Photonen und Impuls
 

Wenn wir gerade bei den Photonen sind. Ändert sich eigentlich die Energie eines Photons wenn es an einem Objekt reflektiert wird und dabei ein Teil seines Impulses an das Objekt abgibt? Beschleunigt ein Photon, das an diesem Objekt reflektiert wird, das Objekt zweimal? Beim auftreffen und beim abstoßen?

z.B. Sonnensegel im Vakuum.

Gruß
EVB

WIKI gibt mir keine Auskunft darüber:(

AW: Photonen und Impuls
 

Es kommt darauf an, ob der Stoß elastisch, oder inelastisch erfolgt.
Bei einem vollkommen elastischen Stoß z.B. Photon trifft auf Sonnensegel (senkrecht) muss das Sonnensegel den doppelten Impuls des Photons aufnehmen um der Impulserhaltung gerecht zu werden. Das Photon behält aber seine Energie.

AW: Photonen und Impuls
 

Hallo Hamilton,

Das Sonnensegel wird beschleunigt ohne, dass Energie dafür aufgebracht wird (elastischen)? Ich meine es wird ja nicht seine Energie behalten und an Impuls verlieren? Habe ich dich also richtig verstanden: Photonen würden ein Sonnensegel ohne Energieverlust beschleunigen können?:eek: Oder würde man nicht doch eine Rotverschiebung messen können?

Gruß
EVB

AW: Photonen und Impuls
 

Hallo

m.E. wird ein Sonnensegel durch den Sonnenwind beschleunigt und nicht durch Photonen - oder täusch ich mich da?

http://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenwind

gruß Peho

AW: Photonen und Impuls
 

Hallo Peho,
du hast recht die Sonnensegel die zu einer möglichen Anwendung kommen werden, nützen natürlich in erster Linie den "Partikelstrom" der Sonne aus. Da steckt ja auch viel mehr Impuls dahinter.
Hier handelt sich mehr um ein "Gedankenexperiment". Du könntest also auch ersatzweise – Ähmm :rolleyes: - Schneewittchens Zaubersiegel in das Weltall befördern (Hauptsache keine/ kaum Reibung) und dann mit einer Taschenlampe darauf strahlen. :D
Der Spiegel wird sich bewegen und es wird dabei keine Energie "verbraucht" :eek:

Gruß
EVB

AW: Photonen und Impuls
 

Hallo Eyk

bist du da sicher? Ich stell mir gerade vor, die Erde ist ein Spiegel. Langfristig müßte der "Photonendruck" der Sonne dann ausreichen um uns von der Sonne zu entfernen.

gruß Peho

AW: Photonen und Impuls
 

Hallo Peho,
Ich denke nicht! Denn obwohl Photonen einen Druck ausüben, ist die Gravitationskraft deutlich größer. Wenn du also ein „Photonenschild“ zwischen uns und der Sonne aufbauen würdest, dann würden wir vielleicht 1pm näher zu Sonne wandern. Die Erde wirkt schon wie ein Sonnensegel! Daher übt der Teilchendruck der Sonne einen noch viel größeren Druck aus! Allerdings ist die Gravitationskraft eben deutlich größer!

Aber viel wichtiger wäre es zu klären, wie man ohne Energie und Impuls ein Materieobjekt beschleunigen soll? So wie Hamilton es behauptet. Das macht doch keinen Sinn!?

Gruß
EVB

AW: Photonen und Impuls
 

Eben - das will ich ja damit sagen. Impuls ist ja kinetische Bewegungsenergie und der ist von den Photonen nur zu haben, wenn sie absorbiert werden. Ein Teil der Photonen sollte also absorbiert werden und der große Rest wird reflektiert da es den idealen Spiegel ja auch nicht geben dürfte. Da Reflexion ja eine WW ist könnte man sich schon vorstellen, daß reflektierte Photonen ein Teil ihrer Energie an das Ladungsfeld abgeben und somit rotverschoben werden.

gruß Peho

AW: Photonen und Impuls
 

Ja, man würde eine Rotverschiebung messen. Die ist aber ziemlich gering.

Für ein Photon gilt: p=e/c (e: Photonenenergie)
Für nichtrelativistische Materie gilt: Ekin=p^2/(2m)=e^2/(2mc^2)

Beim Rückstoß wird die doppelte Energie übertragen. Die Änderung der kinetischen Energie des Planeten ist also um den Faktor e/(mc^2) kleiner als die ankommende Photonenenergie. Wenn also die Photonenenergie nicht in die Grössenordnung der Massenequivalenten Energie des massiven Objektes kommt, ist die Rotverschiebung vernachlässigbar. (Die Energieaufnahme allerdings auch.)

Gruß,
Joachim

AW: Photonen und Impuls
 

es ist wohl genau umgekehrt:
Sonnensegel

AW: Photonen und Impuls
 

@ Hallo Peho,
Man kann es sich nicht nur so vorstellen – sondern man muss es sich so vorstellen! Denn die Energie die das Segel in Bewegung setzt muss ja irgendwo herkommen!
Allerdings wieder spricht es dann meinen Erwartungen und ich wäre entäuscht wenn es so wäre!

@ Hallo Joachim,
Insgesamt dann aber ja die dreifache Energie Menge! Das Photon hat ja schon beim „Anflug“ einen Impuls! Den es bei der ersten WW abgibt. Dann wieder teilweise aufnimmt und sich „gleichzeitig“ vom Objekt wieder abstößt!
Nun bei der Erde und dem Photon handelt es sich haben ja doch um zwei etwas unterschiedliche Gegner! Aber wie sieht es bei einem kleinen Objekt aus. Einem Tellergroßen Spiegel oder so. Oder einem Waltraum-Atom:D .

Und wurde es schon mal gemessen? Nach meiner Vorstellung (und die ist bekanntlich grenzenlos :D ) würde das Photon keine Rotverschiebung durch diese WW zeigen.
Beim einem Planeten, müsste man aber schon aufpassen, ob die gemessene Rotverschiebung nicht vielmehr eine gravitative Rotverschiebung darstellt.

Gruß
EVB

AW: Photonen und Impuls
 

Schon ein einfaches Wasserstoffatom ist fast Gigaelektronenvolt-schwer. Schon damit kann sich nur ein sehr hartes Röntgenphoton messen.

Es wird wirklich nur der doppelte Photonenimpuls übertragen. Irgendwo rechnest du doppelt. Etwa nach dem Motto: "Zehn Euro haben oder nicht haben ist ein Unterschied von zwanzig Euro."

Gruß,
Joachim

AW: Photonen und Impuls
 

Hallo Joachim,
Nun wie wir ja jetzt seit kurzem wissen, kann deine Rechnung oben in der Quantenphysik funktionieren. Es kommt darauf an in welcher Reinfolge man subtrahiert und addiert :D .

Aber eigentlich lag es (mal wieder) an meiner Vorstellungskraft wie der Impuls quantenphysikalisch übertragen wird.
Aber bei genauerer Betrachtung lag ich natürlich (mal wieder) falsch :o .

Aber jetzt würde ich mal gerne wissen, ob diese Rotverschiebung überhaupt schon einmal gemessen wurde?

Und woher „weis“ das System wie viel Energie das Photon mitbekommen soll?

Nehmen wir mal an, das Photon trifft auf den Spiegel. Dort hebt es ein e- in ein höheres Orbital. Was passiert mit dem Impuls? Wird es vom e- „gespeichert“? Oder führt es zur Beschleunigung des Spiegels? Ich gehe mal davon aus das es zur Beschleunigung des Spiegels führt. Kurz darauf fällt das e- wieder zurück und sendet ein Photon aus. Das Photon erhält einen Impuls und eine Energie. (Doppelter Impuls) Die Energie des Photons entspricht doch dann aber genau der zuvor absorbierten Energie. Oder kommt es darauf an in welche Richtung das Photon den Spiegel verlässt? Nach „hinten“ erhält es weniger Energie wie nach vorne? Nach vorne erhält es den doppelten Impuls „zurück“ und der Spiegel bremst wieder auf Null ab?

Gruß
EVB

AW: Photonen und Impuls
 

Ja, beim Gamma-Zerfall angeregter Atomkerne spielt die Rotverschiebung durch den Rückstoß oft eine nicht vernachlässigbare Rolle. Dort sind ja auch die Photonenenergien und -impulse recht hoch.

Bei optischen Wellenlängen spielt der Effekt dagegen eine untergeordnete Rolle. Dort geht ein grösserer Teil der Energie durch Absorption verloren.

Gruß,
Joachim

P.S.: Eigentlich sollte das Thema besser Licht und Impuls heißen. Die ganze Thematik kann man nämlich auch ohne Photonenbild sehr gut verstehen, auch eine klassische elektromagnetische Welle transportiert Impuls.

AW: Photonen und Impuls
 

Hallo Joachim,
Wenn diese Rotverschiebung des Photons beim Gamma-Zerfall tatsächlich alleine durch den Rückstoß zu erklären ist, dann war meine Überlegung, nicht die e- Wert, mit denen ich sie getippt habe!:(
Sprich, wenn die Rotverschiebung nicht alleine durch die Relativbewegung zu erklären ist! Zuerst ein Impuls durch den Zerfall und dann das Photon.
Traurige Grüße
EVB

AW: Photonen und Impuls
 

Hallo nochmal,
Ich habe immer noch meine Probleme mit Impuls und Energie.
Ich habe ein Atom in einer Ionenfalle und „beschieße“ es mit einem Photon. Kurz zuvor schalte ich die Ionenfalle aus.
Jetzt trifft das Photon auf das Atom. Was passiert?
Wird das Ion beschleunigt und gleichzeitig ein e- auf ein höheres Orbital „gehoben“, wobei das e- aufgrund der höheren Energie ebenfalls ein höheren Impuls besitzt.
Das e- wird ein höheres Orbital „gehoben“ und beschleunigt das Ion, durch den zusätzlichen Impuls. Gibt ihn dadurch wieder ab und fällt wieder zurück? Ist dass die Erklärung?
Gruß
EVB

Ich will nicht nerven, aber das ist doch wenigstens wieder Grundlagenphysik ohne eigene Modellvorstellungen. Keine Mystik;)

AW: Photonen und Impuls
 

Kann mir keiner diese einfache Frage über Impuls und Energie beantworten?

Oder ist es so, das Energie und Impuls auf das Atom und auf das e- verteilt werden? Sprich der erste Impuls erhält das Atom, den zweiten Impuls das e- (es werden ja zwei Impulse übertragen?)

Gruß
EVB

AW: Photonen und Impuls
 

Hallo, Eyk vn Bommel

Du kannst ja Fraaagen stellen, ... ich glaub ich werd ein Fan von Dir :)

Ich habe nach dem Abi (ist schon lange her) die Zeit bis zur Einberufung auf einem Rangierbahnhof verbracht. Für einen Pysikambitonierten ein wahres Eldorado. Ich will jezt nicht erzählen wie interessant das Zusammenplautzen von Güterwagongs sein kann, Billard spielen ist wesentlich geräuschärmer.

Also was machen die Photonen mit den Atomen?
Meine Vorstellung: Ein Photon mit Energie X trifft auf ein Atom und erwischt die Hülle, hebt ein Elektron um den Energiebetrag X und es passt zufällig genau, daß das Elektron in einer höheren Schale landet. Somit ist also nichts passiert als die Anregung des Atoms. Nach klassischer Gleichung
m1 x v1 = m2 x v2 und einer Ruhemasse = 0 für das Photon sollte nichts weiter passiert sein ... ? Beschimpfen, aber bitte nicht steinigen.

Dann verliert das Atom seinen erregten Zustand, es verliert Energie in dem es das Elektron wieder fallen läßt. Auch hier sollte nichts passieren, ein Photon mit Ruhemasse = 0 entweicht dem Atom und wegen Ruhemasse = 0, kein Impuls.

Nun kommt aber ein hochenergetiches Photon, es hebt ein Elektron auf eine höhere Schale, aber es bleibt Energie über. Es bleibt Energie über? Vielleicht drücke ich mich ja wie der kleine Moritz aus, aber dieser Energierest hat zwar die Ruhemasse = 0, hatt aber auch eine V > 0 und damit eine Masse > 0 und damit einen Impuls ... und das Atom sollte also mal anrucken.
Bei der Rekombination allerdings dürfte nichts über bleiben. Das Elektron fällt auf eine niedere Schale und all seine Energie steckt in dem entweichenden Photon ohne das es einen Impuls auf das Atom abgibt.

Ich hoffe mal, ich liege nicht total daneben.

bis denne, wusel

AW: Photonen und Impuls
 

Hall wusel,
SUUPPIEE! :D
Ich wette das war ziemlich :cool: !
Ist Weibesvolk anwesend? :D
Ein Photon der Frequenz f besitzt eine Energie E = h • f und einen Impuls p = h • f / c. Es besitz zwar keine Ruhmasse aber es ruht ja nicht!
Und es gilt, dass der Impuls in einem Inertialsystem immer Null ergibt. Und dass eine einmal gewonnene Bewegung für immer und ewig erhalten bleibt! Wenn du dir nur den Betrag (also ohne Berücksichtigung der Richtung!) ansiehst, dann merkst du das Bewegung immer nur gleich sein oder größer werden kann. Das ist wichtig für das Verständnis! Bewegung bleibt immer erhalten! Du kannst Bewegung nicht in Energie umwandeln!
Das stimmt also nur für ruhende Photonen! Ruhend sind sie dann wenn sie vom Atom/e- absorbiert wurden. Dann ist ihre Ruhemasse Null. Hierzu müssen sie aber nach dem Impulserhaltungssatz ihren Impuls erst abgegeben haben.
Du sagst also man kann mit einem Photon, keine Masse beschleunigen? Das widerspricht aber so ein bisschen den experimentellen Ergebnissen!
Also entweder du hast recht und Photonen besitzen keinen Impuls. Dann müssen aber die Gesetze der Physik neu überdacht werden. Glückwunsch zum Nobelpreis ;) . Oder Photonen besitzen einen Impuls dann habe ich aber wieder meine 3 Probleme.
-A. Was passiert mit dem Impuls des Photons wenn es auf ein Atom trifft.?
B. Was passiert mit dem Impuls, den das e- durch die Energieaufnahme erhält?
C. Welche Energie weist ein Photon auf das beim „zurückfallen“ vom Elektron abgegeben wird?
A) ist ja noch „einfach“: Das Photon trifft auf ein e- und gibt seinen Impuls an das e- ab. Das e- gibt den Impuls an das Atom ab (Der Impuls „verteilt“ sich). Das Atom wurde beschleunigt.
B) Das e- hat nicht nur den Impuls übernommen sondern auch die Energie und „springt“ in ein höheres Orbital. Höhere Energie = höherer Impuls! Das bedeutet auch hier entstehen zwei Impulse!?
C) Das e- springt zurück. Das e- gibt die Energie als Photon ab. Da die Energie so hoch ist wie die absorbierte Energie zuvor, müsste eigentlich ein Photon entstehen, das den gleichen Impuls besitzt als das absorbierte. Da dadurch wieder ein Impuls übertragen wird , wird das Atom/e- wieder beschleunigt. Da die Emission in alle Richtungen erfolgen kann, kann das Atom hierbei wieder auf Null abgebremst werden oder in irgendeine Richtung zusätzlich positiv beschleunigt werden.
Wahrscheinlich (ich vermute mal) benötigt man aber einfach ein Photon mit mehr Energie wenn man ein „ungebundenes“ Atom anregen möchte! Die Summe aus Beschleunigungsenergie und für die Anregung des e-. Das macht die Sache mit dem Impuls nicht einfacher, da das Photon mit mehr Energie auch einen höheren Impuls besitzt.
Wie gesagt, hier muss der Impulserhaltungssatz und der Energieerhaltungssatz berücksichtigt werden. Genauso wie die Tatsche das ein Photon aufgrund seiner Energie und Masse auch einen Impuls besitzt!

Gruß
EVB

AW: Photonen und Impuls
 

Probieren wir es einmal (Lassen wir E dabei außen vor): Bei Totalreflexion
- Der Impuls des Photons geht (nur) auf e über: e wird beschleunigt.
- Es wird dadurch auf eine höhere Kreisbahn gezwungen (Bohr ist hier anschaulicher) // "Beibehaltung Winkelgeschwindigkeit bei Erhöhung Bahngeschwindigkeit".
- e gibt Impuls an Photon wieder ab und fällt auf niedrigere Schale zurück // "Beibehaltung Winkelgeschwindigkeit bei Verringerung Bahngeschwindigkeit"
- Wusel hat meines Erachtens nach Recht: Das Atom als Ganzes erfährt keinen Impuls (Das tritt erst bei teilweiser Reflexion / Absorption auf).
Zur Steinigung ist alles angerichtet ... ;)

AW: Photonen und Impuls
 

HI SCR,
Aber ich finde das Orbital-Model da fast besser, da hier der Schwerpunkt nicht verschoben wird (zu keinem Zeitpunkt) beim springen ist das imo anders?

Aber ich hänge irgendwie trotzdem an einem Problem (Bohr-Problem?).

Angenommen wir erhöhen den Impuls des Mondes. Ändert sich dann etwas an dem Schwerpunkt? Bewegt sich dieser nach dem Impulsstoß?
Die Abgabe erfolgt dann immer entgegen der Bewegungsrichtung? Sonst würde es ja weiter beschleunigt? Wäre das Photon dann nicht „blauverschoben“?
Ich sehe schon, ich denke das Bohr-Modell ist hier weniger geeignet als das Orbital-Modell. Denn hier wird nur die Aufenthaltswahrscheinlichkeit verändert.

Auch wenn du die Energie nicht betrachten wolltest, wird die Energie hier überhaupt benötigt?

Gruß
EVB

AW: Photonen und Impuls
 

Da stimme ich Dir zu: Der Schwerpunkt des Atoms wird durch die Photonen-Anregung nicht verändert - Das veranschaulicht das Orbitalmodell grundsätzlich besser.
Der Mond ist das Elektron, die Erde der Atomkern. Der Mond wird durch den Impuls beschleunigt, nicht aber das "Atom" Mond + Erde.
Der Schwerpunkt ... Welche Relevanz misst Du ihm bei diesen vereinfachten Betrachtungen bei?
Ich weiß nicht genau worauf Du hinaus willst: Könntest Du das noch etwas präzisieren (z.B. entgegen der Bewegungsrichtung von was?)?
Benötigt? Für die Impulsbetrachtungen nicht - Sie ist aber nun einmal bei diesen WW mit "im Spiel". Deshalb wollte ich sie nicht unerwähnt lassen.

Kritik willkommen!

AW: Photonen und Impuls
 

Leider wenig Zeit:(
Aber
Gut. Aber -dann gibt es keinen Schwerpunkt Atom –Photon? Also während sich das Photon nähert?:rolleyes:
Naja – der Mond „zieht“ an der Erde so wie das e- am Proton. Das hingt natürlich etwas, da der Mond ja langsam in die „neue“ Schale geht – das e- springt hingegen instantan. Der Mond würde hingegen den Schwerpunkt verschieben? Oder?
Erde+Mond würde imho nach dem Impulsstoß sich bewegen?
Das e- in der Schale. Würde es den Impuls/das Photon nach „hinten“ abgeben würde es noch schneller? In eine noch höhere Schale springen?
Man sagt immer man benötigt eine Energie um das e- anzuregen. Dabei benötigt man nur den Impuls. Die Energie/Frequenz dient imho nur zur Sicherstellung, dass der aufgenommene Impuls genau dem möglichen Sprung entspricht. Sonst springt es in eine „verbotene“ Zone.
Gruß
EVB

AW: Photonen und Impuls
 

Schwerpunkt = Gravizentrum. In unserem Fall also WW der Gravitation auf Teilchenebene zwischen Atom und Photon: Sehr interessantes Thema - Da muß ich Moment aber leider (noch ;)) passen.
Unter diesem Blickwinkel kann man das dann sicher nicht mehr miteineinander vergleichen (Was sind die jeweils wikenden Kräfte? Gravitation % andere Wechselwirkungen, Geschwindigkeit, Trägheit, Beschleunigung etc.).
Aber zu Deiner konkreten Frage: Es kommt darauf an welcher Impuls wie auf den Mond einwirkt (Stärke, Richtung, ...) - Ja, durchaus (bzw. der Mond rotiert anschließend schneller bzw. ...).
Nein, ich denke nach "vorne", es wird dadurch abgebremst und springt wieder in ein niedrigeres Orbital.
Ja: Es "braucht" die höhere Energie um sich im höheren Orbital "aufhalten zu dürfen", der übertragene Impuls befördert das e- dorthin.
Aber: Wer weiß :D .

AW: Photonen und Impuls
 

Hi scr,
Das ist mir neu :confused: aber nicht uninteressant.:rolleyes:
Ich meinte natürlich „frontal“ – auf den Schwerpunkt.
Das meinte ich ja. Wenn es Schalen gäbe. Aber daran kann man (auch) erkennen, dass es keine Schalen geben kann, da die Immission ungerichtet ist? Oder ist nur der Moment ungerichtet? Ist also p des e- zufällig und die Immission immer entgegen der Bewegung? Absorption immer mit Bewegung?
Nein ich denke auch hier ist das Orbital geeigneter.

Fragen über Fragen.:D
Hmmm… ist es nicht NUR der Impuls?:rolleyes:

Ich denke Energie sorgt mehr für das „aussehen“. Kann 5000 m/s ein Orbital beschreiben? Beschreibt es eine Wellenfunktion?

Ich halte es nachwievor für wichtig zwischen Energie und Impuls zu unterscheiden.

E~p, das bedeutet NUR das man von dem einen auf das andere schließen kann. Kenne ich den Impuls – kenne ich die Energie und umgekehrt. Das bedeutet aber nicht, dass man das eine durch das andere ersetzen kann. E=pc bedeutet nur, dass ein Teilchen mit der Energie x immer einen entsprechen Impuls besitzt. E ist aber nicht GLEICH pc sondern im äquivalent.

Das Photon bringt also Impuls UND Energie. Der Impuls „lupft“ und die Energie „formt“. Der „Formunterschied/Funktion“ zwischen S1- und S2-Orbital wird durch die Energie geliefert?

Wellenfunktion S2 = Wellenfunktion S1 + hv Photon:confused:

Gruß
EVB

AW: Photonen und Impuls
 

Völlig richtig - Wir (besser gesagt ich) haben das bisher "sehr vereinfacht" betrachtet:
Ich denke das Photon wirkt auf bzw. mit der gesamten Elektronenwolke - und nicht nur mit einem Elektron.
Es erhöht die Frequenz jedes Elektrons (= Übertragung Energie) und beschleunigt jedes Elektron (= Übertragung Impuls). Beides führt dazu, dass sich die Aufenthaltswahrscheinlichkeit aller Elektronen vom Atomkern weg nach außen hin verschiebt.
Bei einer Totalreflexion wird dabei aber - meiner Meinung nach - das Atom als Ganzes nicht beschleunigt: Die Totalreflexion bedingt ja dass das Photon lediglich abgelenkt wird, die Energie und der Impuls dabei (nahezu) erhalten bleiben. Würde das Atom selbst beschleunigt hätten wir hier ein Problem mit dem Energie- bzw. Impulserhaltungssatz.
Dass bei einer Reflexion Eintritts- gleich Austrittswinkel gilt ist wieder ein ganz anderes Thema: Das wird häufig durch die Betrachtung mehrerer Teilchen, Emmission in alle Richtungen (!) und den dabei dann auftretenden Interferenzen erläutert so dass letztendlich nur die emmittierten Teilchen auf dem Weg "Austrittswinkel = Entrittswinkel" unbeeinflusst bleiben (alle anderen löschen sich Interferenz-bedingt gegenseitig aus).

AW: Photonen und Impuls
 

Hallo SCR,

ich denke schon, das ein Atom bei einer Reflexion beschleunigt wird. Gerade wegen der Impulserhaltung. Wäre es nicht der Fall, dann wären die Impulse vor und nach der Reflexion nicht gleich. Setzten wir das Atom in den Koordinatenursprung eines Bezugssystems vor der Absorbtion, dann ist der Gesamtimpuls des Systems Atom-Photon:

p(ges)=p(Atom)+p(Photon)=m*v0+hυ/c.

Da die Geeschwindigkeit des Atoms vor der Absorbtion v0=0 ist:

p(ges)=hυ/c..

Nach der Reflexion hat das Photon den Impuls p'=hυ1/c. aber entgegengerichtet:

p'(ges)=p(ges)=p'(Atom)+p'(Photon)=m*v1-hυ1/c=hυ/c.

Daraus folgt:

m*v1=h(υ+υ1)/c.

v1=h*(υ+υ1)/mc.

Mit v1 -- die Geschwindigkeit des Atoms nach der Reflexion.

Gruss, Johann

AW: Photonen und Impuls
 

Deine Argumentation kann ich nachvollziehen - Diskussionspunkt ist das negative Vorzeichen an dieser Stelle:

AW: Photonen und Impuls
 

Hi,

was ist damit?

Grüssi

AW: Photonen und Impuls
 

Hallo JoAx,

das Atom als Ganzes dürfte in meinen Augen nur dann eine Beschleunigung erfahren falls das emmitierte Photon anschließend rotverschoben ist (da v1 = v2 = c) - Das ist bei einer Totalreflexion aber nicht der Fall (bzw. sollte es in seiner idealisierten Form nicht sein).

Falls das Atom doch beobachtbar eine Beschleunigung erfährt hättest Du Recht: Die gleiche (negative) Beschleunigung müsste das emmitierte Photon ebenfalls erfahren "um der Rotverschiebung zu entgehen".
Als Gesamtimpuls würde dann das Atom die Summe beider Photonen-Impulse (da Actio = Reactio) erhalten.
Was ich dabei nicht nachvollziehen kann: Wir beschleunigen ein Atom, wir beschleunigen (durch Reflexion) ein Photon - Es wurde also (mindestens) eine Energieform in Bewegungsenergie umgewandelt. Über welche ursprüngliche Energieform sprechen wir hierbei? Ich kann sie leider nicht erkennen ...

AW: Photonen und Impuls
 

Hallo SCR,

warum sollte es nicht sein? Das wieder ausgestrahlte Photon ist relativ des Atoms zwar mit dem gleichen Impuls "ausgestattet", relativ des Bezugssystems, in dem das Atom vor der Absorbtion gerught hat, hat er eine Geschwindigkeit. Diese führt zur Rotverschiebung in diesem BS (Bezugssystem).

Das man sein eigenes Abbild nicht rotverschoben ;) sieht, liegt eher daran, dass der Spiegel gewöhnlich mit der ganzen Erde, wie auch man selber, verbunden ist. Im praktischen Fall muss man also nicht nur die Masse eines einzelnen Atoms, sondern einer ganzen Menge von denen berücksichtigen. Dies lässt den Atom noch vor der Wiederabstrahlung quasi zurück "federn".

Es gibt aber Berechnungen, mit Sonnensegeln die Raumschiffe anzutreiben. Auf der Raumstation "MIR" wurde es sogar kurz vor der "verschrottung" getestet.

Erstens - auch wenn es kleinig klingen mag, Photon wird nicht beschleunigt. Dieser entsteht beim Abstrahlen gleich mit der richtigen Geschwindigkeit - c. Abhängig von der Energie (Frequenz, Impuls) des Photons erfährt das Atom einen Rückstoss. Wenn das nicht der Fall gewesen wäre, wäre die Impulserhaltung verletzt worden. Wenn du wissen wilst, wo es weniger Energie geworden ist - im Photon, aber nicht relativ zum Atom, sondern relativ zum BS in dem das Atom vor der Absorbtion geruht hat.

Ich hoffe es war verständlich. :D

Gruss, Johann

AW: Photonen und Impuls
 

Hi Johann,
ALLES richtig soweit.:) Sehe ich genauso.
Nur
Erstens - auch wenn es kleinlich klingen mag;)
Danach wird auch das Atom instantan beschleunigt. Oder wie lange überträgt das Photon den Rückstoß, wenn es selbst instantan sein v besitzt:confused:

Beschleunigung – immer qauntisiert? Immer instantan? Immer ohne dt? Ohne Zeit;)
Und zwar bei Absorption und Emission!

Zweitens – auf was überträgt sich der Rückstoß? Auf das e-? Entspricht der Rückstoß einem Impuls/Energieniveau, nicht einem der möglichen Absorptionspektren?

Auf was überträgt sich der Impuls, dass es diesmal zu einer „Beschleunigung“ des Atoms führen kann und nicht nur zur Anregung:confused:

Gruß
EVB

AW: Photonen und Impuls
 

Gute Frage Eyk. Ich denke das ist die Frage an die Unschärferelation ;) . Das könnte die Zeit retten. :p Vielleicht kann jemand anders besser darauf eingehen.

Nein. Impuls auf das Atom, Energie auf das Elektron, so zu sagen. Wobei Energie auf Elektron ist auch irreführend. Das Elektron an sich, ohne andere Ladungen, kann keine Photonen absorbieren oder emmitieren. Es ist das Atom als Ganzes, das das Photon absorbiert. Mittels "Verschiebung" des Elektrons auf ein höheres Energieneveau - ja, aber das ganze Atom. Es ist im Grunde das ganze Atom, das nach der Absorbtion energiereicher/angeregt ist.

Ich denke, es kommt immer sowohl zur Anregung, als auch Impulsübertragung. Nur interresiert manchmal entweder das Eine oder das Andere, so dass der Eindruck entsteht, das jeweils Andere würde nicht stattfinden. Vielleicht. :D

Gruss, Johann

AW: Photonen und Impuls
 

Völlig korrekt: Mein Fehler.
Meine Ausführungen bezogen sich allein auf Totalreflektion (= vollkommener Spiegel) und nicht auf (Teil-)Absorption (= Sonnensegel, Lichtmühle etc.).
Es ist in meinen Augen allein das Elektron, welches den Impuls erfährt. Folge: Es springt instantant in ein höheres Orbital. Und es springt instantant zurück und gibt instantant ein Photon mit v=c ab - EVB hat auf diese Zusammenhänge aus meiner Sicht schon völlig korrekt hingewiesen. Dabei rührt sich meines Erachtens am Atom gar nichts.
Ich schließe mich der Frage von EVB an: Wie überträgt sich Deiner Ansicht nach der Impuls des Photons (über das Elektron) auf den massiven Atomkern (bzw. umgekehrt)?
a) Ich beobachte ein Photon, welches auf einen vollkommenen Spiegel trifft.
b) Ich beobachte eine Beschleunigung des Spiegels.
c) Ich beobachte ein vom Spiegel reflektiertes Photon, welches für mich rotverschoben ist.
Es tut mir leid:
a) und c) schließen sich meines Erachtens gegenseitig aus (Totalreflektion).
Sobald aber c) nicht zutrifft fehlt mir die zur Beschleunigung notwendige Energie für b).
Was sehe ich dabei falsch? :confused:

Verstehe ich nicht. Was würde dieses "Federn" dann für ein Sonnensegel bedeuten?

AW: Photonen und Impuls
 

Hi Johann,
Und ich denke, damit versuchst du was zu retten was nicht mehr zu retten ist. :p
Damit drehen wir uns wieder im Kreis:(
Hat nicht NUR das e- im angeregten Zustand einen höheren Impuls?

Langsam habe ich das Gefühl, dass das Volumen des S-Orbitals einfach nur zu klein für 2e- und Photon ist – wird das e- verdrängt http://www.smilevalley.de/smileys/Teufel/13.gif

Es ist das „e-„ - oder besser die Wellenfunktion des Orbitals, dass die Energie aufnimmt – wodurch das Orbital sich ändert. Der Impuls?? Keine Ahnung ich würde immer noch vermuten – das e-. Kann man dem e- im höheren Orbital nicht ach ein höheres v zuschreiben? Sonst würde sich auch das Atom bewegen? Kann es aber nicht – sonst käme das Ekin aus dem Nichts?
Ja vielleicht – aber wir sind hier ja im QM-Forum, da gibt es sicher bald HILFE

Gruß
EVB

AW: Photonen und Impuls
 

Hallo SCR,

auch eine "Totalreflexion", wie du es nennst, läuft über eine volle Absorbtion mit anschliessender Emmission. Das reflektierte Photon ist nicht das selbe Photon, das Absorbiert wurde. Es ist ein neues. Dieses neue Photon hat dann die selbe Frequenz relativ zum Atom, wie das, das absorbiert wurde. Das Atom bewegt sich aber relativ zum ursprünglichen BS (zu dir). Diese Bewegung des Atoms führt zur Rotverschiebung. D.h. das Atom wird zwei Mal beschleunigt. Ein Mal beim Absorbieren, und das zweite Mal beim wieder Emmitieren.

Es ist halt Quantenmechanik. :confused: ^3 :D
Ich sehe das folgender Massen. Wenn wir das System Atom, sein Inneres betrachten, dann müssen die Elektronen als Wellen beschrieben und begreffen werden. Z.B. als Wellen einer Gitarrenseite, nicht die Seite selber. Dabei dürfen die Elektronen nur den Ton C ergeben (z.B). Also immer eine Oktave zwischen den Orbitalen, so zu sagen.

Gehen wir nun zur Betrachtung des Emissions-/Absorbtions-Mechanismus über, so müssen wir das Atom und die Photonen als Teilchen betrachten. Wir dürfen, wie ich denke, nicht wieder in das Atom wieder "hinein", um dieses Mechanismus zu beschreiben. Man sieht das Atom als Ganzes an, nicht aus dem Kern und Elektronen bestehend, denke ich.

Wenn man sich das Atom als Billiardkugel vorstellt, dann ist das Photon (kleines Knetmasse-Stückchen mit hoher Geschwindigkeit) absorbirt, wenn diese an der Kugel kleben bleibt. Das gibt der Billiardkugel natürlich einen Impuls. Bei der Emmission des Photons wird dieses Knetmasse-Stückchen von der Billiardkugel so zu sagen weggeschossen, a la reaktieve Bewegung. Die Kugel wird wieder beschleunigt. Bei einer Reflexion wird das Photon nur in die Richtung "weggeschossen", woher es gekommen ist.


Nur zur Verdeutlichung:
Das Photon wird trotzdem komplett Absorbirt und dann ein neues Emmitiert.

Ja und ja.

Kein Problemm und .... warum?


Gruss, Johann

AW: Photonen und Impuls
 

Hallo JoAx,
Da ist es wieder, das negative Vorzeichen. :D
Du betrachtest es als Stöße/Rückstöße auf das gesamte Atom, ich (im Falle Totalreflektion) lediglich als eine Veränderung der "Rotationsgeschwindigkeit" der Elektronenwolke um den Kern. Wer hat nun Recht? Selbstverständlich wikipedia ;)

AW: Photonen und Impuls
 

Hallo,

na klar, ist doch deutlich einfacher, oder?

und was ist mit der Teilweisereflexion?

hmmm. Das würde wohl zu keiner Impulsveränderung des Atoms führen, oder?

Ich würde sagen - die Natur hat Recht. Gibt es eine Impulsänderung in der Natur? ;)

Gruss, Johann

AW: Photonen und Impuls
 

Hallo,

schaut euch mal den Compton-Effekt an:
http://de.wikipedia.org/wiki/Compton-Effekt

Gruß EMI

AW: Photonen und Impuls
 

Hi EMI,
Leider verstehe ich den S- und U-Kanal nicht so recht.

Kann man den S-Kanal als Absorption und den U-Kanal als Reflektion verstehen?

Ich gehe davon aus, dass unten die Zeitachse ist? Und im U-Kanal die Emission VOR der Absorption erfolgt? Oder kann man die Achse e----------e als Reflektionsfläche verstehen? Das ------- als "Wand":rolleyes:

Für mich sieht das so aus, als würde das ankommende Licht an dem e- (auf dem Weg also über ein dt:mad: :D ) gebrochen wie eine Wasserwelle an ein einer Wand.

Ich wie nicht wie ich es beschreiben soll.
Die Welle trifft auf das e-. Aber nicht als ganzes gleichzeitig. Das e- reflektiert das „untere Ende“ zuerst. Es bildet sich eine Elementarwelle. Das e- bewegt sich weiter und erzeugt auf seinem Weg immer wieder eine neue Elementarwelle am immer noch eintreffenden Licht (Wellenfront). Am rechten Ende ist das obere Ende der Wellenfront am e- angekommen und alle Elementarwellen erzeugen nun gemeinsam ein „neues“ reflektiertes „Photon“???

Also die Reflektion erfolgt die gesamte Zeit über diese Achse?

Damit müsste v (p) des e- mit der Frequenz zusammen passen? bzw. mit dem Einfallswinkel? Je Größer der Winkel desto langsamer muss das e- sein:confused:

Gruß
EVB

AW: Photonen und Impuls
 

Hallo JoAx,
Dann wird ein im Vergleich zum Immitierten rotverschobenes Photon emmitiert.
Dann wurde Energie an das Elektron bzw. Atom abgegeben.
Dann kann diese in Bewegungsenergie des Atoms umgewandelt worden sein.
Ehrlich gesagt: So ganz ausschließen kann ich das nicht - Ich weiß nur welchen Impuls ein an ein Atom gebundenes Elektron hat ;).
Volle Zustimmung - Auch wenn das manchmal nicht so recht befriedigend ist. :D
Mit jedem Kraftstoß? ;)

P.S.

AW: Photonen und Impuls
 

Hallo,

Nach der Streuung hat sich die Wellenlänge des Photons(Compton-Effekt) um

Δλ = h/mc(1-cosΦ)

vergrößert, rotverschoben.
Die Wellenlängenänderung des Photons hängt nur vom Streuwinkel Φ und nicht etwa von seiner ursprünglichen Wellenlänge λc ab.

Ist die Streuung 0° folgt, das das Photon λc nach der Streuung als gestreutes Photon λs mit der gleichen Wellenlänge(λc=λs) in Bewegungsrichtung wieder erscheint.
Es hat keine WW(oder nur eine während der Unschärfe) stattgefunden.

Bei einer Streuung von 90° ist die Wellenlängeänderung Δλ genau so groß wie die Wellenlänge des Photons λc vor der Streuung:

Δλ = λc

Bei einem Streuwinkel von 180° (Rückstoß) wird die Wellenlänge des Photons höchstens um:

Δλ = 2λc

vergrößert und nie vollständig absorbiert. Das ist recht erstaunlich wie ich finde.

Δλ = λs -λc, bei 90° folgt:

λc = λs -λc
λs = 2λc
fs = fc/2

Bei 90° Streuung, gibt das Photon immer nur die Hälfte seiner ursprünglichen Energie an den Streupartner(Elektron/Atom) ab.

Δλ = λs -λc, bei 180°(Rückstoß) folgt:

2λc = λs -λc
λs = 3λc
fs = fc/3

Bei 180° Streuung, gibt das Photon immer nur 2/3 seiner ursprünglichen Energie an den Streupartner(Elektron/Atom) ab.

Gruß EMI

AW: Photonen und Impuls
 

Hallo EMI,

ich verstehe jetzt nicht ganz den Fokus auf den Compton-Effekt:
Mit hochenergetischen Photonen beschleunigen wir freie e- bzw. schießen gebundene e- aus der Atomhülle heraus.
Dabei wird Energie verbraucht - Ja. Die Wellenlänge des Photons ändert sich je nach Streuwinkel gemäß Deinen Ausführungen - Ja.
Bei Frequenzen im Bereich des sichtbaren Lichts (bzw. unterhalb) liegt der Compton-Effekt aber meines Wissens unterhalb der Nachweisgrenze.

Meine Frage: Betrachten wir hier nur (noch?) mittel-/hochenergetische Photonen? :confused:

Grundsätzlich müssten wir meines Erachtens - wenn schon, denn schon - folgende WW zwischen Photonen und Elektronen differenziert analysieren:
a) Paarbildung
b) Compton-Streuung
c) Photoeffekt (Inkohärente Streuung)
[d) Kohärente Streuung]

(Anmerkung: a) und c) führen zu einer vollständigen Absorption des Photons.)

Die Wahrscheinlichkeit für das Eintreten der benannten WW ist jeweils
(von oben nach unten direkt) abhängig
a) von der Energie des / der Photonen
b) von der Ordnungszahl des Atoms

Oder habe ich die Intention nicht richtig verstanden?

Gruß
SCR

AW: Photonen und Impuls
 

Hallo SCR,

die Compton-Streuung ist der dominierende Wechselwirkungsprozess von Photonen mit Materie.
Das die Wellenlängenänderung bei energiearmen Photonen(unter 0,1MeV) unter der Nachweisgrenze liegt sagt nicht aus, das es den Compton-Effekt da nicht mehr gibt.

Auch der Photoeffekt ist eine Compton-Streuung, hier wird halt das gestreute Elektron frei.

Die Paarbildung ist aus meiner Sicht noch nicht verstanden und hat eher nichts mit der Compton-Streuung zu tun.
Ich verstehe diesen Prozess als WW zwischen Photonen(mit ausreichender Energie) und der Farbladung der Baryonen.

Gruß EMI

AW: Photonen und Impuls
 

Hallo EMI,

ich bin anscheinend heute etwas schwer von Begriff - Erlaube mir deshalb zwei Rückfragen zu meinem Verständnis:
Du meinst: Photonen im Energiebereich von etwa 0,2 bis 5 MeV (?)
[Anmerkung: wikipedia bzw. andere Quellen nennen abweichende Werte - Auch die Ordnungszahl des Atoms ist eben von Bedeutung]
Du meinst: Bei beiden wird ein e- frei, beim Photoeffekt wird im Gegensatz zur Compton-Streuung jedoch das Photon absorbiert (?)

Danke!

Gruß
SCR

AW: Photonen und Impuls
 

Je länger ich darüber nachdenke (Danke an EMI der das insbesondere "provoziert" hat ;) ):
Ich bezweifle immer mehr dass bei der Reflexion eines Photons das betreffende Atom
a) einmal einen Impuls beim Immitieren und
b) dann noch einmal beim Emmitieren
erfährt.

Warum?
1. Der Photoeffekt: Das "weggeschossene" e- nimmt den Photonen-Impuls vollständig auf. -> Es wird kein Impuls auf das Atom übertragen.
2. Die von EMI ins Spiel gebrachte Compton-Streuung: Das "weggeschossene" e- nimmt den Photonen-Impuls teilweise auf - Den anderen Teil "behält" das Photon. -> Es wird kein Impuls auf das Atom übertragen.
3. Bei der Thomson-Streuung wird ein Photon gleicher Frequenz (= gleicher Energie) emmitiert.
Für das immitierte Photon: E1 = p1c
Für das emmitierte Photon: E2 = p2c
E1 = E2
p1c = p2c
p1 = p2 -> Es wird kein Impuls auf das Atom übertragen.
4. ...

Aber das widerspricht - zumindest für Photonen - der doch meines Wissens gängigen Lehrmeinung die da lautet
[Anmerkung: Totale Reflektion soll hier wohl bedeuten "keine Änderung der Wellenlänge des Photons" = Thomson-Streuung]
Zu finden hier oder hier oder ...

Also Frage: Wo liegt mein Denkfehler? :confused:

EDIT: O.K., in der "Realität" wird ja wohl ein Atomgitter vorliegen. "Freigeschossene" e- könnten mit diesem Gitter interagieren und ihren erhaltenen Impuls an dieses wieder abgeben. Trotzdem wäre das dann im Falle des Photoeffekts max. der "einfache Impuls", im Falle der Compton-Streuung max "2/3 des einfachen Impulses" - Und beides stellt ja gerade nicht eine "totale Reflektion" dar.

AW: Photonen und Impuls
 

Hallo SCR,

vielleich das: bei einer Reflexion wird das Elektron nicht aus dem Atom weggeschossen. Was soll dann den Impuls des Photons aufnehmen?

Und zur Compton-Streuung. Ich konnte noch nirgends die Frage klären:

"Wird bei der Compton-Streuung das Photon komplett absorbiert und praktisch instant ein neues emmitiert, oder nicht?"


Gruss, Johann

AW: Photonen und Impuls
 

Hallo JoAx,
Auch hier das Elektron: Es hatte vorher einen zufallsabhängigen Impuls, es hat ihn während der "Immissions-/Emmissions-Phase" (es wird hierbei aber meiner Meinung nach der Impuls des immitierten Photons auf das e- übertragen!) und hat ihn auch wieder hinterher ...
Ich weiß nicht ob das Photon dabei "nur abprallt" oder absorbiert und ein neues erzeugt wird - Was erwartest Du Dir von dieser Information?

(Sorry, muß für heute Schluß machen - Bis morgen!)

AW: Photonen und Impuls
 

Gute Frage JoAx.
Ich denke nicht, dass wir da hinter steigen können. Heissenberg hat ja die Grenzen dazu aufgezeigt.

@SCR, die Thomson-Streuung ist eine Compton-Streuung mit einer Wellenlängenänderung unter der Nachweisgrenze bei energiearmen Photonen.
Quasi der Übergang zur klassischen Physik so wie bei v << c die SRT in Newton übergeht.
Bei uns gewohnten Geschwindigkeiten verschwinden die SRT-Effekte auch unter die Messgrenzen wobei wir natürlich wissen das diese noch da sind.

Gruß EMI

AW: Photonen und Impuls
 

So wie ich JoAx kennen und schätzen gelernt habe denkt er darüber schon längst intensiv nach.;)

Gruß EMI