Ein Photon - Versuch einer privaten Zusammenfassung

[cadrim]

frage : auf der suche nach dem kleinsten teilchen scheitert man wenn man nach einer festen groesse sucht, da man sich sofort wieder fragen koennte aus was es besteht und ob man es nicht doch wieder teilen koennte. darueber hinaus koennte wer fragen wie lange es dauert, bis das hintere ende eines teilchen erfaehrt, dass das vordere wo aufgetroffen ist. wenn dies zutrifft, haben womoeglich "kleinste teilchen" keine ausdehnung, sondern sie verhalten sich wie ein photon/elektron, die ihrerseits kleinste teilchen darstellen.
innerhalb eines photons/elektrons - gleich ob es "raeumlich getrennt" ist oder nicht - vergeht keine zeit um seine(n) aufenthalt(swahrscheinlichkeit) zu wechseln. zur informationsuebertragung innerhalb eines photons/elektrons vergeht keine zeit auch wenn es "raeumlich" getrennt wurde.

fragen im detail :
.) die groesse eines photons/elektrons kann man auch durch jene orte beschreiben wo eine wahrscheinlichkeit besteht, dass es sich aufhaelt?
.) es ist moeglich ein photon/elektron z.b. an einem doppelspalt zu teilen?
.) die aufenthaltswahrscheinlichkeit des photons/elektrons ist nun auf beide teile verteilt?
.) obwohl "raeumlich getrennt" besteht eine verbindung zwischen diesen teilen?
.) diese verbindung nennt man verschraenkung, wenn zwei photonen/elektronen im spiel sind?
.) durch eine wechselwirkung legt ein photon/elektron teile seiner eigenschaften zufaellig und instantan fest?
.) diese wechelswirkung ereignet sich auch vom menschen unabhaengig?
.) es kann wahrscheinlich ausgeschlossen, dass diese eigenschaften zuvor irgendwo festgelegt wurden?
.) es kann nicht ausgeschlossen werden, dass tunneleffekt, infouebertragung bei verschraenkung und kollaps der wellenfunktion instantan erfolgen?
.) ein photon "selbst" hat keine 3D ausdehnung und wird am ehesten zur zeit durch einen string charakterisiert?
.) mann kann die ergebnisse auch anders deuten, aber obiges ist nicht falsch?

[Gandalf]

Hi!

Ich denke die vielen einzelnen Fragen sind zunächst einfach nur in einem (falschen) "Teilchendenken" geschuldet.

'Quanten_systeme' sind (räumlich) größer als die Teilchen, aus denen sie zu bestehen scheinen. Ein und das gleiche Quantensystem kann sowohl als "Elektron" als auch als Photon(en) in Erscheinung treten.

Grüße

[Uli]

frage : auf der suche nach dem kleinsten teilchen scheitert man wenn man nach einer festen groesse sucht, da man sich sofort wieder fragen koennte aus was es besteht und ob man es nicht doch wieder teilen koennte.


Nein, das ist eine sehr berechtigte Frage nach der Substruktur von Teilchen, die sich immer wieder stellt, denn mit jeder neuen Generation von Beschleunigern wird die Auflösung der "Lupe", mit der wir schauen, noch besser. Es gibt gegenwärtig keine Beobachtung, die nahelegt, dass Quarks, Leptonen und Eichbosonen eine Substruktur haben. bei Streuexperimenten sieht man nur ein einziges punktartiges Streuzentrum.
Falls sich das von der Beobachtungsseite her mal ändern sollte (was ich nicht erwarte), würde das "Spiel" der Zerlegung in Substrukturen weitergehen.


...
fragen im detail :
.) die groesse eines photons/elektrons kann man auch durch jene orte beschreiben wo eine wahrscheinlichkeit besteht, dass es sich aufhaelt?


Das ist möglicherweise eine sinnvolle Möglichkeit, die Größe eines Teilchens zu definieren (aber nicht die einzig mögliche). Nun hängt aber die Wahrscheinlichkeitsverteilung eines Elektrons, es an einem Ort nachzuweisen, von seinem Zustand ab. So hätte es im Atom die Größe des Orbitals, das es besetzt. Oder noch extremer: nach einer Impulsmessung weisst du nichts über seinen Ort - seine Wahrscheinlichkeitsverteilung verschmiert also über einen sehr großen Raumbereich. Wenn man so eine Definition akzeptiert, gibt es also einige Quanten-Merkwürdigkeiten, die man im Makroskopischen so nicht kennt.



.) es ist moeglich ein photon/elektron z.b. an einem doppelspalt zu teilen?


Seine Wellenfunktion ist an beiden Spalten ungleich Null. Ob man das nun als eine Teilung des Photons/Elektrons bezeichnen soll ... . Ich glaube nicht, denn da sind ja nun nicht 2 Elektronen mit der halben Ladung unterwegs oder so.


.) die aufenthaltswahrscheinlichkeit des photons/elektrons ist nun auf beide teile verteilt?


So ist es.


.) obwohl "raeumlich getrennt" besteht eine verbindung zwischen diesen teilen?


Auf gewisse Weise ja, denn es ist eine einzige Wellenfunktion.


.) diese verbindung nennt man verschraenkung, wenn zwei photonen/elektronen im spiel sind?


Wenn du ein System aus 2 freien Elektronen hast, und deren Entstehungsgeschichten sind getrennt und unabhängig voneinander, dann sind diese nicht verschränkt. Die Wellenfunktion des kombinierten Systems wäre dann einfach das Produkt der einzelnen Wellenfunktionen und eine Messung an einem der Elektronen hätte null Einfluss auf Messungen am anderen. Das ist der Normalfall.
Verschränkungen dagegen müssen sorgfältig präpariert werden. Es muss ein physikalisches Gesetz geben, das die Physik der beiden Elektronen verbindet wie z.B. Drehimpulserhaltung des kombinierten Systems aufgrund der gemeinsamen Entstehung beider Teilchen.



.) durch eine wechselwirkung legt ein photon/elektron teile seiner eigenschaften zufaellig und instantan fest?


Die Art der Wechselwirkung bestimmt, welche physikalische Größe festgelegt wird: wenn wir eine Ortsmessung durchführen, dann ist das immer der Ort. Die exakten Koordinaten des Ortes, die dann gemessen werden, hängen aber vom Zufall ab.



.) diese wechelswirkung ereignet sich auch vom menschen unabhaengig?


So ist es: Wechselwirkungen zerstören die Verschränkung; das nennt man Dekohärenz.


.) es kann wahrscheinlich ausgeschlossen, dass diese eigenschaften zuvor irgendwo festgelegt wurden?


Du sagst es: der Wahrscheinlichkeits-Charakter der Quantenmechanik lässt sich nicht umgehen (Verletzung der "Bellschen Ungleichungen").


.) es kann nicht ausgeschlossen werden, dass tunneleffekt, infouebertragung bei verschraenkung und kollaps der wellenfunktion instantan erfolgen?


Das sind 2 unterschiedliche Fragen, die unterschiedliche Antworten verdienen.

Tunneleffekt: es kann ausgeschlossen werden, dass eine Informationsübertragung schneller als c stattfindet (obwohl es manchmal so scheint, wenn man einige Experimente nicht sorgfältig genug auswertet).

Kollaps: ist ein "Denkmodell" aus einer Interpretation ("Kopenhagener"). In dieser Interpretation kollabiert die Wellenfunktion instantan. Das bedeutet aber keineswegs einen Informationsfluss von einem Ort zu einem anderen.



.) ein photon "selbst" hat keine 3D ausdehnung und wird am ehesten zur zeit durch einen string charakterisiert?


Die Ausdehnung eines Photons ist vielleicht ein schwieriges Thema. Da es extrem relativistisch ist, kann man es nicht durch eine Schrödingergleichung beschreiben. Ich würde erwarten, dass die Ausdehnung eines Photons - ähnlich wie beim Elektron - von seinem Zustand abhängt.

Strings gehören nicht zur Standardphysik; sie sind z.Z. reine Spekulation.
Nach der Stringtheorie wäre das Photon (wie alle Leptonen, Quarks, ...) Anregungen eines elementaen Strings.

Gruß,
Uli