Photonen

[richy]

Hi Mirko

Zitat von Mirko

ich berechne F für jede Quantenportion der Beschleunigung a und setze für die nächste Berechnung( der nächsten Quantenportion von a ) die neue dynamische Masse ein !
So müsste ich doch im Endeffekt auf ein absolut korrektes Ergebnis kommen !

Deine Schilderung erinnert mich an eine sukzessive Vorgehensweise. Genau so wird dies bei numerischen Simulationen gehandhabt.Allerdings ist diese behelfsmaessige Vorgehensweise nicht immer notwendig, denn fuer manche nichtlineare Probleme (Differentialgleichungen) existieren auch analytische Loesungsmethoden. F=dp(r,t)/dt stellt eine Differentialgleichung dar. So ist v stets dr/dt und a in F=m*a die zweite zeitliche Ableitung des Ortes r. In der Regel ist m(t) konstant und dann die Naeherung F=m*a gueltig. Ein bekanntes Beispiel in dem dies nicht der Fall ist waere die Raketengleichung, da die Masse einer Rakete durch den Treibstoffausstoss zunehmend kleiner wird :
http://de.wikipedia.org/wiki/Raketengrundgleichung
Wie der Link zeigt ist die DGL analytisch d.h. geschlossen, ohne eine Simulation loesbar.
Gruesse

[Philipp Wehrli]

Das sind gute Fragen. Genau über solche Sachen musst du nachdenken, wenn du die Physik verstehen willst.

Zitat von Mirko

Da Photonen keine Ruhemasse besitzen heisst das zwingend dass sie nie unter c abgebremst werden können ?

In Material kann Licht sehr stark abgebremst werden, mit neuester Technik sogar unter Schritttempo.

Die anderen Fragen hat amc glaube ich sehr gut beantwortet.

[Mirko]

Zitat von Philipp Wehrli

Das sind gute Fragen. Genau über solche Sachen musst du nachdenken, wenn du die Physik verstehen willst.

In Material kann Licht sehr stark abgebremst werden, mit neuester Technik sogar unter Schritttempo.

Die anderen Fragen hat amc glaube ich sehr gut beantwortet.

Heisst das denn analog das die Masse des Photons immer weiter gegen null geht je weiter es abgebremst wird ?

[Marco Polo]

Zitat von Mirko

Heisst das denn analog das die Masse des Photons immer weiter gegen null geht je weiter es abgebremst wird ?

Nein. Photonen sind masselos und bleiben es auch.

Auch kann die Geschwindigkeit eines Photons nicht abgebremst werden. Auch nicht im Medium. Der Wechselwirkungsprozess in diesem Medium ist eine Veränderliche. Mehr nicht. Ist das Photon wechselwirkungsfrei ergibt sich automatich die Vakuumlichtgeschwindigkeit.

Tritt also ein Photon in ein Medium ein, dann kann man über v=s/t eine Gesamtgeschwindigkeit sogar gegen Null strebend messen. Das hat aber nichts mit der Vakuumlichtgeschwindigkeit zu tun.

Abhängig vom Medium dauert diese Wechselwirkung (Absorption/Emmission) also mehr oder weniger lang und es ergibt sich nur eine scheinbare Geschwindigkeit über die Strecke Eintritt-Austritt.

Im Medium bewegt sich das Photon zunächst mit c, dann wechselwirkt es mit einem Atom (wird also absorbiert und danach emittiert) und danach bewegt es sich wiederum mit c um dann wieder vom nächsten Atom absorbiert und emittiert zu werden und so weiter...

Dieser Gesamtprozess ist aber abhängig von der Art des Mediums und dauert demnach unterschiedlich lang, was insgesamt zu einer scheinbaren Verlangsamung von Photonen im Medium führt.

Zwischen den Atomen bewegen sich Photonen immer mit c, der Vakuumlichtgschwindigkeit.

Grüsse, MP

[Marco Polo]

Zitat von Mirko

Noch eine blöde Frage:

Man sagt ja immer: es gibt keine blöden/dummen Fragen, nur dumme Antworten. Das stimmt aber so nicht. Es gibt sogar sehr dumme Fragen.

Zu denen darf die "Deinige" aber nicht gezählt werden. Mit anderen Worten: Deine Frage ist eine überaus Angebrachte und Berechtigte.

Photonen sind ja masselose Teilchen, besitzen also die Ruhemasse null !

Ja und nein. Photonen sind tatsächlich masselose Teilchen. Sie haben aber nicht die Ruhemasse Null. Das ist ein völliger Unsinn, der immer wieder in Physikbüchern zu lesen ist.

Wenn man behauptet, dass ein Photon die Ruhemasse Null hat, dann muss man dem Photon automatisch ein Ruhesystem zugestehen. Denn nur in diesem wäre es ja Null.

Dieses Ruhesystem gibt es aber nicht. Glücklicherweise wird in der modernen Literatur davon immer mehr Abstand genommen.

Da heisst es dann eben nur noch: Das Photon ist masselos. Überhaupt ist es wesentlich sinnvoller über den Impuls zu gehen.

...oder ist die Definition allein darauf begründet das Photonen nie "in Ruhe" anzutreffen sind.
Sie bewegen sich immer mit c und haben keine Ruhemasse aber einen Impuls. Besitzen also Energie !

Ja.

Wenn ich aber den Impuls eines Photons berechnen möchte, stoße ich auf ein Problem.
Ein Produkt ist gleich null, wenn mindestens ein Faktor gleich null ist !

p = m * v
-> das bedeutet der Impuls eines Photons mit der Masse null müsste auch null sein.

Selbst wenn ich ich die Masse m durch Energie E ersetzen würde, käme ich durch: E = m * c² auf das gleiche Ergebnis !

Setze ich hier falsche Massen ein ???

Man rechnet beim Photonenimpuls eben nicht mit p=m*v. Diese Formel gilt nur für Teilchen mit Ruhemasse. Die Energie eines Photons beträgt E=pc=hv. Also beträgt der Impuls eines Photons p=hv/c.

h ist übrigens das plancksche Wirkungsquantum und v ist die Frequenz.

Grüsse, MP

[Bauhof]

Zitat von Marco Polo

Photonen sind tatsächlich masselose Teilchen. Sie haben aber nicht die Ruhemasse Null. Das ist ein völliger Unsinn, der immer wieder in Physikbüchern zu lesen ist. Wenn man behauptet, dass ein Photon die Ruhemasse Null hat, dann muss man dem Photon automatisch ein Ruhesystem zugestehen. Denn nur in diesem wäre es ja Null.
Dieses Ruhesystem gibt es aber nicht.

Hallo Marc,

ich finde, das ist eine sehr wichtige Erkenntnis, die du sehr gut formuliert hast.

M.f.G. Eugen Bauhof

[amc]

Hi Marco, Eugen,

Zitat von Marco Polo

Photonen sind tatsächlich masselose Teilchen. Sie haben aber nicht die Ruhemasse Null. Das ist ein völliger Unsinn, der immer wieder in Physikbüchern zu lesen ist.

Zitat von Bauhof

ich finde, das ist eine sehr wichtige Erkenntnis

wenn man sagt, sie besitzen keine definierte Ruhemasse, dann müsste es doch eigentlich schon wieder stimmen. Sie sind nicht masselos. Das ist auch irgendwie Unsinn. Dann würden sie die Raumzeit nicht krümmen und gravitativ wirken. Das hab ich mittlerweile eingesehen

Man kann vielleicht auch sagen, ihre Energie ist äquivalent zu einer Masse, aber das kommt IMHO so ziemlich aufs gleiche raus.

So seh ichs - vielleicht kann man es auch anders sehen ...

Worin besteht die Erkenntis? Dass es Arten von Energien/Massen gibt, die man grundlegend zu unterscheiden hat? Da würde ich prinzipiell zustimmen.

Grüße, AMC

[Marco Polo]

Zitat von Bauhof

Hallo Marc,

ich finde, das ist eine sehr wichtige Erkenntnis, die du sehr gut formuliert hast.f

besten Dank, Eugen. Immerhin einer mehr, der es begriffen hat.

Viele Physiker meiden inzwischen glücklicherweise, beim Photon von einer Ruhemasse zu sprechen, auch dann wenn diese Null wäre/ist.

Ruhemasse bedingt ein Ruhesytem. Da dieses für Photonen nicht definiert ist, reicht es nicht aus, diesem den Wert Null zuzuweisen. Das ist einfach schlicht und ergreifend falsch.

Genau das liest man in der Fachliteratur aber immer wieder. Das hat aber eher historische Gründe. Genauso wie mit der Masse im Allgemeinen.

Unter Masse versteht man inzwischen die Ruhemasse und keineswegs die dynamische bzw. relativistische Masse.

Darunter besteht in Physikerkreisen inzwischen ein weitverbreiteter Konsens.

Bezüglich meiner Aufregung, dass es kein Photonen-Ruhesystems gibt und demnach die Ruhemasse für ein Photon nicht Null, sondern vielmehr erst garnicht definiert ist, habe ich vor längerer Zeit von dem Physiker "Joachim" aus dem Nachbarforum Zustimmung erhalten. Er war genau der gleichen Meinung. Fand ich gut.

Grüzi, MP

[Mirko]

Guten Morgen Marco,

erstmal vielen Dank für deine detailierten Erklärungen.
Da es für Photonen kein Ruhesystem gibt, kann diesem nicht existierenden Ruhesytem der Photonen auch die Masse null nicht zugesprochen werden.
Verstanden !

Vieleicht könntest du noch zu meinem Masse * Beschleunigungspost Stellung nehmen.
Ich füg den hier nochmal ein.

Gruß Mirko

Hallo Philipp
Ja, aber genau das tun"wir" in der klassischen Mechanik doch nicht !

Wenn ich einen 10kg Klotz mit 10m/s² beschleunigen möchte brauche ich eine Kraft von 100 Newton !

Diese 10kg sind aber die Ruhemasse des Klotzes. Ergo werden relativistische Effekte durch die Beschleunigung nicht berücksichtigt.
Also ist diese Rechnung im engsten aller Sinne doch falsch....oder besser ungenau.....

Nur weil die Effekte verschwindet gering sind ist es erlaubt mit dieser Formel zu rechnen, oder ?

[Marco Polo]

Zitat von Mirko

Vieleicht könntest du noch zu meinem Masse * Beschleunigungspost Stellung nehmen.


Wenn ich einen 10kg Klotz mit 10m/s² beschleunigen möchte brauche ich eine Kraft von 100 Newton !

Diese 10kg sind aber die Ruhemasse des Klotzes. Ergo werden relativistische Effekte durch die Beschleunigung nicht berücksichtigt.
Also ist diese Rechnung im engsten aller Sinne doch falsch....oder besser ungenau.....

Nur weil die Effekte verschwindet gering sind ist es erlaubt mit dieser Formel zu rechnen, oder ?

Da haste Recht. F=m*a funktioniert nur in der nichtrelativistischen Physik.

Wir kennen f=ma=m*du/dt=dp/dt

Die Masse, genauer gesagt die relativistische Masse, ist keine Konstante.

damit wird aus fx=mo*ax:

fx=gamma³*mo*ax mit gamma=1/sqrt(1-ß²) und ß=v/c

wenn man nur die x-Richtung betrachtet.

Bin zu faul jetzt genauer darauf einzugehen. Aber reicht ja auch erst mal.

Grüsse, Marco Polo