Photon ist (ist nicht) Wellenpaket
 

Ich möchte eine Frage (für mich ein Problem) in den Raum stellen:

Gibt es einen Unterschied zwischen einem schlichten Photon (Lichtquant) und einem Wellenpaket?

Meinem Gefühl nach müssten beide identisch sein, denn für ein Wellenpaket bedarf es doch ein kontinuierliches Impulsspektrum im Impulsraum von z.B. p1 bis p2, das nach entsprechender Fouriertransformation im Ortsraum einem räumlich begrenzten Wellenpaket entspricht.
Entsteht nun ein Photon z.B. durch einen Energieübergang eines Elektrons von einem angeregten Energieniveau in den Grundzustand einer Atomhülle, so hat es ja auch eine gewisse Energieunschärfe, die mit der mittleren Lebensdauer des angeregten Energiezustandes der "Heisenebergschen Unschärferelation" genügt. Also lässt es sich doch im Ortsraum als "Wellenpaket" bezeichnen. Konsequent anders ausgedrückt: es gibt unter keinen Umständen ein absolut monochromatisches Photon.
Wenn es nun so wäre, weshalb steht dies nicht so eindeutig oder so ähnlich in den Physikbüchern? z.B. nicht in Kuhn PHYSIK, Band III E, Quantenphysik, Westermann Verlag Braunschweig 1976; nicht im Gerthsen Physik von D.Meschede, Springer Verlag Berlin 2004.
Dies muss doch seine Gründe haben und es ist deshalb doch ganz anders?

Ich würde mich jedenfalls freuen, wenn mir jemand auf die Sprünge helfen könnte.

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Ja, ein Wellenpaket ist instabil, zerfließ schnell, ein Photon nicht das ist stabil.

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Danke für diese Richtigstellung -- ein überzeugendes und einleuchtendes Argument, wenn es sich um die Ausbretung des Wellenpakets in einem Medium mit Dispersionserscheinung handelt; aber im Vakuum (und damit näherungsweise auch in Luft, ein nicht all zu seltener Fall) ist die Phasen- und die Gruppengeschwindigkeit jewelis gleich, da zerläuft das Wellenpaket nicht.
Allgemein und generell betrachtet müsste ich natürlich klein beigeben und die Konsequenzen ziehen: ein Photon und ein Wellenpaket sind zwei verschiedene physikalische Erscheinungen(?), Gebild(?), ....
Oder sind sie vielleicht doch nur zwei verschiedene Modelle ein und desselben physikalischen Phänomens, deren Wiedersprüchlichkeit im Welle-Teilchen-Dualismus zu suchen ist?
Der Vorstellung und dem Bild eines absolut monochriomatischen Photons mit einem Impuls ohne Messungenauigkeit bzw. ohne Unschärfe kann ich einfach nichts abgewinnen. Und sobald das Lichtquant im Impulsraum eine Impulsunschärfe (mit kontinuierlichem Spektrum) besitzt, stellt es sich im Ortsraum als "einzelnes Wellenpaket" mit mehr oder weniger großer Ausdehnung dar, das in einem Medium leider auseinanderlaufen muss.

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Die Frage ist, was ein Photon ist.
Und das ist keine leichte Frage.

I.a. versteht man das Photon als eine elementare Anregung des elektromagnetischen Feldes mit wohldefinierter Frequenz. Wellenpakete entstehen aber aus der Überlagerung ebener Wellen unterschiedlicher Frequenzen. Demnach kann ein einzelnes Photon kein Wellenpaket sein, da es Beiträge unterschiedlicher Frequenzen erfordern würde.
Scharfe Frequenz bedeutet aber auch scharfen Impuls und scharfe Energie.
Aus der Heisenbergschen Unschärfe würde dann maximale Unschärfe des Ortes folgen. Wie kann man dann überhaupt noch von teilchenartigen Eigenschaften reden?
Ich denke, das hängt auch mir der schwierigen Frage zusammen, ob die quantenmechanische Wellenfunktion für ein Photon überhaupt existiert; in der Theorie gibt es ja keinen hermitischen Ortsoperator für ein Photon.

Wir wissen andererseits von Doppelspaltversuchen mit 1-Photon-Pulsen, dass ein einzelnes Photon mit sich selbst interferieren kann. Mit einer unidirektionalen ebenen Welle bekommt man das nicht hin. Vermutlich macht es doch mehr Sinn, sich ein Photon nicht immer als eine ebene Welle sondern als eine Superposition vorzustellen. Ich glaube, das ist es auch, was du sagen willst.

BTW, warum sollte ein Photon nicht zerlaufen können? Materiewellen tun das auch.

Nun ist sicher niemand schlauer als zuvor, falls mein Beitrag denn überhaupt Sinn macht :)

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Hallo Hawkwind,

woraus schließt man, das bei Doppelspaltversuchen mit 1-Photon-Pulsen ein einzelnes Photon mit sich selbst interferieren kann? Wie zeigt sich das?

M.f.G. Eugen Bauhof

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Na weil sich auch dann ein Interferenzmuster am Schirm ergibt, wenn man immer nur ein einzelnes Photon auf den (die) Weg(e) durch den Doppelspalt schickt, wartet bis es am Schirm registriert wird, und dann erst das nächste schickt usw... Oder ist was anderes gemeint?

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Du nimmst mir das Wort aus dem Mund. Danke.

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Keine Ahnung Hawkwind,

sie tun es einfach nicht, sonst gäbe es keinen photoelektrischen Effekt.

Gruß EMI

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Sehe ich ganz anders: ein Photon muss doch Teilcheneigenschaften haben, wenn es an einem Elektron streut, um ein Atom zu ionisieren. Teilcheneigenschaften bedeuetet aber, dass es eine nicht zu große Ortsunschärfe aufweist, also ein Wellenpaket ist.

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Welches Prinzip steht dahinter Hawkwind?

Wie kann ein Photon ein Wellenpaket sein, wenn diese instabil sind?:confused:
Du verwirrst mich mein Freund.

Gruß EMI