Frage an Physiker

[CaptainM]

Liebes Forum,
ich habe eine eher theoretische Frage aus dem Bereich der Physik und hoffe, ihr könnt mir helfen. Es geht um das Licht. Es gibt ja den Zustand der Dunkelheit, also der absoluten Lichtlosigkeit. Aber ist das Licht auch nach oben hin gedeckelt? Gibt es ein absolutes Licht-Maximum? Würde mich freuen, wenn mir da jemand helfen könnte. Vielen Dank.
lg
Michael

 

[Sselhak]

Hallo!

Ich bin zwar kein Physiker, aber gefühlt würde ich sagen: "Nein".
Denn man kann immer noch ein Photon mehr hinzufügen und damit die Lichtintensität steigern ...

Aber auch ich bin auf die Antwort der Fachleute hier gespannt.

Mario

 

[Wolfgang Hofer]

Hallo Michael!

Ich bin auch kein Physiker. Ich würde aber (gefühlt) sagen: "Ja"

Denn die Temperatur und konsequenterweise vermutlich auch die ausgesandte Strahlung ist nach oben hin gedeckelt. Das liegt daran, dass die Teilchen maximal Lichtgeschwindigkeit besitzen können. Dazu gibt es auch ein Video von Harald Lesch.

Gibt es eine maximale Temperatur im Universum? | Harald Lesch

Fast jeder kennt den absoluten Nullpunkt bei −273,15 °C. Kälter wird es nicht, nirgendwo im Universum. Der absolute Nullpunkt bedeutet schließlich „keinerlei...

www.youtube.com

Bin auch auf die Antwort der Physiker gespannt.

Gruß
Wolfgang

 

[holger_merlitz]

Ein 'Licht-Maximum', d.h. eine maximal erlaubte Intensität (oder Photonendichte) gibt es technisch (d.h. im Rahmen der Quantenelektrodynamik) gesehen zwar nicht, in der Praxis würde aber die Energiedichte irgendwann kritisch und das System als schwarzes Loch kollabieren. Denn: Wenn ich in einem System die Energiedichte erhöhe, setzt dabei auch eine Raumkrümmung ein, die im Prinzip irgendwann so groß würde, dass sie einen Ereignishorizont ausbilden und somit zu einem schwarzen Loch würde.

Viele Grüße,
Holger

 

[Der_Peter]

genau, weil e=mc2

 

[M_Hamilton]

Hallo,

in der Praxis würde aber die Energiedichte irgendwann kritisch und das System als schwarzes Loch kollabieren.

Ein Beispiel dafür ist eine implodierende, kugelsymmetrische Schale aus Photonen:

Gravitational collapse of a photon cloud

The Schwarzschild solution shows that a spherically symmetric, static fluid will undergo gravitational collapse if too much mass-energy is concentrated together (i.e. if the fluid's radius is less ...

physics.stackexchange.com

Viele Grüße
Mark

 

[AM2224]

Hallo zusammen, ich habe die folgende Ergänzungsfrage mit der folgenden Erweiterung, nämlich nicht nur Licht, sondern generell Energie bzw. Strahlung zu betrachten. Ist es dann überhaupt möglich in der Realität den vom Fragesteller zitierten Zustand „ohne Licht“ = dunkel als Zustand anzunehmen, der überhaupt keine Energie enthält. Ich frage wegen der Hintergrundstrahlung vom“Urknall“ die ja überall ist. Der strahlungsleere Raum ist ja daher eher nur theoretisch....Oder?
CS Ulrich

 

[holger_merlitz]

Auch ganz ohne Licht/Photonen wäre der Raum noch immer nicht ohne Energie: Es gibt immer noch die Nullpunktsenergie des Vakuums. Strahlung vom Urknall könnte man theoretisch noch abschirmen, d.h. den Raum auf 0 K abkühlen, aber die Quantenfluktuationen bleiben auch dann noch.

Grüße,
Holger

 

[Wolfgang Hofer]

Hallo Ulrich!

Der strahlungsleere Raum ist ja daher eher nur theoretisch....Oder?

Man muss halt die Wände des Raumes auf den absoluten Nullpunkt abkühlen. Dann ist das Innere ohne Strahlung. Das ist natürlich immer nur ein theoretischer Grenzfall, da man sich dem absoluten Nullpunkt in der Praxis nur mehr oder weniger annähern kann.

Würde man diesen Raum irgendwo im intergalaktischen Raum positionieren, würden die Wände die Temperatur der Hintergrundstrahlung (2,7 K) annehmen und entsprechend auch nicht mehr strahlungfrei.

Gruß
Wolfgang

 

[P_E_T_E_R]

Mischkryostaten, oder Dilution Refrigerators, arbeiten mit einer Mischung aus Helium-3 und Helium-4 und erreichen routinemäßig Temperaturen im Bereich von Milli-Kelvin. Solche Anlagen werden jedenfalls in der Forschung mittlerweile routinemäßig eingesetzt. Der zunehmende Preis für Helium-3 ist allerdings ein Problem.

In Kombination mit Magnetischer Kühlung, insbesondere durch adiabatische Kernentmagnetisierung (nuclear demagnetization), erreicht man dann noch tiefere Temperaturen im Bereich von Mikro-Kelvin oder noch weniger:

The Bayreuth Nuclear Demagnetization Refrigerator

The Vienna Nuclear Demagnetization Refrigerator

Das Cold Atom Laboratory auf der ISS soll sogar Experimente im Temperaturbereich von Pico-Kelvin (10^-12 K) anstreben.

Timeline of low-temperature technology

 

[AM2224]

hallo ihr Physiker, danke für die Klärung. Daraus entnehme ich, dass die „Lichtlosigkeit‘ des Fragestellers eher auch nur theoretisch ist, wenn ich Lichtlosigkeit mit Strahlungsfrei - also alle Wellenlängen- betrachte. Und ganz real gibt‘s keine Stelle des Raumes, welches dauerhaft mit Energie=0 angesehen werden kann.
Ich schau mir natürlich immer gerne die Stellen an, die mir Photonen schicken
CS Ulrich

 

[CaptainM]

Hallo liebes Forum,
zunächst einmal ganz herzlichen Dank für die vielfältigen Antworten. Es hat sich eine sehr spannende Diskussion entwickelt, wenngleich ich als Nicht-Physiker nicht allem so ganz folgen kann. Deshalb erlaubt mir bitte eine Nachfrage: Ihr sagt, dass ein Zustand der Lichtlosigkeit allenfalls theoretischer Natur ist. Wenn ich nun tief in einer Höhle bin, in die definitiv kein Sonnenlicht eindringt, dann ist es zappenduster. Aber natürlich dringt trotzdem Strahlung durch das Gestein, wenngleich das menschliche Auge diese nicht wahrnehmen kann. Kann man diese dennoch als Licht bezeichnen? Ist letztendlich jede Art von Strahlung eine Form von Licht? Kann sein, dass das eine sehr banale Frage für euch ist, insofern entschuldige ich mich schonmal für mein Nicht-Wissen.
Viele Grüße
Michael

 

[MeisterDee]

Hallo Michael,
auch ich bin kein Physiker, aber meines Erachtens liegst Du mit Deiner „Tief in der Höhle“-These richtig. Licht definiert sich schließlich über die Wahrnehmbarkeit mit dem menschlichen Auge. Daher sind mit “Licht“ nur elektromagnetische Wellen mit einer Wellenlänge von ungefähr 380 bis 780 Nanometer gemeint. Alles Andere ist dann eben nur noch „Strahlung“.
Licht ist wohl in jedem Fall eine Strahlung, aber nicht jede Strahlung ist Licht.

Tief in der Höhle, an einem Ort, zu dem auch durch Reflexion kein Licht von außen dringen kann, vielleicht noch durch Errichten einer Mauer....darf demnach durchaus als „lichtlos“ bezeichnet werden. Selbst dann, wenn das Mobiltelefon noch funktioniert und das Radio noch empfängt.

Apropos Radio:
Ich habe mal im Radio gehört, dass an einem Ort nahezu Lichtlosigkeit erreicht wurde, infolge eines Versuches, ein Lichtmaximum zu erzeugen.
Der Ort hieß, so glaube ich mich zu erinnern: Stenkelfeld.



CS

Dietmar

 

[Wolfgang Hofer]

Hallo Michael!

Ich bin Ingenieur. Der Unterschied zwischen Physikern und Ingenieuren ist ja, dass sie ein völlig anderes Verständnis davon haben, wo die Grenze zwischen Theorie und Praxis zu verorten ist.

Normalerweise versteht man unter "Licht" nur den Anteil der elektromagnetischen Strahlung, der für das menschliche Auge sichtbar ist. Wenn ich in einer dunklen Höhle bin, dann dringt kein Licht mehr von außen zu meinen Augen. Insofern ist es dort in der Praxis lichtlos. Jetzt senden aber die Höhlenwände entsprechend ihrer Oberflächentemperatur eine elektromagnetische Strahlung aus, die hauptsächlich im Infraroten liegt. Dieser Anteil ist für das Auge unsichtbar. Trotzdem ist ein, wenn auch geringer Anteil, an Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich vorhanden. Die Leuchtdichte reicht aber nicht aus, um vom Auge wahrgenommen zu werden. Daher kann man sagen: Die Höhle ist auch im sichtbaren Wellenlängenbereich nicht 100% strahlungsfrei, wenn auch fürs Auge rabenschwarz.

Ab einer Oberflächentemperatur von etwa 400 °C wird übrigens erst genug Licht ausgesandt, damit es vom (dunkeladaptierten) Auge gerade wahrgenommen wird. Das erscheint dem Auge dann als schwaches grau, da beim skoptischen Sehen (Stäbchen) keine Farben wahrgenommen werden können.

Gruß
Wolfgang

 

[AM2224]

Hallo zusammen, bin auch Ingenieur und kein Physiker, aber Teile der o.a. Aussagen oder Antworten hinsichtlich Maximum bezogen sich ja auf Strahlung allgemein bzw. auf Energiedichte. Deshalb macht es für mich Sinn, auch beim Minimum nicht nur die paar Wellenlängen des sichtparen elektromagnetischen Spektrums abzufragen. Aber es ist ja eine Erweiterung der ersten Frage, richtig. Nun gibt es ja Tiere, die ein erweitertes Sehvermögen haben, teilweise in weiteren Spektralbereichen oder auch bei anderen Intensitäten des Lichts. Denen erscheint eine solche Höhle vielleicht gar nicht so lichlos. CS Ulrich

 

[holger_merlitz]

Im Rahmen der Physik macht die Unterscheidung zwischen sichtbarem Licht und anderen Wellenlängen keinen Sinn - alles ist elektromagnetische Strahlung. Eine dunkle Höhle hat ja eine Temperatur und als solche eine sogenannte thermische Hohlraumstrahlung, ein Gemisch an Wellenlängen, beschrieben durch die Plancksche Strahlungsformel. Erst bei 0K gäbe es im Prinzip gar keine Strahlung mehr, aber dieser Zustand ist, wie bereits oben von einigen Diskussionsteilnehmern beschrieben, nur asymptotisch erreichbar.

Viele Grüße,
Holger

 

[AM2224]

Hallo Holger, etwas spitzfindig von mir, aber das letzte Wort „erreichba“ hat es gewaltig in sich. Konkret glaube ich nicht daran. Ich gehe sogar noch etwas weiter, dass selbst die theoreische Modellidee eines Raumes oder Materie mit 0 K noch niemand real überprüfen konnte. Bzw. was das letztlich mikro- oder makroskopisch oder quantenmechanisch bedeutet oder welche Effekte daraus entstehen könnten. Stell Dir Atome vor, deren Elektronen sich quasi nicht bewegen....Oder denke ich in die falsche Richtung? CS Ulrich

 

[holger_merlitz]

Hallo Ulrich,

an den Atomen liegt es nicht: Elektronen haben hier keine thermische Bewegung, so dass Atome bei 0 K genauso funktionieren würden. Tatsächlich berechnet man Elektronenorbitale eigentlich immer bei null Kelvin, weil thermische Freiheitsgrade schon bei Zimmertemperatur nicht angeregt sind — alles Nullpunktsenergie!

In der Quantenelektrodynamik ist der Zustand mit null Photonen der Grundzustand, oder Vakuumzustand. Theoretisch wohl definiert, in der Praxis natürlich nie ganz zu erreichen.

Viele Grüße,
Holger

 

[P_E_T_E_R]

Stell Dir Atome vor, deren Elektronen sich quasi nicht bewegen....

Nun, die Elektronen bewegen sich auch bei Annäherung an den absoluten Nullpunkt noch weiterhin um den Atomkern, allerdings vibrieren Moleküle dann nicht mehr.

Und es passieren schon einige sehr merkwürdige Sachen. Dazu gehören Supraleitung, Superfluidität und Bose-Einstein-Kondensierung. Dabei treten makroskopische Quanteneffekte auf. Solche Sachen werden nun schon seit bald hundert Jahren erforscht und vieles davon ist mittlerweile auch verstanden, aber längst noch nicht alles ...