Quanten.de Diskussionsforum  

Zur?ck   Quanten.de Diskussionsforum > Schulphysik und verwandte Themen

Hinweise

Schulphysik und verwandte Themen Das ideale Forum für Einsteiger. Alles, was man in der Schule mal gelernt, aber nie verstanden hat oder was man nachfragen möchte, ist hier erwünscht. Antworten von "Physik-Cracks" sind natürlich hochwillkommen!

Antwort
 
Themen-Optionen Ansicht
  #1  
Alt 24.04.16, 00:42
Gwunderi Gwunderi ist offline
Aufsteiger
 
Registriert seit: 15.02.2010
Beitr?ge: 87
Standard Reflexion von Licht

Hallo zusammen,

Würde ich mir Photonen und allgemein Elementarteilchen nicht immer noch als "kleine Kügelchen" vorstellen, hätte ich mir die Frage wahrscheinlich früher gestellt:

In manchen Experimenten wird ein Lichtstrahl, z.B. ein Laser, von einem Spiegel im Winkel von 45° reflektiert. Aber ein Photon ist kein PingPong-Ball, es prallt also nicht am Spiegel ab (was erst noch einer Beschleunigung gleichkäme, was bei Ruhemasse = 0 nicht gut möglich ist). Ich nehme an, es wird von den Atomen bzw. deren Elektronen im Spiegel absorbiert und wieder emittiert? Kann mir nichts anderes vorstellen, aber da kommt meine Frage: warum werden sie denn genau im Winkel von 45° wieder emittiert?

Oder wie funktioniert diese Reflexion in einem bestimmten Winkel?

Danke und Grüsslein,
Gwunderi
__________________
«Denn es ist ja in Wirklichkeit genau umgekehrt. Erst die Theorie entscheidet darüber, was man beobachten kann.» Albert Einstein zu Werner Heisenberg
Mit Zitat antworten
  #2  
Alt 24.04.16, 12:03
Benutzerbild von TomS
TomS TomS ist offline
Singularität
 
Registriert seit: 04.10.2014
Beitr?ge: 3.124
Standard AW: Reflexion von Licht

Ich erinnere mich dunkel, dass wir mit Hilfe von Modellen der Festkörperphysik und der klassischen Elektrodynamik dieses Reflexionsgesetz hergeleitet haben. Dabei betrachtet man jedoch nicht einzelne Photonen sondern ein klassisches elektromagnetisches Feld.

Ich gehe davon aus, dass auch detailliertere Modelle existieren, in denen das elektromagnetische Feld quantisiert ist und an den Festkörper gekoppelt wird. Führt man in derartigen Modellen nun diese Berechnungen durch, so findet man in geeigneter Näherung üblicherweise als dominierenden Term das o.g. Ergebnis der klassischen Elektrodynamik, d.h. Quantenkorrekturen durch Photonen wären erst in höherer Ordnung relevant.

Grundsätzlich hast du recht, ein reflektiertes Photon ist nie mit dem absorbierten identisch. Dies liegt im wesentlichen daran, dass in der QED kein zwei-Photonen-Vertex in den Feynmandiagrammen existiert. Die Wechselwirkung z.B. eines Elektrons mit Photonen wird immer als Absorption des einlaufenden Photons, Propagation eines "virtuellen Elektrons" sowie nachfolgende Emission eines auslaufenden Photons beschrieben.

https://upload.wikimedia.org/wikiped.../Qed_rules.jpg
__________________
Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.

Ge?ndert von TomS (24.04.16 um 12:06 Uhr)
Mit Zitat antworten
  #3  
Alt 24.04.16, 14:19
Hawkwind Hawkwind ist offline
Singularität
 
Registriert seit: 22.07.2010
Ort: Rabenstein, Niederösterreich
Beitr?ge: 3.057
Standard AW: Reflexion von Licht

Zitat:
Grundsätzlich hast du recht, ein reflektiertes Photon ist nie mit dem absorbierten identisch.
Das ist m.E. sowieso eine irrelevante Fragestellung, denn Elementarteilchen oder Quanten haben keine Identität: es gibt keine Möglichkeit festzustellen, ob ich genau das Photon nachweise, das mir zuvor schon einmal aufgefallen war.

Zitat:
Dies liegt im wesentlichen daran, dass in der QED kein zwei-Photonen-Vertex in den Feynmandiagrammen existiert. Die Wechselwirkung z.B. eines Elektrons mit Photonen wird immer als Absorption des einlaufenden Photons, Propagation eines "virtuellen Elektrons" sowie nachfolgende Emission eines auslaufenden Photons beschrieben.

https://upload.wikimedia.org/wikiped.../Qed_rules.jpg
Die Reflexion von Licht an Materie lässt sich nicht so anschaulich über die Feynmandiagramme der Störungstheorie beschreiben. Glauber hatte sich damit beschäftigt, wie man solche Phänomene in der QED beschreibt, die nach ihm benannten kohärenten Zustände sind dabei nützlich, z.B.:
https://de.wikipedia.org/wiki/Koh%C3%A4renter_Zustand
https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1101/1101.0928.pdf

Aber ich müsste mich da erst nochmal einlesen, um was sagen zu können.
Mit Zitat antworten
  #4  
Alt 24.04.16, 14:28
Benutzerbild von TomS
TomS TomS ist offline
Singularität
 
Registriert seit: 04.10.2014
Beitr?ge: 3.124
Standard AW: Reflexion von Licht

Zitat:
Zitat von Hawkwind Beitrag anzeigen
Das ist m.E. sowieso eine irrelevante Fragestellung, denn Elementarteilchen oder Quanten haben keine Identität: es gibt keine Möglichkeit festzustellen, ob ich genau das Photon nachweise, das mir zuvor schon einmal aufgefallen war.
Na ja, ganz so ist das nicht.

Betrachtet man die Comptonstreuung in niedrigster Ordnung, so erkennt man, dass zwei Photonen unterschiedlicher Identität vorliegen, jedoch das selbe Elektron.

Aber ich gebe dir recht, für die hier diskutierte Frage ist das eher irrelevant.
__________________
Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.
Mit Zitat antworten
  #5  
Alt 24.04.16, 18:15
Gwunderi Gwunderi ist offline
Aufsteiger
 
Registriert seit: 15.02.2010
Beitr?ge: 87
Standard AW: Reflexion von Licht

Danke für die Antworten. Das Wesentliche, was ich daraus herauslese, ist dass das Ganze etwas komplizierter ist als es scheint, wenn man es mit der QED beschreiben soll.

Zitat:
Zitat von TomS Beitrag anzeigen
Führt man in derartigen Modellen nun diese Berechnungen durch, so findet man in geeigneter Näherung üblicherweise als dominierenden Term das o.g. Ergebnis der klassischen Elektrodynamik, ...
Auch z.B. die Reflexion von Sonnenlicht auf einer Wasseroberfläche ist ganz leicht zu berechenen, die Winkel von einfallendem und reflektiertem Licht sind gleich, also genügen hier die Gesetze der (klassischen) Optik. Will man aber wissen, was da im Detail genau geschieht, muss man die QED bemühen, und da wird's komplizierter (bzw. hoffnungslos wenn man die nötige Mathe nicht kennt). Ist das richtig?

Bin auf die Frage gekommen, weil in einem Video über QM jemand in den Kommentaren fragt, was wäre, wenn dasselbe Photon, das durch die Ausrichtung des Elektronspins im Magnetfeld emittiert wurde, wieder zum selben Elektron zurückgeführt wird - da wollte ich schon fragen, ob er das Photon abbremsen, eine scharfe Kurve ziehen und wieder zum Elektron hin beschleunigen will Da kam mir in den Sinn, dass es höchstens absorbiert und (eben: dasselbe?) wieder emittiert werden könnte, aber - falls das hier überhaupt "störungsfrei" möglich wäre - stimmte dann die Richtung zum Elektron hin? Generell eben: wie funktioniert die Reflexion in einem bestimmten Winkel.

Danke nochmals für Eure Antworten (mit den Links kann ich wenig anfangen, verstehe nicht viel mehr als "Bahnhof"), aber die Hauptfrage ist nun beantwortet.

Grüsslein,
Gwunderi
__________________
«Denn es ist ja in Wirklichkeit genau umgekehrt. Erst die Theorie entscheidet darüber, was man beobachten kann.» Albert Einstein zu Werner Heisenberg
Mit Zitat antworten
  #6  
Alt 25.04.16, 14:16
Hawkwind Hawkwind ist offline
Singularität
 
Registriert seit: 22.07.2010
Ort: Rabenstein, Niederösterreich
Beitr?ge: 3.057
Standard AW: Reflexion von Licht

Zitat:
Zitat von TomS Beitrag anzeigen
Na ja, ganz so ist das nicht.

Betrachtet man die Comptonstreuung in niedrigster Ordnung, so erkennt man, dass zwei Photonen unterschiedlicher Identität vorliegen, ... .
Woran willst du denn das erkennen?

Weil die Linie des Photons in dem entsprechenden Feynman-Diagramm unterbrochen ist?

Wie ist denn dann deine Argumentation für Prozesse wie Elektron-Positron-Streuung, wo ein Vernichtungs- und ein Streudiagramm überlagern?

Sorry, aber das ist doch alles Kappes: keine Messung wird dir sagen können, ob das einlaufende Teilchen dasselbe ist wie das eingelaufene. Im Gegenteil, die Rezepte der Quantentheorie erfordern explizit, dass Streuamplituden so aufgebaut werden, dass sie symmetrisch bzw. antisymmetrisch gegenüber der Vertauschung identischer Teilchen sind und damit prinzipiell keine Messung feststellen kann, wer wer ist.

Gruß,
Uli

Ge?ndert von Hawkwind (25.04.16 um 16:21 Uhr)
Mit Zitat antworten
Antwort

Lesezeichen

Themen-Optionen
Ansicht

Forumregeln
Es ist Ihnen nicht erlaubt, neue Themen zu verfassen.
Es ist Ihnen nicht erlaubt, auf Beitr?ge zu antworten.
Es ist Ihnen nicht erlaubt, Anh?nge hochzuladen.
Es ist Ihnen nicht erlaubt, Ihre Beitr?ge zu bearbeiten.

BB-Code ist an.
Smileys sind an.
[IMG] Code ist an.
HTML-Code ist aus.

Gehe zu


Alle Zeitangaben in WEZ +1. Es ist jetzt 16:22 Uhr.


Powered by vBulletin® Version 3.8.8 (Deutsch)
Copyright ©2000 - 2024, vBulletin Solutions, Inc.
ScienceUp - Dr. Günter Sturm