfläche mal kurz antippt),
  • andererseits aber ist sie auch eine Energieportion, deren Größe sich aus der Frequenz der Welle errechnet. Als solche ist sie Wirkungspotential, das sich nur ganz oder gar nicht abbauen kann (wobei man jedem Ort die Wahrscheinlichkeit zuordnen kann, mit der es sich dort abbauen wird).

So weit, so gut.

Spannend aber wird es, wenn man sich frägt, wo eine solche Welle — als Potentialschwankung des elektromagnetischen Feldes — denn eigentlich endet für den Fall, dass die Welle durch eine Einzelphotonenquelle erzeugt wurde und sich als Wirkungspotential noch NICHT abgebaut hat.

Wo bitte ist das Ende dieser Welle, deren Anfang (bzw. deren Front) sich von der Quelle mit Lichtgeschwindigkeit entfernt?
Kann mir das jemand sagen?


Versuch einer Antwort:

Der Vergleich mit einer Wasserwelle hinkt (in diesem Fall wenigstens), da das Antippen der Wasserobefläche ein makroskopischer Vorgang ist, der einen gedämpften Ozillator startet. Die Dämpfung bewirkt, dass jene Wasserwelle  l a n g s a m   erstirbt.

Wo eine Einzelphotonenquelle ein Photon aussendet, wird ja wohl in einem ihrer Atome ein angeregtes Elektron zurück in einen weniger energiereichen Zustand fallen, und die Energiedifferenz wird das so auf die Reise gesandte Energiepaket. Da dieser Vorgang aber — wie die Quantenphysiker meinen — instantan ist, also keinerlei Zeit in Anspruch nimmt, müssten in diesem Fall Wellenfront und Wellenende stets gleich weit von der Lichtquelle entfernt sein.


Wenn das stimmt, wäre der Ort, an dem sich das Photon nach t sec befindet,

die Menge aller Punkte, die auf irgend einem Pfad liegen, den das Licht nehmen konnte,
und die — auf diesem Weg gemessen — von der Lichtquelle den Abstand  (t sec) • c  haben.

Es wäre dann also genau so, wie Feynman sagte: Das Photon nimmt  j e d e n  ihm möglichen Weg.



PS: Dass das Photon als Welle keine Ausdehnung in Richtung Lichtquelle hat, gilt für jeden einzelnen Zeitpunkt (aber natürlich nicht über die Zeit hinweg). Ganz anders bei einer Wasserwelle: Bei ihr können Wellentäler und Wellenberge gleichzeitig eintreten.

PS: Dass das Photon mit sich selbst interferieren kann, liegt einfach daran, dass es — wegen am Rand von Hindernissen eintretender Beugung der Welle — auch Wege geben kann, die sich  k r e u z e n  (siehe z.B. das Doppelspalt-Experiment). Auch geeignet gesetzte Spiegel können zu sich kreuzenden Wegen ein und desselben Photons führen.
 

  Beitrag 2076-2
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Die Argumentation aus 2076-1 zeigt auch:
  • Jedes Photon, das schon mindestens t sec existiert, ist ein nicht-lokales Objekt, das gleichzeitig an Orten existiert, die bis zu t • 600.000 km voneinander entfernt sein können.
  • Geht das Photon an einer dieser Stellen in einem anderen Quant auf (z.B. in einem Elektron), verschwindet es ohne jede Zeitverzögerung auch an allen anderen Orten (Beweis: Als Energie­portion kann ein Photon nur ganz oder gar nicht existieren).
 

  Beitrag 2076-5
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Harti in 2076-3:
Hallo Grtgrt,

das Problem in Deiner Fragestellung entsteht dadurch, dass Du davon ausgehst, für Photonen vergehe keine Zeit.


Hallo Harti,

beim Verfassen von Beitrag 2076-1 ging ich keineswegs davon aus, dass für Photonen keine Zeit vergehe oder sie sich NUR durch räumliche Dimensionen bewegen.

Was mir hier durch den Kopf ging, war etwas völlig Anderes, nämlich:
  • Jede Welle wird durch einen Oszillator erzeugt und hat so — normalerweise — räumliche Ausdehnung in jeder Richtung, in die sich ausbreitet. Man kann das sehr schön sehen am Beispiel einer Wasserwelle: Geschnitten mit einer Ebene, die zum Wasser senkrecht steht und durch den Ausgangspunkt der Welle geht, stellt sich die Welle als eine Schlangenlinie positiver Länge dar. Sie wird dennoch nicht unendlich lang sein, denn sobald der Oszillator aufhört sich zu bewegen, wird die Welle ein Ende bekommen. (Bei Wasser ist das dann der Fall, wenn sich an der Stelle, an der man den Finger ins Wasser getaucht hat, die Wasseroberfläche nicht mehr bewegt.)
       
    • Wo ein Rundfunksender Radiowellen erzeugt, passiert folgendes: Die Sendeantenne ist ein Oszillator, der den Pegel des elektromagnetischen Potentials auf und ab bewegt. In diesem Fall allerdings, wird eine ganz  F o l g e  von Photonen erzeugt und ausgesandt, so dass wir hier — makroskopisch gesehen — ebenfalls eine Welle vorfinden, die wir uns als Schlage durch den Raum wandern vorstellen können. Ihr Ende ist erst erreicht, wenn der Sendevorgang abgebrochen wird. Wichtig aber ist: Unterschiedliche Punkte dieser Schlangenlinie entsprechen je zwei Photonen.
         
      • Ganz anders aber dort, wo die Quelle nur ein einziges Photon aussendet: In diesem Fall hat die durch den Raum wandernde "Schlange" (= Wellenlinie) die Länge Null. Das liegt daran, dass der die Welle erzeugende Oszillator hier nur über einen Zeitraum arbeitet, der selbst die Länge Null hat.
        Wir (als Beobachter des Photons) wissen:
        Es wandert mit Lichtgeschwindigkeit durch den Raum — aber nicht als ein Punkt, sondern als sich aufblasende Oberfläche einer Kugel,
           
          • deren Radius sich um etwa 300.000 km/sec vergrößert,
               
            • die sich — wo das Photon auf Hindernisse trifft — topologisch "verbeult" (bis hin zu Formen, in der sich Teile davon überlappen)
                 
              • und die genau dann überall aufhört zu existieren, wenn das Photon sich als Energieportion mit einem anderen Quant vereinigt.
              Die ein einzelnes Photon darstellende Welle sehen wir erst dann auch als Schlange (analog einer Wasserwelle), wenn wir den "Raum", in dem wir argumentieren, auch mit einer zeitlichen Dimension ausgestattet sehen. Das ist konsistent mit der Tatsache, dass wir jedes Photon, das uns — dem Beobachter — begegnet, als aus der Vergangenheit kommend wahrnehmen.
              Das zum Wasserpegel Analoge ist beim Photon der Pegel des elektromagnetischen Potentials in den Punkten der Raumzeit.

            Gruß, grtgrt
             

              Beitrag 2076-7
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            Harti in 2076-3:
            Du musst Dich also entscheiden zwischen

            1. Raumzeitliche (vierdimensionale) Betrachtung: Elektromagnetische Wellen bewegen sich nur auf der Raumachse.

            oder

            2. Alltägliche Betrachtung mit Trennung von Raum und Zeit; dann aber in einem Koordinatensystem, in dem die Lichtgeschwindigkeit
            den Wert 1 hat, weil Raum und Zeit für die Bewegung elektromagnetischer Wellen gleichwertig sind.


            Hallo Harti,

            meine Argumentation in Beitrag 2076-5 zeigt:
            • Als sich nach vorne schiebende "Schlangen" betrachtet bewegen elektromagnetische Wellen (Photonen) sich NUR DURCH DIE ZEIT.
            • Durch den Raum bewegen sich — zeitlich abhängig — nur die Punkte, an denen die Wahrscheinlichkeit, dass das Photon mit anderen Quanten interagiert, nicht Null ist.

            Diese Aussagen beschreiben die Sicht des Beobachters (nicht die des Photons, denn Photonen kennen keine Zeit).


            Gruß, grtgrt

            PS: Wo ich sage "als Schlange" meine ich "als zu einer Wasserwelle analoge Potentialwelle".

             

              Beitrag 2073-1
            Zu Messprozess, Beobachter und Beobachtung (= Messergebnis)

             
             

            Wie die Kopenhagener Deutung

            im Lichte heutiger Erkenntnis verstanden werden muss



            Der » Beobachter « beim Messprozess (im Sinne der Quantentheorie) braucht kein Mensch zu sein, muss aber physikalisch sein:
            Er ist ein Objekt B, welches mit dem beobachteten Objekt X kollidiert in dem Sinne, dass jene Kollision eine Spur hinterlässt. Diese Spur zu betrachten ist notwendig, das Messergebnis zu erkennen.

            Jede solche Interaktion modifiziert B und X, kann X aber sogar zerstören.

            Sie bedeutet Umkonfiguration aller B und X enthaltenden Quantensysteme in dem Sinne, dass sich deren Wellenfunktion ändert.

            Die Kopenhagener Deutung nennt das — schon damals eher irreführend — den » Kollaps der Wellenfunktion des beobachteten Objekts X « und sieht ihn als Herstellen des Zustand von X, den das Messergebnis uns signalisiert. VORSICHT also: Das Wort » Kollaps « allzu wörtlich zu nehmen, führt am richtigen Verständnis der Situation vorbei (!).

            Nebenbei: Die von der Interaktion an B hinterlassene Spur kann makroskopische Ausdehnung haben, da die Interaktion Quanten erzeugen kann, die selbst wieder mit B kollidieren und so in einer Kettenreaktion weiter Modifikation von B zur Folge haben. Genau deswegen denkt man z.B. auf dem Schirm hinter den beiden Spalten des Doppelspalt-Experiments die beobachteten Quanten als schwarze Punkte zu erkennen (eine Fiktion, denn tatsächlich nimmt man hier nur den neuen Zustand der lichtempfindlichen Fläche wahr, mit der X interagiert hat: eine Spur also, die letzlich Spur einer Kettenreaktion ist und uns nur deswegen ohne Mikroskop sichtbar oder über einen Lautsprecher hörbar wird).


            Historische Notiz:

            Was sich hinter der Sprechweise der Kopenhagener Deutung (und vielen anderen Äußerungen von Bohr) so ganz genau verbirgt, wurde erst im Laufe der Zeit — über Jahrzehnte hinweg — klar. Möglicherweise war es ihm selbst zunächst nicht so ganz klar.

            Einstein hat mal provokativ gefragt, ob die Wellenfunktion eines Objekts X schon dann kollidiere, wenn nur eine Maus das Objekt betrachtet. Everett aber wusste (etwa 1955) schon ganz genau, dass Beobachter in jenem Sinne wirklich jedes mit X interagierende physikalische Objekt ist.

            Dass die Punkte auf der Photoplatte hinter einem Doppelspalt nicht einzelne Photonen zeigen, sondern stattdessen jeweils Spur einer Kettenreaktion sind, die an der Stelle stattfand, an dem ein Photon mit der Photoplatte in Interaktion trat (und so diese Kettenreaktion in Gang gesetzt hat), macht sich selbst heute noch nicht jeder klar.


            Heute jedenfalls spricht alles dafür zu sagen:


            Quanten sind ihrer Natur nach Wellenpaket und Energieportion, aber niemals Partikel im klassischen Sinne.


            Wo uns ein Quant als Partikel (als sog. "Teilchen")  e r s c h e i n t , ist das reine Fiktion: Was wir dann nämlich tatsächlich wahrnehmen ist Spur einer Interaktion des Quants mit einem "Beobachter" im oben definierten Sinne. Solche Spur findet sich an der Stelle — und um sie herum —, an der die Interaktion stattfand, d.h. den Zustand des Quants gesetzt, bestätigt oder verändert hat, oder wo das Quant als Energieportion im Beobachter komplett aufging unter Aufgabe seiner eigenen Existenz.


            Lokalisierbar ist nicht das Quant, sondern nur die Stelle, an der es entstand oder Wirkung hatte.


            An welchem Ort ein Quant Wirkung haben wird ist nur mit ortsabhängiger Wahrscheinlichkeit vorhersagbar.

            Das entsprechende Wahrscheinlichkeitsfeld ist durch das Quadrat der Wellenfunktion des Universums gegeben
            ( sowie approximativ durch die Wellenfunktion eines Quantensystems, zu dem das Quant selbst und eine geeignete Messapparatur sich zusammenfügen ).


            Quanten als lokalisierbare Objekte zu sehen ist ebenso falsch wie zu glauben, das Verschwinden der Interferenz im Doppelspalt-Experiment — wenn man es so aufbaut, dass Pfadinformation existiert — sei zurückzuführen auf Informationsgewinn und einen daraus resultierenden Zwang für Quanten, jeweils nur durch einen der Spalte zu kommen (siehe 2052-7 und 2052-23 für den eigentlichen Grund des Verschwindens der Interferenz).

            Siehe auch Beitrag 2052-50 und was Hendrik van Hees dort sagt.

             

              Beitrag 2073-2
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            Grtgrt in 2073-1:
             
            Lokalisierbar ist nicht das Quant, sondern nur die Stelle, an der es entstand oder Wirkung hatte.


            Wer an Quantenverschränkung denkt wird wissen:


            Selbst der Ort der Wirkung ist nicht — oder jedenfalls nicht garantiert vollständig — eingrenzbar.

            Tatsächlich lokalisierbar ist nur Veränderung von Stellen, an denen wir  S p u r e n  der Wirkung beobachten.


             

              Beitrag 2052-7
            Quantenradierer und Materiewellen

             
             
            Okotombrok aus 2052-5:
            Grtgrt aus 2052-3:
            Kern dessen, was ich glaube verstanden zu haben, ist, dass senkrecht zueinander polarisierte Wellen gar nicht interferieren können. Siehst Du das auch so?

            Das halte ich für irrelevant.
            Quantenmechanische Versuche wie der DS-Versuch lassen sich weder wellen- noch teilchenartig, sondern nur mit dem quantenmechanischen, nicht dem Grtgrt'schen Informationsbegriff, beschreiben.


            Das ist sogar sehr relevant, denn:

            Im DS-Versuch die Photonen so zu markieren, dass sie Weginformation tragen, bedeutet, sie so zu polarisieren, dass aus ihrer Polarisationsrichtung ersichtlich ist, durch welchen der beiden Spalte sie kamen. Absolut zuverlässig funktioniert das aber nur, wenn an Spalt 1 in eine Richtung R1 polarisiert wird, die senkrecht auf der Richtung R2 steht, in die an Spalt 2 polarisiert wird.

            Da senkrecht zueinander polarisierte Photonen sich meiner Meinung nach niemals durch Interferenz auslöschen können, ist dann aber eben auf dem Schirm hinter dem Doppelspalt gar kein Interferenzmuster mehr zu erwarten.

            Wird der DS-Versuch so aufgebaut, dass er Quantenradierer sein kann, bedeutet das, dass man unmittelbar vor dem Schirm, auf dem man Interferenz finden will, einen dritten Polarisationsfilter setzt. Wenn der in eine Richtung R3 polarisiert, die genau das Mittel der beiden Richtungen R1 und R2 ist (d.h. den Winkel 45 Grad zu jeder von ihnen hat), so wird er genau die Hälfte aller ankommenden Photonen durchlassen und da sie dann sämtlich gleich polarisiert sind (in Richtung R3 nämlich), muss sich auf dem Schirm auch wieder Interferenz zeigen.

            Kurz: Irgendwas Geheimnisvolles kann ich somit auch am Quanten-Radierer nicht erkennen.

            Geheimnisvoll wird das Ganze für mich erst dann, wenn man statt Photonen Materiewellen (z.B. Elektronen) durch den Doppelspalt schickt. Ich weiß nämlich nicht, ob die polarisiert sein können. Andererseits wüsste ich auch nicht, wie man sich in dem Fall Weg-Information besorgen kann.

            Ich wäre dankbar, wenn mir das jemand erklären könnte (Du vielleicht, Okotombrok?).


            PS: Dass Okotombrok mit seinem Einwand oben falsch liegt, beweist das QuantumLab Lehrmaterial, wo in Kapitel 4 ebensfalls explizit gesagt wird: Wellen mit orthogonaler Polarisation können nicht interferieren, weshalb das Interferenzmuster verschwindet.

            Mich verwirrt dann aber, dass dort auch gesagt wird: Das Experiment Quantenradierer mit hellem Licht kann trotzdem sehr gut als Analogie zu dem eigentlichen Quantenphänomen verwendet werden. Das "eigentliche Quantenphänomen" — so fasse ich die Stelle dort auf — werde durch den Interferometer nachweisbar.


            In meinen Augen beweisen all diese Experimente nur, dass Photonen eindeutig Wellen sind.


            Sie auch als Teilchen zu sehen,
            deren jedes komplett über jeweils nur  e i n e n  der beiden möglichen Wege gekommen sein muss,
            entbehrt in meinen Augen jeder Grundlage:


            Denn wo Weginformation vorhanden ist, bezieht sich die ja stets nur auf eine  T e i l w e l l e  der gesamten, das Photon darstellenden Kugelwelle.


            Teilchencharakter hat ein Photon wirklich nur in dem Moment, in dem es sich mit einem anderen Quant — etwa einem der Messapparatur — vereinigt: Mit ihm nämlich wird es — als  E n e r g i e p o r t i o n  — stets in vollem Umfang verschmelzen, was den Effekt hat, dass die gesamte Kugelwelle, wie drastisch sie sich auch hier oder dort durch Beugung um Hinder­nisse herum verformt haben mag, überall mit einem Schlag verschwindet.

             

              Beitrag 2052-16
            Wie Photonen — ja selbst Materieteilchen — als Welle mit sich selbst interferieren

             
             
            Bauhof in 2052-14:
             
            Henry in 2052-8:
             
            Somit ist die Wahrscheinlichkeit für eine senkrechte Ausrichtung des Spins eins gegen unendlich, womit es äußerst unwahrscheinlich ist, dass Photonen dergestalt auf dem Schirm auftreffen, dass sie sich zum einem Maximum verstärken bzw. im Minimum auslöschen, sondern es wäre eine gleichmäßige Verteilung auf dem Schirm zu erwarten. Maxima sowie Minima sind aber definitiv zu beobachten, und zwar selbst dann, wenn die Photonen EINZELN IN BELIEBIGEN ZEITLICHEN ANBSTÄNDEN DURCH DIE SPALTEN GESCHICKT WERDEN! Das heißt, die Photonen MÜSSEN MIT SICH SELBST INTERFERIEREN! Das hat mit absoluter Sicherheit nichts mit der Polarisation von Teilchen zu tun.

            Hallo Henry,

            ja, das trifft zu, das Maxima sowie Minima zu beobachten sind, und zwar selbst dann, wenn die Photonen einzeln in beliebigen zeitlichen Abständen durch die beiden Spalte geschickt werden.

            Aber ich verstehe nicht, warum bei diesem Szenario diese einzelnen Photonen mit sich selbst interferieren müssen.


            Hallo Eugen,

            mir scheint, das lässt sich folgendermaßen erklären:

            Ein Photon hat — als sich ausbreitende Potentialwelle — die Form einer Kugelwelle bis hin zu den Stellen, an denen Hindernisse ungehinderte weitere Ausbreitung verhindern. Wenn im Hindernis Löcher oder Spalten sind, wird sich die Welle aber wenigstens durch dieser Löcher und Spalten weiter ausbreiten. Genau genommen wirken solche Löcher und Spalten dann erneut wie Lichtquellen, von denen sich jene Welle neu konfiguriert wieder kugelförmig (im Fall eines Loches) bzw. tonnenartig (im Fall eines Spaltes) ausbreitet (wegen der Beugung am Rand der Öffnung).

            De facto bedeutet das, dass sich das Photon hinter dem Doppelspalt in Form zweier Wellen ausbreitet, die gleiche Polarisation tragen und daher interferieren — man sagt dann, das Photon interferiere mit sich selbst.

            Wichtig ist, dass man die Lichtwelle hier als eine de-Broglie-Welle auffasst, als eine Welle also, die orts- und zeitabhängige Wirkwahrscheinlichkeit beschreibt: Die Wahrscheinlichkeit, dass die Energieportion, die das Photon darstellt, mit einer ein anderes Elementarteilchen darstellenden Energieportion interagiert.

            So gesehen wird das Experiment selbst noch für massebehaftete Teilchen (an Stelle von Photonen) Interferenz zeigen müssen. Anton Zeilinger und einige seiner Mitarbeiter haben das 1999 tatsächlich verifizieren können für Teilchen, deren jedes ein aus 60 Kohlenstoffatomen bestehendes Fulleren-Molekül war (siehe Wave–particle duality of C60 molecules und Anmerkungen dazu).

            Im folgenden Bild sind die sich durch den Doppelspalt ausbreitenden Energieportionen Elektronen:






            Gruß, grtgrt
             

              Beitrag 2052-42
            -

             
             
            Bauhof in 2052-39:
             
            Welche Interpretation ist nun für dich einsichtiger:

            Die Sprachregelung, dass die Photonen mit sich selbst interferieren oder die Kopenhagener Deutung, dass die möglichen Wege miteinander interferieren?


            Hallo Eugen,

            welche Sprachregelung man bevorzugt, scheint mir reine Geschmackssache zu sein.

            Interessant aber sind Argumente, die alles, was man in Doppelspalt-Experimenten (z.B. auch in Quanten-Radieren) beobachtet,  v o r h e r s a g e n .
            Meine Argumente in den Beiträgen 2052-7 und 2052-23 jedenfalls sind von dieser Art.

            Gruß, grtgrt
             

              Beitrag 2052-19
            -

             
             
            Henry in 2052-18:
             
            Mal davon abgesehe, dass deine Graphik etwas völlig anderes darstellt (es ist eine Elektronenkanone), dass es einer Messung / Beobachtung entspricht, was du da vorschlägst und das Photon sich somit wie ein Teilchen verhalten würde und es keine Interferenz gäbe - was ist, wenn das Photon tatsächlich gemessen wird? Breitet es sich dann nicht mehr wie eine "Kugelwelle" aus? Das ist nämlich das, was tatsächlich geschieht, wenn eine Messung erfolgt, es gibt kein Interferenzmuster.

            Außerdem breiten sich Photonen nicht wie Wellen aus, das ist falsch. Photonen breiten sich überhaupt nicht aus.


            Hallo Henry,

            in Experimenten mit dem Doppelspalt, so lese ich überall, verhalten sich Quanten mit Ruhemasse exakt so wie die ohne Ruhemasse (speziall also wie Photonen).

            Ein entsprechendes Bild für Photonen habe ich aber nicht, und so musste ich halt dieses hier nehmen, um Eugen zu erläutern, warum Photonen und andere Quanten
            auch mit sich selbst interferieren. Nicht zuletzt ist eben dieses Bild daran schuld, dass ich den Verdacht hege, Materiewellen müssten wohl — ebenso wie Lichtwellen — Polarisierung tragen. Unterlagen dazu, die ich wirklich verstehen würde, fand ich aber bisher nicht. Daher meine Bitte um Hilfe in Beitrag 2052-7.

            Gruß, grtgrt

            PS: Dass Materiewellen  k e i n e  Polarisationsebene haben könnten, sollte man ernsthaft nur in Erwägung ziehen, wenn Quantenradierer bislang ausschließlich mit Photonen gebaut wurden. Ein Beweis wäre auch das aber natürlich noch lange nicht.

            PS: Wenn Du darauf bestehst, das analoge Bild auch für Photonen zu sehen, dann findest Du so eines hier, hier und auch hier und hier.
            Sie alle illustrieren deutlich, dass Licht sich grundsätzlich als Kugelwelle auszubreiten versucht.

             

              Beitrag 2052-23
            Sektorwellen und warum ein Photon wirklich mit sich selbst interferieren kann

             
             
            Okotombrok in 2052-21:
             
            @ Grtgrt
            Wenn ein einzelnes Photon mit sich selbst interferrieren kann, müsste es sich dann nicht auch selber auslöschen können?
            Das ist meines Wissens noch nicht beobachtet worden.
             


            Hallo Okotombrok,

            meiner Vorstellung nach kommt das Photon auf den Doppelspalt zu in Form einer Kugelwelle (bzw. in Form einer Welle, die einem Kugelsektor entspricht, wenn das Photon schon vorher auf Hindernisse gestoßen ist); Statt » Kugelwelle « sollte man deswegen vielleicht besser » Sektorwelle « sagen.

            Das Traversieren des Doppelspaltes macht aus dieser ankommenden Sektorwelle zwei Sektorwellen (mit Quelle in je einem der beiden Spalte).


            Nun sind solche Wellen aber Potentialwellen. Daraus folgt zweierlei:
            • Die Wahrscheinlichkeit dafür, dass sie sich irgendwo hinter dem Doppelspalt als Teilchen zeigen — sprich: mit Materie wechselwirken — wird dort am größten sein, wo das Potential, das sie darstellen, seine maximalen Werte annimmt. Das erklärt, worauf Henry uns hinweist: Interferenz wird auch dann beobachtet, wenn man die Photonen  e i n z e l n  durch den Doppelspalt schickt.
            • Da die beiden Sektorwellen, in Form derer das Photon hinterm Doppelspalt existiert, örtlich verschieden Quelle haben (eben die beiden Spalte), ist ihre Summe – als Potentialfeld gesehen – natürlich mit keiner der beiden Sektorwellen identisch, sondern Überlagerung davon (= ein Interferenmuster erzeugt durch das Interferieren eben dieser beiden Teile des Photons).
              Zu sagen, das Photon — die auf den Doppelspalt zukommende wellenförmige Energieportion — interferiere mit sich selbst, macht daher Sinn.
              Zur Selbstauslöschung des Photons könnte es so aber nur dann kommen, wenn die beiden Sektorwellen, in die es sich beim Passieren des Doppelspaltes zerlegt, gleiche Quelle hätten und dennoch nicht gleiche Form. Das aber kann nicht sein, denn es gäbe dann ja nur einen Spalt und hinter ihm nur  e i n e  Sektorwelle.

            Interessant an der ganzen Geschichte ist eigentlich noch am ehesten, dass die beiden Sektorwellen Teile nur  e i n e s  Quants zu sein scheinen (da sie sich offenbar niemals in Form  z w e i e r  Teilchen zeigen, wenn sie mit der Fläche interagieren, auf der sich das Interferenzmuster zeigt.

            Denkt man das weiter, kommt man zur Ansicht, dass ein Photon — das auf seiner Reise durchs All ja auf extrem viele Hindernisse treffen wird — auch aus ent­sprechend vielen Sektorwellen bestehen könnte. Die naheliegende Vermutung, dass zueinander verschränkte Photonen p1 und p2 nichts anderes als Sektorwellen eines einzigen globalen Objekts p sein könnten, muss dennoch falsch sein, da Messung von p1 dieses p1 zerstören kann  o h n e  damit auch schon p2 zu zerstören (so glaube ich jedenfalls).

            Auf jeden Fall scheint richtig: Die Wellenfunktion eines Photons — deren Quadrat an jeder Stelle im All die Wahrscheinlichkeit dafür beschreibt, dass es sich dort als Teilchen zeigt — ist die Summe all seiner Sektorwellen.

            Gruß, grtgrt
             

              Beitrag 2052-48
            -

             
             
            Stueps in 2052-47:
             
            ... sehe ich eine Teilung der Ursprungswelle in "Sektorwellen" als äußerst problematisch an, da ein Quant dem Verständnis nach etwas Unteilbares sein sollte.


            Hi Stueps,

            natürlich: Das Quant (Photon) ist als Energieportion oder — wenn Du so willst — als nicht-lokales Objekt unteilbar. Der Doppelspalt  v e r f o r m t  es lediglich, so dass, was vor dem Spalt die Form einer Kugelwelle hat, sich dahinter präsentiert als Summe zweier von den Spalten ausgehender Sektorwellen.

            Gruß, grtgrt
             

              Beitrag 2052-50
            Der Well-Teilchen-Dualismus nach heutiger Auffassung (das "Teilchen" als Wellenpaket)

             
             
            Stueps in 2052-49:
             
            ... wenn ich dich zwinge, auf den Welle-Teilchen-Dualismus einzugehen, den du trotz mehrfachem Hinweis meinerseits komplett ignorierst. Meinst du, das merkt hier niemand?


            Was den Welle-Teilchen-Dualismus betrifft, so glaube ich da an die beiden folgenden Aussagen (die erste von hier, die zweite ist von mir selbst):


            Zitat von Hendrik van Hees (1998):
             
            Der » Welle-Teilchen-Dualismus « ist ein Relikt aus den Anfängen der Quantenmechanik, welches (leider) immer noch nicht ganz in Vergessenheit geraten ist.

            Heute betrachtet man die Quantenwelt ganz anders. So geht man davon aus, daß ein quantenmechanisches Objekt überhaupt keinen definierten Ort hat, solange man nicht nachschaut, wo es ist. Solange man keine Ortsmessung vornimmt, kann man nur eine Wahrscheinlichkeit dafür angeben, mit der man das Objekt an einem bestimmten Ort vorfinden wird. Wenn man dann tatsächlich mißt, so findet man entweder ein Teilchen, oder man findet keines — der Ort des Teilchens "entsteht" also quasi erst während der Messung.

            Die angegebene Wahrscheinlichkeit genügt dagegen der Lösung einer Wellengleichung, etwa der Schrödingergleichung oder der Diracgleichung. Dies bedeutet nun aber nicht, daß das Teilchen selbst eine Welle ist.
             


            Nur den letzten Satz in Hees' Aussage würde ich streichen, denn wer darauf besteht, ein Elementarteilchen als "Teilchen" zu sehen, der sollte zur Kenntnis nehmen, dass es eben doch eine im ganzen Universum präsente  W e l l e  ist — sie zeigt sich uns nur als Teilchen, da sie ja als Wellenpaket fast überall  f a s t  verschwindet (nur in einer extrem kleinen Region hat sie nenneswert von Null verschiedenen Wert).

            Aus diesem Grund sage ich:


            Zitat von Gebhard Greiter (2013):
             
            Ein quantenmechanisches Objekt hat überhaupt keinen definierten Ort — es ist einfach nur Potentialwelle (ein  K r a f t f e l d  also).

            Man kann nur eine Wahrscheinlichkeit dafür angeben, dass uns von einem bestimmten Ort her signalisiert wird, dass es dort per Elementarereignis mit anderen Objekten wechselgewirkt hat. Wer glaubt, ein quantenmechanisches Objekt als Teilchen registriert zu haben, hat lediglich jenes Signal registriert.
             


            Eine dritte Meinung, der ich ebenfalls voll zustimme, stammt von Norbert Hinterberger, der sich damit auf H. Dieter Zeh beruft (siehe das Zitat in Beitrag 1995-31).


            Gruß, grtgrt
             

              Beitrag 2052-27
            Wesentliches zur Polarisation von Materiewellen

             
             

            Was man schon 1929 über polarisierte Materiewellen wusste


            Am 25.2.1929 begann A. Landé seinen auf der Gautagung der Phys. Ges. Tübingen gehaltenen Vortrag » Polarisation von Materiewellen « mit folgenden Aussagen:

            Zitat von A. Landé (1929):
             
            Es ist ... versucht worden, durch Experimente nach dem Vorbild der Optik eine Polarisation von Materiewellen herszustellen.

            Solche Versuche werden insbesondere durch die Kreiselnatur der Elektronen nahegelegt; denn den zwei entgegengesetzten Einstellungen Im Magnetfeld entsprechen wellenmechanisch zwei unabhängige, d.h  n i c h t  interferenzfähige Wellen verschiedener » Polarisation «. ...

            Nach dem negativen Ausfall dieser Versuche ist es nicht überflüssig, auf die Verwandtschaft von wellenmechanischer und optischer Polarisation näher einzugehen und dabei auf andere Experimente hinzuweisen, die eher ein positives Ergebnis voraussehen lassen.


            Der Hauptunterschied zwischen optischer und wellenmechanischer Polarisation ist der, daß
            • in der Optik zwei linear polarisierte Wellen dann unabhängig sind, d.h. nicht miteinander interferieren, wenn sie um 90 Grad gegeneinander geneigt sind
            • zwei Elektronenwellen aber, wenn ihre Polarisationsrichtungen (oder punktmechanisch ihre Kreiselachsen) um 180 Grad differieren.

            Statt mit senkrecht gekreuzten Spiegeln muss man also mit Vorrichtungen operieren, bei denen zwei antiparallele Richtungen getrennt werden können (s.u.). Beachtet man diesen Unterschied, so läßt sich die Lehre von der Polarisation ziemlich wörtlich aus der Optik ins Wellenmechanische übertragen. ...


            Ein Polarisator für Materiestrahlen ist ein Stern-Gerlachscher Apparat mit inhomogenem Magnetfeld NS,
            • dessen eine Zerlegungskomponente man abblendet
            • und dessen andere man für sich untersucht (Fig.1).
            Der aus diesem Polarisator austretende Strahl hat nun ... wie gleich zu sehen ... eine nachweisbare Polarisation. ...






            Es möge noch kurz auf die mannigfaltigen Erscheinungen eingegangen werden, welche Atome zeigen würden, die optisch mehrere Zeemanterm-Komponenten besitzen, also im Stern-Gerlach-Apparat in mehrere (etwa 6) getrennte Strahlen zerfallen (Fig.3):

            Lässt etwa der Polarisator nur den obersten Strahl durch, so wird auch in einem ihm gleich gebauten und gleich gestellten Analysator nur der oberste Strahl auftreten.

            Die Frage, mit welcher Intensität eine aus dem Polarisator kommende Strahlkomponente vom Analysator durchgelassen wird, wenn letzterer um einen bestimmten Winkel φ gedreht ist, lässt sich zurückführen auf die Entwicklung von Kugelfunktionen nach Kugelfunktionen mit um φ gedrehtem Pol.
             

            Note: Ebenso wie es elliptisch polarisierte Photonen gibt, so gibt es auch elliptisch polarisierte Materiewellen (A. Landé sprach auch davon).



            Damit scheint mir (grtgrt) nun ganz klar, dass man auch auf Basis von Materiewellen Quantenradierer bauen kann und dass auch bei ihnen das Wegbleiben bzw. Auftreten von Interferenz seine letzte Ursache in unterschiedlicher Polarisation (bzw. Nichpolarisiertheit) der beiden Sektorwellen hat, in die sich die ankommende Materiewelle durch den Doppelspalt zerlegt.

            Ab sofort also kann ich selbst im Verhalten der Quantenradierer nichts Geheimnisvolles mehr sehen.

             

              Beitrag 2052-32
            -

             
             
            Okotombrok in 2052-31:
             
            Mit Quantenradierer ist nicht destrukrive Interferrenz gemeint, sondern das Auslöschen von Information.

            Das ist mir völlig klar.
            Die Pfadinformation verschwindet, weil der dritte Polarisationsfilter den senkrecht zueinander polarisierten beiden Sektorwellen gleiche Polarisation gibt.

             

              Beitrag 2052-30
            Wie Einstein Photonen charakterisiert sah

             
             
            Okotombrok in 2052-21:
             
            Licht besteht nicht aus Photonen, ein Photon ist nur die kleinste Wirkung, die mit Licht erzielt werden kann.


            Hallo Okotombrok,

            ein Photon als die kleinste durch Licht erzielbare  W i r k u n g  zu sehen, scheint mir absolut falsch. Zwei Gründe dafür:
            • Etwas Kleinstes kann es nicht sein, da seine Fähigkeit, Wirkung zu erzielen, umgekehrt proportional zu seiner Wellenlänge ist und es zu jedem Photon eines gibt, was noch längere Wellenlänge hat.
            • Auch ist es nicht Wirkung, sondern mehr die Fähigkeit, Wirkung hervorzurufen (ich sage: ein Photon ist eine Energieportion).

            Einstein sah die Energie des Lichts in zur Frequenz proportionalen Einheiten gequantelt, die er "in Raumpunkten lokalisierte Energiequanten" nannte, "welche sich bewegen, ohne sich zu teilen, und nur als Ganze absorbiert und erzeugt werden können" [Quelle: Albert Einstein: Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt. In: Annalen der Physik. 322, 6, 1905, S. 133, online hier.

            Allerdings schrieb Einstein 1951 in einem Brief an Michele Besso auch: "Die ganzen 50 Jahre bewusster Grübelei haben mich der Antwort der Frage 'Was sind Lichtquanten' nicht näher gebracht. Heute glaubt zwar jeder Lump, er wisse es, aber er täuscht sich..."

            Es kann also nicht schaden, wenn wir weiter darüber nachzudenken ...

            Gruß, grtgrt

             

              Beitrag 2052-55
            Über kleinste Ladungsportionen

             
            Henry in 2052-52:
            Das Elektron ist nicht "die kleinste Portion (Quant) der elektrischen Ladung)". Aus zwei Gründen: Ein Quark hat ein Drittel der elektrischen Ladung eines Elektrons, womit das Elektron nicht die "kleinste Portion" sein kann,...

            Hallo Henry,

            ich glaube, so einfach ist es dann nicht. Quarks kommen nicht frei vor, sondern nur in gebundenen Zuständen. So bilden up- und down-Quarks Neutronen oder elektrisch geladene Protonen - hier entspricht dann die Stärke der Ladung wieder der eines Elektrons. Quark-Antiquark-Paare sind elektrisch neutral, vermitteln also keine Ladung. Quark-Gluonenplasma ist nur "quasifrei". Letztlich läuft es also m.E. darauf hinaus, dass die "Portionsgröße" immer mindestens der eines Elektrons entspricht. Quarks voneinander zu trennen und zu isolieren funktioniert auch nicht: Die Energie, die dafür aufgewendet werden muss, lässt sofort z.B. neue Quark-Antiquark-Paare entstehen. So hat also ein down-Quark im Standardmodell zwar die (theoretische) Ladung -1/3, kann aber praktisch nie isoliert und isoliert beobachtet werden. So kann man m.E. durchaus dem Elektron die Eigenschaft zuschreiben, dass es das kleinste Quant elektrischer Ladung trägt.

            Grüße
             

              Beitrag 2052-58
            Fragen zu materieller Wirklichkeit und sog. verborgenen Variablen

             
            Stueps in 2052-56:
            Henry in 2052-54:
            Ist materielle Wirklichkeit sozusagen eine Überlagerung von Wahrscheinlichkeiten? Schwierig in Worte zu fassen, ich will nämlich nicht die materielle Wirklichkeit infrage stellen, aber kann es sein, dass materielle Wirklichkeit nicht aus ihren "Teilchen" heraus zu erklären ist, sondern nur als Gesamtheit?

            Hallo Henry nochmal,

            ich würde es eher als Zusammenspiel bezeichnen. Man kann Materie im tiefsten Grunde als Manifestation von Wahrscheinlichkeiten, und dem Zusammenspiel dieser Manifestationen sehen. Diese Manifestationen scheinen jedoch ziemlich stabil - Versuche haben ergeben, dass z.B. Protonen mindestens 1031 Jahre nicht zerfallen. Ganz schön lange, wie ich finde.

            Henry in 2052-54:
            Sind die "verborgenen Variablen" der Quantenmechanik nicht zu finden - auch im mathematischen Formalismus nicht -, weil wir sie an der falschen Stelle suchen?

            Okotombrok hat an anderer Stelle einen Link eingestellt, wo ein Physiker einen einstündigen Vortrag hält. In ihm wird auch die Bellsche Ungleichung kurz erörtert. Dort ist m.E. schön zu erkennen (wenn auch sehr schwierig zu verstehen), dass es wirklich keine verborgenen Variablen in der Quantenmechanik gibt. (Man kann diese Stelle ja mehrmals anschauen, ein Vorteil der modernen Technik). Ich war jedenfalls von der Leistung des Herrn Bell gelinde gesagt "platt", so etwas sich auszudenken, ist in meinen Augen schon fast übermenschlich.

            Deinen Vergleich mit "Emergenz" finde ich übrigens prima!

            Grüße

            Stueps, das ist mir alles bekannt, und ich finde die Leistungen, die dahinter stecken, nicht weniger prima! Aber ich habe ausdrücklich auf eine mögliche andere Sicht hingewiesen. Das widerspricht nicht den nachweislich richtigen Überlegungen der Quantenmechanik, solange sie experimentel überprüfbar sind. Es gibt aber definitiv Auswirkungen, die sich mit unseren Mitteln nicht erklären lassen. Ein möglicher Weg, dennoch Erklärungen zu finden, liegt eben vielleicht in der Emergenz der "Teilchen" oder auch "Wellen" (andere Begriffe haben wir nun mal nicht). Verstehst du, ich will dir gar nicht widersprechen, man kann eher sagen, ergänzen. Und, nun ja, ich denke eigentlich schon sehr lange über eine "holistische" Weltsicht nach, nur fehlen mir die physikalischen bzw. mathematischen Hintergründe, also bin ich vorsichtig mit "neuen" Weltbildern. Auf die Sprünge geholfen hat mir Lauhlin - muss mal schauen, wir er genau heißt, kommt nach.
             

              Beitrag 2022-6
            Was ist eine Welle im Sinne der Physik?

             
             
            U... aus 2022-3:
             
            Das mag jetzt vielleicht sehr naiv klingen, aber was ist denn eine "Welle"?

            Ich meine, was eine Welle auf dem Wasser ist, weiß ich schon, aber was unterscheidet denn eine Schallwelle von einer Lichtwelle, oder Kurzwelle / Langwelle / Mikrowelle / Radarwelle usw.?

            Um zu verstehen, warum ich so (dämlich?) frage: Eine Welle ist doch nach meinem bisherigen Kenntnisstand an Materie gebunden. Für die Wasserwelle braucht man halt Wasser, welches man in Bewegung versetzt. Bei Schallwellen benötigt man zur Übertragung ebenfalls ein Medium (Luft, Wasser, Festkörper), so dass im Vakuum kein Ton zu hören ist. Lichtwellen oder Funkwellen jedoch können durch Vakuum gehen. Welche "Materie" überträgt denn da zum Beispiel eine Funkwelle?


            Hallo U...,

            von einer Welle spricht man immer dann, wenn der Wert einer physikalischen Messgröße einer Schwankung unterliegt, die man mit Hilfe der Sinusfunktion beschreiben kann:

            w(x) = c1 • sin( c2 • ( x - x0 ) )


            Hierbei sind c1 und c2 Konstanten, x ein Punkt auf einer durch die Raumzeit führenden "Geraden", die durch einen festen Punkt x0 geht, und w(x) der von x abhängige Wert der Messgröße.

            Steht w(x) für eine Kraft, so spricht man von einem Kraftfeld.

            Im Falle elektromagnetischer Strahlung (Licht etwa), ist die Kraft, von der man da spricht, elektrische oder magnetische Kraft.
            Ist die betrachtete Kraft die Gravitationskraft, nennt man die Welle eine Gravitationswelle.

            Eine auf einem Raum einer Dimension n > 1 von einem Punkt x0 ausgehende Welle ist eine Funktion w(x), deren Restriktion auf jede durch x0 gehende "Gerade" dort die oben beschriebene Form hat.

            Im Kontext der ART muss man sich unter einer "Geraden" eine Geodäte der Raumzeit vorstellen.

            Wo man die Kraft als richtungsbehaftet sehen muss, stellt sie einen Vektor v(x) dar, der hinsichtlich jeder seiner Komponenten die oben beschriebene Form w(x) hat.
            Die Werte der Komponenten solcher Vektoren v(x) werden dann aber nicht mehr unabhängig voneinander sein.


            Gruß, grtgrt
             

              Beitrag 2022-9
            -

             
             
            Cybertine aus 2022-8:
             
            ... ich finde es immer wieder interessant, wie schwer es ist so etwas Abstraktes wie Energie allgemein vorstellbar (und nicht nur anhand ihrer physikalischen Eckdaten) verstehbar zu machen.


            Man könnte es vielleicht so ausdrücken:
            • Kraftpotential ist die Anwesenheit von Energie, und
            • Energie ist die Fähigkeit, dort, wo sie vorhanden ist, Zustandsänderung zu bewirken.

            Jede Welle — im Sinne der Physik — ist durch einen Takt geprägter, sich ständig wiederholender Auf- und Abbau von Kraftpotential (Energie, die sich ständig neu darstellt).

             

              Beitrag 1985-296
            -

             
             
            Henry aus 1985-295:
             
            ... die Kugelwelle, die du ansprichst, ein ganz spezieller und idealisierter Sonderfall ist und mit dem, was gewöhnlich physikalisch geschieht, nichts zu tun hat.

            Photonen, die im normalen, physikalischen Leben erzeugt werden, bewegen sich nicht wie eine Kugelwelle, um es deutlicher zu sagen.


            Da bin ich völlig anderer Ansicht:

            Wo immer eine Welle entsteht, ist sie Kugelwelle bis hin zu dem Punkt, an dem sie mit einer anderen zusammenstößt (die beiden verschmelzen und teilen sich neu auf in mehrere Wellen, deren Lebenszyklus ebenso verläuft). Mit anderen Worten: Sie verschmelzen zu einem Wellenpaket.

            Die Tatsache, dass — mindestens der Quantenfluktuation wegen — ständig neue Wellen entstehen, hat zur Folge, dass es entsprechend oft Zusammenstöße von Wellen gibt. Wo immer ein solcher Zusammenstoß passiert, denken wir, ein Teilchen zu sehen (z.B. ein Photon). Was wir da sehen, ist aber nur Strahlung, die als Ergebnis des Zusammenstoßes entsteht. Allgemeiner:


            Was wir wahrnehmen, ist  F o l g e  so eines Zusammenstoßes (z.B. die Reaktion unseres Gehirns auf den Zusammenstoß einer Lichtwelle mit unserem Auge).

            Solche Folge ist  W i r k u n g , und da Wirkung gequantelt ist, denken wir, ein "Teilchen" registriert zu haben.


            Zudem sollte man sich klar machen, dass das, was wir sehen bzw. was unsere Messgeräte registrieren i.A. ganze Wellenpakete sind.

            Eine stehende Welle etwa kann als Überlagerung zweier gegenläufig fortschreitender Wellen gleicher Frequenz und gleicher Amplitude aufgefasst werden.

            Während jede Welle Sinusform hat, kann ein Wellenpaket praktisch jeden Funktionsgraphen darstellen (z.B. einen recht schmalen Peak, der steht oder sich gleichförmig, mit beliebig kleiner Geschwindigkeit, maximal aber mit Lichtgeschwindigkeit, voranbewegt).



            Mathematisch gesehen ist jedes Wellenpaket Linearkombination von Produkten aus Funktionen, deren jede eine Welle darstellt.


            Jede Welle beschreibt gleichförmige Potentialschwankung eines Feldes.

            Jedes Wellenpaket ist Überlagerung von Wellen in diesem Sinne.



            Wo Wellenpakete umkonfiguriert werden, glauben wir Teilchen (oder Zerfallsprodukte davon) zu sehen,

            obgleich wir in Wirklichkeit nur Stellen verfolgen, an denen — als Abfallprodukt — elektromagnetische Strahlung entsteht.


            Was die Quantenphysik entdeckt hat, war u.A. auch die Tatsache, dass, wo die Frequenz einer Welle sich ändert, das nicht stetig geschieht, sondern nur in einem gewissen Raster. Die Stringtheorie interpretiert das so, dass der "String", der da schwingt, gewisse Länge hat. Da sie stets nur ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge sein kann, ist es nicht möglich, dass der String in jeder beliebigen Frequenz schwingt. Die Frequenz, in der er schwingt, kann sich aber spontan ändern (es ist ihm keineswegs nur eine Frequenz möglich).

             

              Beitrag 2043-27
            Welche Form hat ein Photon?

             
             
            Kurt aus 2043-26:
             
            Also Leute, mich würde es schon interessieren was ihr zu den "Konstanten" sagst, annehmt das irgendwas Konstantes existiert, oder der Meinung seid (wie ich) dass es keine einzige davon gibt, es immer auf die Umstände am Ort ankommt was wie als nächstes geschieht.

            Achja, nocheins:
            Wer ist der Meinung dass es "Lichtkügelchen" (also Photonen) geben muss damit der äussere Photoeffekt, also die Freisetzung von Elektronen durch Lichteinwirkung, erklärt werden kann.
            Oder meint jemand dass man das auch anderweitig logisch und Naturkonform darstellen kann?

            Kurt

            Hi Kurt:


            Mindestens in der Mathematik gibt es Konstanten (Größen also, deren Wert sich  e i n d e u t i g  aus ihrer Definition ergibt). Beispiele sind:
            • die Kreiszahl π (als Verhältnis von Kreisumfang zu Kreisdurchmesser in Räumen mit euklidischer Geometrie)
            • die Basis e des natürlichen Logarithmus
            • und, allgemeiner noch, die e-Funktion (als einzige Funktion, die ihre eigene Ableitung ist – in unserer Welt Konstantes muss ja nicht notwendig nur eine einzige Zahl sein: Als  k o n s t a n t  könnte man alles bezeichnen, das in der ihm zugedachten Rolle nur einer Ausprägung fähig ist.)

            Was man als physikalische Konstante bezeichnet, ist eine Größe, der die Experimentalphysik bisher nur einen einzigen Wert zuordnen konnte (abgesehen von erwartbarer Messungenauigkeit) – natürlich unter der Voraussetzung, das jede dieser Messungen in einer Umgebung stattfand, die alle in der Definition der Größe genannten Nebenbedingungen garantiert hat.

            Wo eine physikalische Theorie davon ausgeht, dass eine physikalische Konstante in tatsächlich  j e d e r  möglichen Situation nur genau diesen einen Wert haben kann, ist das mit Teil der durch die Theorie gegebenen Hypothese (eines der Axiome, auf denen die Theorie aufbaut: eine Aussage also, die man als wahr annimmt, ohne sie wirklich beweisen zu können).


            Ein Photon ist ganz klar einfach nur eine Energieportion. Die einzige Form, die man ihm/ihr sinnvollerweise zuordnen kann, ist die einer polarisierten elektromagnetischen Potenzialwelle (aber ganz sicher nicht die eines "Kügelchens").


            Gruß, grtgrt


            PS: Gegeben irgend eine physikalische Größe, ist es eigentlich nur interessant zu fragen "Aus welchem Intervall kommen möglich Werte?". Wir nennen die Größe konstant, solange nichts darauf hindeutet, dass jenes Intervall mehr als nur einen Wert enthalten könnte.


             

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