Elektromagnetische Wellen

[fossilium]

Liebe Diskutanten, ich bin erstmalig im Forum aktiv, schon 63 Jahre alt, habe aber (vor 40 Jahren) Physik studiert. Leider habe ich diesen Beruf nie ausgeübt, jedoch den Fortschritt der Physik aus Fachzeitschriften verfolgt, und auch Forenbeträge gelesen, da scheinen ein paar helle Köpfe am Werk zu sein. Daher hier mein Problem: mein Sohn, 17 Jahre, fragte mich vor einiger Zeit, was denn eine elektromagnetische Welle sei. Ich habe ihm gesagt, daß er sich diese wie ein Kraftfeld vorstellen müsse, welches sich in den Raum ausbreitet und an jedem Ort im Raum eine periodische Kraft auf eine elektr. Ladung ausüben würde. Besonders befriedigt über diese Erklärung waren wir beide nicht. Wie soll sich da was ausbreiten ? Es fehlt ja der Träger. Bei einer Veranstaltung fragte ich einen Physikprofessor an der Bonner Uni, der sagte mir im Vorübergehen (hatte keine Zeit), der Träger der Welle sei der Raum.
Nun ja, ich könnte mir das vorstellen, wenn man davon ausgeht, daß der Raum irgendwelche periodischen "Verzerrungen" vollzieht. Das ist eigentlich nicht von der Hand zu weisen, schließlich krümmt er sich über der Erdoberfläche auch so stark, daß Gravitationsanziehung entsteht.
Nun meine Frage: ist es gängige Meinung, daß der Raum der Träger ist, und wenn ja, müßte dieser dann nicht in den Feldgleichungen eine gigantische "Elastizitätskonstante" oder Ähnliches auftreten, oder ist dieser Analogieschluß zur klassischen Festkörperphysik unzulässig ? Schließlich müßte der Raum ja auch eine "Deformationskonstante" haben, wenn Massen diesen krümmen. Oder ist dieser Analogieschluß völliger Quatsch, weil alles eine viel einfachere Erklärung hat - die ich weit ab vom Schuß nur nicht wahrgenommen habe ?
Trotz des langen Textes hilft mir vielleicht einer weiter.

[Jogi]

Hi fossi.

Zitat von fossilium

Nun meine Frage: ist es gängige Meinung, daß der Raum der Träger ist, und wenn ja, müßte dieser dann nicht in den Feldgleichungen eine gigantische "Elastizitätskonstante" oder Ähnliches auftreten, oder ist dieser Analogieschluß zur klassischen Festkörperphysik unzulässig ? Schließlich müßte der Raum ja auch eine "Deformationskonstante" haben, wenn Massen diesen krümmen.

Ganz kurz vorab:
Sagt dir der Freiraumwellenwiderstand etwas?

Trotz des langen Textes hilft mir vielleicht einer weiter.

Darauf geh' ich gerne ein wenn ich mehr Muße habe; das könnte schon sehr bald sein.


Gruß Jogi

[Slash]

Vielleicht kann man sich den Raum wie eine Wasseroberfläche vorstellen, auf welcher sich EM Wellen (=Wasserwellen) ausbreiten.
(?)

Mich persönlich würde dann natürlich noch interessieren, warum letztenendes dann Photonen nur quantisiert auftreten können - aber das ist sicherlich eine ganz andere Frage.

Aber eine weitere Frage die mir kommt (zu meinem Bild von oben mit der Wasseroberfläche, welches ja unter Umständen völlig falsch ist): Warum breiten sich Photonen geradlinig aus, Wasserwellen aber in alle Richtungen?

Also stimmt wohl das Bild mit den Wasserwellen überhaupt nicht.

Zu unterscheiden ist sicherlich auch die
- E-Feld Welle
- M-Feld Welle
- die Wahrscheinlichkeitswelle (des Photons)

etc. etc... (?) oder ?

viele Grüße

Slash

[Uli]

Zitat von Slash

Vielleicht kann man sich den Raum wie eine Wasseroberfläche vorstellen, auf welcher sich EM Wellen (=Wasserwellen) ausbreiten.
(?)

Ich finde diese Vorstellung nicht wirklich nützlich. Bei Wasserwellen schwingen die Moleküle des Trägermaterials: EM-Wellen aber kommen auch ohne Träger aus.

Zitat von Slash

Mich persönlich würde dann natürlich noch interessieren, warum letztenendes dann Photonen nur quantisiert auftreten können - aber das ist sicherlich eine ganz andere Frage.

Oft kann die Physik die Fragen nach dem "warum" nicht wirklich bantworten - so auch hier. Letztlich gibt es eine Quantentheorie, weil die Beobachtungen uns dazu zwangen, die alte klassische Theorie fallen zu lassen (obwohl das alles andere als leicht gefallen war).

Zitat von Slash

Aber eine weitere Frage die mir kommt (zu meinem Bild von oben mit der Wasseroberfläche, welches ja unter Umständen völlig falsch ist): Warum breiten sich Photonen geradlinig aus, Wasserwellen aber in alle Richtungen?

Diesen Unterschied sehe ich allerdings nicht: auch Photonen breiten sich in alle Richtungen aus. Denk mal an das Licht eine Lampe oder an einen Rundfunksender.

Zitat von Slash

Also stimmt wohl das Bild mit den Wasserwellen überhaupt nicht.

Zu unterscheiden ist sicherlich auch die
- E-Feld Welle
- M-Feld Welle
- die Wahrscheinlichkeitswelle (des Photons)

etc. etc... (?) oder ?

viele Grüße

Slash

Die Wahrscheinlichkeits-Wellenfunktion des Photons ist übrigens ein sehr schwieriges Thema. Manche Theoretiker vertreten gar die Auffassung, dass die Wellenfunktion des Photons nicht existiert.

Zitat von Bialynicki-Birula

Photon wave function is a controversial concept. Controversies stem from the fact that photon wave functions can not have all the properties of the Schroedinger wave functions of nonrelativistic wave mechanics. Insistence on those properties that, owing to peculiarities of photon dynamics, cannot be rendered, led some physicists to the extreme opinion that the photon wave function does not exist. I reject such a fundamentalist point of view in favor of a more pragmatic approach. In my view, the photon wave function exists as long as it can be precisely defined and made useful.

aus
http://adsabs.harvard.edu/abs/2005quant.ph..8202B

Gruß,
Uli

[fossilium]

Hallo Uli,

ich will meine Frage noch einmal präzisieren:

könnt Ihr Euch vorstellen, daß der Raum der "Träger" elektromagn. Wellen ist ?
Unter Träger verstehe ich Folgendes: der Raum ist nicht nur Bühne für das physikalische Geschehen (in der Qantenmechanik ist er es, soweit ich weiß), sondern aktiv am phsikal. Geschehen beteiligt. Seine Raumelemente dxdydz(*dt) im Makroskopischen "vibrieren", diese Vibrationen breiten sich im Leeraum mit Lichtgeschwindigkeit aus, die inneren Deformationen von dxdydz erzeugen Kräfte auf elektr. Ladungen ? Bitte denkt dran, daß nach Einsteins Vorstellungen Raumdefomationen auch mit Gravitation einhergeht und Photonen ablenkt. Warum soll der Raum nicht noch mehr können ? Im Mikroskopischen soll er ja zerbröseln und Teilchenschaum generieren. Warum soll er auf größeren Längenskalen inaktiv sein ? Vielleicht filtert er ja Wirkungen oder und täuscht unlogischeTeilcheneigenschaften vor, die garnicht da sind ?
Bitte versteht mich nicht falsch - ich will hier keine neue Physik machen. Ich frage nur, ob solche Überlegungen zum aktiven Raum - wo es schon keine anderen oder nur unzulängliche oder gedanklich schwer nachvollziehbare (Feldtheorie, Feynman-WW) gibt - erlaubt sind, und besser sind, als garnichts zu haben, und ob man sich einen exeperimentellen Prüfung dazu ausdenken kann - oder steht die Vorstellung eines "aktiven Raums" im Widerspruch zu anderen anerkannten Modellen, und man sollte das direkt alles vergessen ?

Sollte ich hier Blödsinn schreiben, schickt mich bitte zu den Trolls, aber vorher bitte antworten. Ich halte Euch nämlich für ziemlich kompetent.

[Uli]

Zitat von fossilium

Hallo Uli,

ich will meine Frage noch einmal präzisieren:

könnt Ihr Euch vorstellen, daß der Raum der "Träger" elektromagn. Wellen ist ?
Unter Träger verstehe ich Folgendes: der Raum ist nicht nur Bühne für das physikalische Geschehen (in der Qantenmechanik ist er es, soweit ich weiß), sondern aktiv am phsikal. Geschehen beteiligt. Seine Raumelemente dxdydz(*dt) im Makroskopischen "vibrieren", diese Vibrationen breiten sich im Leeraum mit Lichtgeschwindigkeit aus, die inneren Deformationen von dxdydz erzeugen Kräfte auf elektr. Ladungen ?
...

Wenn das denn so wäre, dann frage ich mich, was das mit Physik zu tun hat.

Physik hat ja ganz klar ein Ziel: die beobachtbaren Phänomene qualitativ, aber v.a. auch quantitativ erklären zu können. Welcher Art von Relevanz hätten denn diese schwingenden Volumenelemente ? Wären sie irgendwie beobachtbar oder prinzipiell unnachweisbar (wie etwas Lorentz Äther, was schließlich zu seiner Abschaffung geführt hatte).
Wenn sie selbst nicht beobachtbar sind, warum führst du sie dann ein ?
Sie erklären eigentlich gar nichts, ersetzen einfach eine Vorstellung (messbare oszillierende elm. Feldstärken) durch eine andere, die nicht einmal überprüfbar ist: so eine Idee erscheint mir einfach überflüssig zu sein.
Oder führt diese Idee zu irgendwelchen anderen, überprüfbaren Vorhersagen, zu denen die "Standardphysik" nicht fähig ist ?

Deine Idee gehört vielleicht in den Bereich der Metaphysik, aber wohl kaum in die Physik.

Wie immer, alles nur meine unmaßgebliche Meinung ...

Gruß,
Uli

[fossilium]

Hallo Ulli !

Physik hat ja ganz klar ein Ziel: die beobachtbaren Phänomene qualitativ, aber v.a. auch quantitativ erklären zu können.

Ich bin ganz Deiner Meinung und genau darum geht es. Es wird das Phänomen beobachtet, daß sich Kraftwirkungen auf elektrische Ladungen durch den leeren Raum mit LG fortpflanzen. Diese Fortpflanzung folgt einer mathematischen Regel.
Genau dieses Phänomen wird beobachtet. Es kann mathematisch super beschrieben werden. Und wie erkläre ich das physikalisch ?

Wenn das Phänomen auch noch Welleneigenschaften hat (die Kraftwirkungen z.B. interferieren) denke ich bei meiner Erklärung zunächst an mechanische Wellen, die jeder kennt. Aber die haben einen Träger. Elm. Wellen haben keinen, damit versagen die herkömmlichen physikalischen Wellenmodelle für eine Erklärung.

Das Problem ist ja nicht neu und schon tausendmal in allen Physikbüchern besprochen (Stichwort: Nah- und Fernwirkungstheorie). Für Gravitatonskräfte hat Einstein das Problem genial gelöst: Gravitation ist nur eine Scheinkraft, in Wirklichkeit werden Massen nicht durch Kräfte beschleunigt, sondern ursächlich durch die Raumkrümmung. Aber elektrische Kräfte ? Mir ist nicht bekannt, daß es daß es irgendeinen phsikalischen Vermittler gibt, der diese Kräfte durch den Raum bewegt.

Welcher Art von Relevanz hätten denn diese schwingenden Volumenelemente ?

Sie wären genau dieser Vermittler.

Wären sie irgendwie beobachtbar oder prinzipiell unnachweisbar (wie etwas Lorentz Äther, was schließlich zu seiner Abschaffung geführt hatte).

Ich weiß nicht ob dies beobachtbar wäre, aber von vornherein möchte ich eine Beobachtung nicht ausschließen. Ich behaupte auch nicht, daß der Raum
der Täger ist. Oder daß ich da irgendetwas Neues entdeckt hätte und dafür werben müßte. Ich glaube eigentlich, daß das Problem ungelöst und unbeantwortet ist. Muß ja auch nicht sein, der mathematische Formalismus funktioniert für Vorhersagen gut, ohne daß alle Formelzeichen physikalisch bis auf den Grund verstanden sind.

Ich fragte eingangs nur, ob die Vorstellung, daß der Raum der Träger ist, Allgemeingut bzw. Konsens unter Physikern ist, wie dies der Physikprofessor, von dem die Idee stammt, suggeriert hat. Das war meine erste Frage. Ich entnehme Euren Antworten insgesamt, daß dies nicht der Fall ist.

Sie erklären eigentlich gar nichts, ersetzen einfach eine Vorstellung (messbare oszillierende elm. Feldstärken) durch eine andere, die nicht einmal überprüfbar ist.

Das ist so nicht richtig ! Wie erklärst Du Dir denn physikalisch das Phänomen, daß sich oszillierende elm. Feldstärken in den Leerraum ausbreiten ? Wenn ich dann Deine Erklärung weiß, dann kann ich diese ersetzen - ich hab Deine aber nicht (wahrscheinl.hätten wir sowieso die gleiche).

Sag mir Deine physikalische Erklärung, wie diese Ausbreitung vonstatten geht ? Es ist kein Impuls da, der für Bewegung sorgt, der Raum ist plötzlich mit "Kraftwirkung" ausgefüllt, wieso das ? Für mich grenzt diese Vorstellung an die gleiche Unlogik, die wir aus der Quantenmeachnik kennen. Für meine buckeligen Verwandten übrigens auch, die mich auslachen, weil ich nicht mal erklären kann, wie die Sprachübertragung beim Handy funktioniert.

Ich bin ein alter erfahrener Hase, ich sage Dir, es reicht nicht, ein Phänomen physikalisch und mathematisch verstanden zu haben, Du mußt es auch Deinen Schwagern erklären können, sonst bist Du nur ein halber Physiker. Bei der Relativitätstheorie hab ich es noch gut hingekriegt, beim Handy eben nicht mehr.

[Eyk van Bommel]

Hi fossiilum,

Wenn das Phänomen auch noch Welleneigenschaften hat (die Kraftwirkungen z.B. interferieren) denke ich bei meiner Erklärung zunächst an mechanische Wellen, die jeder kennt. Aber die haben einen Träger. Elm. Wellen haben keinen, damit versagen die herkömmlichen physikalischen Wellenmodelle für eine Erklärung.

Aber was ist mit einem Wassertropfen im All? Ich meine warum kann ein Photon nicht aus "Wasserteilchen" bestehen und diese dann die Welle erzeugen?

Ist ein "Quantentropfen" nicht vielleicht - sein eigener Träger seiner Welle?

Gruß
EVB

[fossilium]

Hallo lieber EVB !
Als Phsiker sage ich Dir: versuche nicht ein Photon zu verstehen - es ist ein Kunstgebilde voller Widersprüche ("Teilchen" ohne Masse bestehend aus reiner Energie") und nur erfunden, um eine Erklärung für einige Phänomene zu haben. Immerhin haben es die Mathematiker so durch alle Formeln geknäult, daß am Ende die Formeln rausgekommen sind, die die Natur einigermaßen richtig beschreiben - also ein gräßliches Kunstgebilde, nur wegen des Nutzeffektes noch am Leben. Ein logisch denkender Mensch vesteht das Wesen der Natur damit nicht.
Im Prinzip hast Du es richtig erfaßt: ein "Quantenropfen" oder ich nenne es: ein verzwirbelter Raumknoten - alles dasselbe. Es paßt nur für die Theorie.

[Slash]

Hallo Fossilum,

wenn EM-Wellen den Raum als Träger verwenden, dann müssten sie sich aber in irgendeiner Weise von Gravitationswellen unterscheiden.

Stellst du dir das so vor, dass "in eine andere Dimension" wirken?

Eine Raumzeitkrümmung müsste ja auch immer ein anziehende Wirkung verursachen (so wie ich es verstehe). Ein statisches M- oder E-Feld hat ja aber eine viel größere Kraftwirkung als Gravitation.

Hm... ich bin kein Physiker, aber ich habe den Eindruck, dass die EM-Wechselwirkung auf einem ganz anderen "Mechanismus" beruhen muss, als eine Raumzeitkrümmung. Ob jetzt der "Träger Raumzeit" ganz ausgeschlossen werden muss, kann ich nicht beurteilen.

Des Weiteren haben EM-Felder ja sowohl anziehende als auch abstoßende Wirkung.

Frage (an alle, nur so als Gedanke): gibt es eine positive und eine negative Raumzeitkrümmung mit anziehender bzw. abstoßender Wirkung, oder ist jeder Krümmung mit einer anziehenden Wirkung verbunden?

Viele Grüße

Slash