Wahrscheinlichkeitswelle und elektromagnetische Welle

[PentaFox12]

Licht breitet sich als Welle aus

Was ich bisher verstanden habe:

Die elektromagnetische Welle meint den energetischen Aspekt:
Nach der Maxwell-Gleichung induzieren sich elektrische und magnetische Schwingung gegenseitig, stehen im Vakuum rechtwinklig zueinander, die dritte Raumachse bezeichnet dann die Ausbreitungsrichtung.
Die Frequenz der Schwingung stellt über das Wirkungsquantum die Energie.
Ausbreitungsgeschwindigkeit ist c.
Es ist eine echte physikalische Welle.

Nach meinem Verständnis würde eine einzelne Sinusschwingung einem einzelnen Photon entsprechen. Mehrere Schwingungen nacheinander wären mehrere Photonen nacheinander (serielle Aussendung vom Emitter)
Erhöhung der Amplitude würde durch Überlagerung mehrerer Photonen bei gleicher Frequenz und Phase entstehen (Parallele Aussendung vom Emitter)
Ansonsten gelten sämtliche Wellen-Regeln von Überlagerung, Auslöschung, Brechung, etc.

Die Wahrscheinlichkeitswelle dagegen ist lediglich eine statistische Berechnung ohne physikalische Realität. Sie sagt nur aus, mit welcher Wahrscheinlichkeit das Photon zu einem bestimmten Zeitpunkt an einem bestimmten Ort gefunden werden kann.

Auch diese Welle breitet sich aber mit c aus und für diese gelten wenn ich es richtig verstehe, auch alle sonstigen Wellenregeln wie Überlagerung, Brechung, Beugung, etc.

Wo für mich die Schwierigkeiten anfangen, ist das Zusammendenken von beiden Wellenbeschreibungen.

Beispiel:
Was passiert, wenn ein idealer Punktstrahler ein Photon in den Raum emittiert?
Breitet es sich in einer symmetrischen Kugelwelle aus?
Wenn es jedoch eine Vorzugsrichtung hat - wovon hängt diese ab? Wodurch wurde sie ausgewählt - bei einer Punktstrahlungsquelle?

Die Wahrscheinlichkeitsamplitude würde mit zunehmender Entfernung immer kleiner werden - was passiert mit der EM-Amplitude?

Die EM-Welle hat eine ganz klare Richtung, abhängig von der EM-Schwingung.
Aber wie ist das bei einer Kugelwelle zu verstehen, die ja in alle Richtungen zeigt?

Oder kann man bei einem einzelnen Photon gar nicht von einer EM-Welle sprechen?
Darf man die beiden Wellen-Modelle nicht zusammendenken?

Wenn ein Photon aufgrund der Wellenänge ohnehin keinen Punktort haben kann -ist das dann identisch mit der Aufenthaltswahrscheinlichkeit?

Ich denke mir, dass der Wellenbegriff gerade wegen seiner Doppelbedeutung nicht wenige verwirrt. Für Newbies wie mich kann hier eine Klärung durch erfahrene User sehr hilfreich sein.
Vielen Dank schon mal.

[amc]

Zitat von PentaFox12

Wenn es jedoch eine Vorzugsrichtung hat - wovon hängt diese ab? Wodurch wurde sie ausgewählt - bei einer Punktstrahlungsquelle?

Vielleicht hilft dir hier das etwas oder ist zumindest für dich interessant:

Der wahrscheinlichste Weg ist auch der am meisten Bevorzugte. Ohne andere Einflüsse sollte das (immer) der geradlinigste (kürzeste) Weg sein.

Und dann ist es bei Quanten irritierenderweise so, dass der genommene Weg oft erst durch den Moment festgelegt ist, wenn das Quant am "Ziel" angekommen ist (registriert wurde), sofern der Weg überhaupt festgelegt ist (oder für immer unbestimmbar bzw. mit einer bestimmten Schärfe bestimmbar). Also andersherum, als wir es im Makrokosmos gewohnt sind. Bei uns entscheidet normalerweise der Weg darüber, wo wir ankommen, nicht andersherum. Merkwürdig, oder?

Grüße, amc

[PentaFox12]

dass der genommene Weg oft erst durch den Moment festgelegt ist, wenn das Quant am "Ziel" angekommen ist

Das wird ja immer spannender!


Ist dass wissenschaftlich wasserdicht - ich meine dieses "zuerst am Ziel ankommen und dann erst Weg festlegen!"? Gibt es dazu einen durchgeführten Versuch?

Du schreibst "oft". Wenn es wissenschaftlich sicher ist, was sind dann die Ausnahmen?

Und: Wie kann sich dann eine elektromagnetische Welle ausbreiten?
Oder rekonstruiert man die lediglich vom Zielpunkt aus?
Ist die EM-Welle vielleicht auch nur ein reines Kopfmodell?

Wo sind die Profis? Bitte helft meiner armen verwirrten Seele

[Philipp Wehrli]

Eine Bemerkung, ohne auf die Hauptfrage einzugehen:

Zitat von PentaFox12

Nach meinem Verständnis würde eine einzelne Sinusschwingung einem einzelnen Photon entsprechen.

Einem einzelnes Photon entspricht immer eine Überlagerung verschiedener Sinusschwingungen. Wäre da nur eine einzelne Sinusschwingung, so wäre diese unendlich ausgedehnt und der Aufenthaltsort des Photons absolut unbestimmt. Durch eine spezielle Messung (Spektroskopie) kann das Photon gezwungen werden, sich in einer sehr genau, aber nie absolut exakt bestimmten Farbe zu zeigen.

Wie allen, die sich für Photonen interessieren, empfehle ich auch dir das wunderschöne Buch von Harry Paul, 'Photonen'. Paul zeigt anhand einer Reihe von Experimenten, wie Photonen sich verhalten. Er analysiert äusserst scharfsinnig, was die Experimente zeigen und worin sich die Quantenphysik von der klassischen Physik unterscheidet.

[Philipp Wehrli]

Zitat von PentaFox12

Das wird ja immer spannender!


Ist dass wissenschaftlich wasserdicht - ich meine dieses "zuerst am Ziel ankommen und dann erst Weg festlegen!"? Gibt es dazu einen durchgeführten Versuch?

Die obige Sprechweise ist sehr umstritten. Physiker brauchen sie, um den Laien eindrücklich zu machen, wie verwirrend die Quanten sind. Hier habe ich eine Reihe von Versuchen zusammengestellt:
Experimente zur Quantentheorie
Entscheide selber, ob du die obige Sprechweise als sinnvoll erachtest.

[amc]

Zitat von PentaFox12

Das wird ja immer spannender!

Ist dass wissenschaftlich wasserdicht - ich meine dieses "zuerst am Ziel ankommen und dann erst Weg festlegen!"? Gibt es dazu einen durchgeführten Versuch?

Ja!!! Aber nicht erst ankommen und dann wird was festgelegt, sondern exakt in dem Moment ist es (der Weg) unabänderlich festgelegt!

Vorher nicht, vorher sind vermeintliche Informationen über genommene Wege etc. austauschbar oder wie auch immer man das formulieren möchte / kann und was immer das bedeutet - sofern noch keine Wechselwirkung diese Information unabänderlich in die Welt gebracht hat und damit prinzipiell zugänglich.

Du musst zwar meine Beiträge mit Vorsicht genießen, aber grundsätzlich trauen kannst du mir schon, dass ich zumindest halbwegs weiß, was ich schreibe. Ich gehe auch nicht auf alles ein, falls dir das aufgefallen ist. Was aber auch Zeitmangel oder (noch) keine Lust bedeuten kann.

Schau mal nach den Delayed-Choice-Experimenten, die durch Wheeler "in die Welt" gekommen sind. Diese Experimente beweisen diese Kuriosität tatsächlich wasserdicht!

Oder auch nach "Quantenradierer" ...

Zitat von PentaFox12

Du schreibst "oft". Wenn es wissenschaftlich sicher ist, was sind dann die Ausnahmen?

Erstmal benötigt man entsprechende Versuchsaufbauten, um dieses Verhalten überhaupt zu verifizieren. Um überhaupt Aussagen darüber machen zu können.

Darum das bewusst wenig aussagende "oft".

Und dann ist es sogar möglicherweise so, dass wir es hier mit einem grundsätzlichen Charakter / einer grundsätzlichen Eigenart von Quanten-Vorgängen zu tun haben - das ist jetzt erstmal ein Gedanke von mir. Kannst ja sehen, welche Gedanken du hierzu haben wirst und was du dazu lesen wirst, und wie du das einordnen wirst, was mit dem Quantenobjekt vor dem "Kollaps" passiert (der Kollaps ist genauso nicht real wie die Welle selbst, nach üblicher Sicht zumindest), und ob so eine Frage überhaupt zulässig ist.

Entscheide selbst, ob der auch von mir gewählte Sprachgebrauch umstritten ist oder ob man gar keine andere Wahl hat, ihn zu verwenden.

Ich versuche dir damit auch ein wenig klar zu machen, wie schwierig, vielleicht sogar absurd es ist, sich Quanten-Geschehen anschaulich vorzustellen. Vielleicht hast du schon bemerkt, wie sehr deine Fragen durch deine Alltagserfahrung geprägt sind. Du solltest unbedingt auch halbwegs verstehen / beschreiben können, worum es sich bei der sogenannten "Nichtlokalität" der Quantenphysik handelt. (Man sagt, die QP sei nichtlokal und nichtreal - was heißt das?)

Und da Philipp sich gerne auf diese Art einmischt, sei desweiteren auch die Anmerkung erlaubt, dass Philipp Wehrli zu der wachsenden Randgruppe der Anhänger der Viele-Welten-Interpretation gehört, die er möglicherweise persönlich etwas abgeändert hat. Entscheide daher auch selbst, ob du seine Seiten, zumindest bei deinem Wissensstand, als Quelle heranziehen möchtest. Philipp sagt übrigends auch Sachen wie: "Die Welt existiert gar nicht" - oder: "Unwiderlegbare Aussagen sind grunsätzlich immer zutreffend". Tss ... umstritten ...

Erste Anlaufstelle kann oft Wikipedia sein.

Grüße, amc

P.S.: So dann, noch etwas weiter mit der Nachtruhe. Auf dem Sofa eingepennt und Rechner lief noch.

[PentaFox12]

Hallo Phillip

Wäre da nur eine einzelne Sinusschwingung, so wäre diese unendlich ausgedehnt

Kurze Wellenlänge bedeutet hohe Energie - eine einzelne unendliche Sinusschwingung wäre Tendenz zu 0 Energie.

Es leuchtet mir ein, dass sich mehrere Photonen mit ihren Frequenzen überlagern können, weil sie als Bosonen nicht dem Pauliprinzip unterliegen.

Hätte aber ein Photon mehrere Frequenzen, dann vermutlich als Unterschwingungen einer Grundschwingung.
Wie erzeugt das Photon diese? Resoniert es irgendwie mit sich selbst?
Wonach richtet sich dann der Energiewert? Nach der Gesamtheit aller Frequenz-Überlagerungen?

Und was ich auch noch nicht verstehe:
Die Welle breitet sich mit c aus. Das Photon als Inertialsystem betrachtet kann damit ja in sich gar nicht schwingen. Jegliche Entfernung zum Ziel geht wegen Lorenzkontraktion gegen 0, die Zeit bleibt stehen.

Es ist immer nur die Sicht des Beobachters, seine Messergebnisse und seine Interpretationen daraus.

Also, ich werde in den nächsten Stunden mal die Welt so betrachten, als wäre ich ein Photon ...

[PentaFox12]

Guten Morgen amc

Ja!!! Aber nicht erst ankommen und dann wird was festgelegt, sondern exakt in dem Moment ist es (der Weg) unabänderlich festgelegt!

Faszinierend!

Also ich finde das richtig schön so
Da gibt es ja noch richtig was zu erforschen!

Wichtig ist jedenfalls, sogar die Begriffe wie "Photon" oder "Welle" oder "Raum" als Modelle zu verstehen, als Arbeits-Wörter, um überhaupt miteinander reden zu können.

Danke für den Hinweis auf den Delay-Choice-Versuch, werde mir das heute genauer ansehen.

Haben wir hier im Forum jemanden, der die beiden Wellenbegriffe "Wahrscheinlichkeit" und EM-Welle etwas verknüpfen kann?

Es kann doch kaum sein, dass ein Photon sich als Welle ausbreitet und dabei seine energetische Amplitude beibehält? Dass die Frequenz gleich bleibt, leuchtet mir ein (abgesehen von der Rot-Verschiebung aufgrund der Raum-Expansion)

Meine Frage wäre also: Ist am Ende die EM-Welle auch nur ein Modell, eine Interpretation von Messergebnissen - oder ist es physikalisch?

Wenn es physikalisch ist - dann muss sich doch die Amplitude während der Ausbreitung im Raum ändern? Ist das so? Das würde heißen, dass die Energie des einen Photons eher die Energie eines Feldes wäre, das sich mit c ausbreitet und immer größer und damit punktuell immer energieärmer wird.

[Bauhof]

Zitat von PentaFox12

... Haben wir hier im Forum jemanden, der die beiden Wellenbegriffe "Wahrscheinlichkeit" und EM-Welle etwas verknüpfen kann?

Hallo, PentaFox12,

versteife dich jetzt nicht zu sehr auf die mögliche Verknüpfung der Wahrscheinlichkeit mit der EM-Welle, sondern lerne erst die Grundlagen der Quantenmechanik etwas näher kennen. Bei Joachim Schulz im Nachbarforum habe ich in seinem Blog über den Begriff "Wahrscheinlichkeit" folgendes gefunden:

Aber dass wir mit der Quantenmechanik unter Hinzunahme der Wahrscheinlichkeits-Interpretation von Max Born sehr genaue Vorhersagen von Messergebnisse machen können, ist keine Spekulation. Das ist Physik.

Die Wahrscheinlichkeits-Interpretation ist die erste, rein physikalische Interpretation der Wellenfunktion. Die Annahme, entweder der Kollaps oder die nicht messbaren parallelen Welten seien real, ist eine darüber hinausgehende philosophische Spekulation. Das kann spannend sein, darf uns aber nicht daran hindern, an der physikalischen Forschung weiterzuarbeiten. Aus meiner Sicht ist es wichtig, gerade im populärwissenschaftlichen Zusammenhang zwischen physikalischen Aussagen, die experimentell zugänglich sind, und philosophischen Spekulationen zu unterscheiden.

Interessant finde ich, dass Joachim Schlulz die Bornsche Wahrscheinlichkeits-Interpretation als erste, rein physikalische Interpretation darlegt. Zum Beispiel die vielen Parallelwelten der Viele-Welten-Interpretation sieht Joachim Schlulz als Spekulation.

M.f.G. Eugen Bauhof

[Timm]

Hallo amc,

Zitat von amc

Und dann ist es bei Quanten irritierenderweise so, dass der genommene Weg oft erst durch den Moment festgelegt ist, wenn das Quant am "Ziel" angekommen ist (registriert wurde), sofern der Weg überhaupt festgelegt ist (oder für immer unbestimmbar bzw. mit einer bestimmten Schärfe bestimmbar).

ich glaube nicht, daß man bei einem Quantenobjekt von einem festgelegten Weg, bzw. einer klassischen "Teilchenbahn" sprechen kann, denn es erhält seine Eigenschaften erst bei der Messung.

Gibt es ein Experiment, das die Wahrscheinlichkeit für das Auffinden des Teilchens an einem vorbestimmten Ort zu 100% festlegt? Ich kenne keines. Aber selbst dann wäre der Begriff Teilchenbahn problematisch. Kann man diesem ansonsten vor der Messung eigenschaftslosen 'Etwas' - ob man seine Wellenfunktion nun ontisch sieht oder nicht - den Status Teilchen verleihen? Aus meiner Sicht nicht,

Gruß, Timm