Woraus besteht Licht?

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Kassiopeia

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Hallo Leute,

Woraus besteht eigentlich Licht und wie entsteht es?
Die Frage spukt mir seit einiger Zeit im Kopf herum. Ihr wisst bestimmt die Antwort.
Vielen Dank,

<img src="/phpapps/ubbthreads/images/icons/grin.gif" alt="" /> spukende Grüße <img src="/phpapps/ubbthreads/images/icons/grin.gif" alt="" />
 
Hi, Hendrik:

Licht besteht nach der allgemeinen physikalischen Auffassung
aus elektromagnetischen Wellen und ist prinzipiell dasselbe wie
Radiowellen, die wir zum Rundfunk- oder Fernsehempfang
benutzen, mit dem Unterschied, daß die elektromagnetische
Strahlung, die wir mit dem Auge als Licht wahrnehmen, sehr
viel kurzwelliger ist als Radiowellen.
Licht bestimmter Wellenlänge entsteht beispielsweise durch
atomare Übergänge, in denen Elektronen aus der Hülle eines
Atoms in ein anderes energetisches Niveau "springen".
Licht entsteht aber auch ganz allgemein durch Oszillationen
sogenannter Hertzscher Dipole.

Man muß hinzufügen, daß Licht in bestimmten Experimenten
Teilcheneigenschaften aufweist, was dazu führt, daß man einzelne
Lichtquanten, sogenannte "Photonen" betrachtet, um derartige
Experimente zu erklären.

Auch historisch gab es Physiker wie Newton, die das Licht als aus
Teilchen, sogenannten "Korpuskeln" bestehend, erklärten und
andere Physiker, wie z.B. Huygens, die die Eigenschaften des
Lichtes mit einem Wellenmodell erklärten. Heute weiss man, daß
Licht sowohl Wellen- wie auch Teilcheneigenschaften besitzt und
deshalb beide Modelle zur Erklärung des Phänomens Licht
herangezogen werden müssen.

Ich hoffe die Erklärung ist nicht zu kompliziert,
Andreas
 
Hallo:
Vollkommen richtig. Das mit den Teilcheneigenschaften, erklärt sich doch auch daran, dass Licht z.B. von massereichen Objekten"abgelenkt" werden kann. Desshalb stellen sich Forscher doch auch die Frage, ob Licht eine Masse habe, oder nicht.

Bye,bye
Schiene <img src="/phpapps/ubbthreads/images/icons/wink.gif" alt="" />
 
Hallo,

von wegen Licht und Ablenkung und Masse; da stellt sich mir eine Frage:
Werden Neutrinos eigentlich abgelenkt, also z.B. durch die Gravitation der Sonne? An welchen Wechselwirkungen nehmen Neutrinos teil?

Mfg,
Nils
 
Hi, Nils:

Die Physik des Standardmodells der Elementarteilchenphysik
kennt vier fundamentale Wechselwirkungen, die Gravitation,
die elektromagnetische, die starke und die schwache Wechsel-
wirkung. Die Neutrinos, so glaubte man bis vor einigen Jahren,
unterliegen nur der sog. schwachen Wechselwirkung. Seit
kurzem gibt es jedoch Evidenz dafür, daß die Neutrinos Masse
besitzen und folglich auch der Gravitationswechselwirkung
unterliegen.

Zur Lichtablenkung im Gravitationsfeld: Die invariante Masse
der Photonen ist zwar Null; das Licht besitzt jedoch eine nicht-
verschwindende Energie-Impulsdichte, die auf der rechten Seite
der Einstein-Gleichungen als Quellterm für das Gravitationsfeld
auftaucht. Daher wechelwirkt das Licht mit der Gravitations-
wechselwirkung.

Gruss, Andreas
 
.Hallo Andi,

danke für die Erklärung. Sie war nicht schwer zu verstehen. Jetzt bin ich schlauer <img src="/phpapps/ubbthreads/images/icons/smile.gif" alt="" />. Aber jetzt stellt sich mir eine neue Frage:
Was sind Neutrinos?

<img src="/phpapps/ubbthreads/images/icons/grin.gif" alt="" /> fragende Grüße <img src="/phpapps/ubbthreads/images/icons/grin.gif" alt="" />
 
Hi, Hendrik:

Man kennt 12 fundamentale Elementarteilchen, aus denen
alle Materie zusammengesetzt ist (darüber hinaus gibt es auch
noch deren Anti-Teilchen, also 24): 6 Quarks und 6 Leptonen.
Drei dieser Leptonen sind die Neutrinos: Das Elektron-Neutrino,
das Myon-Neutrino und das Tauon-Neutrino. Sie sind die
ungeladenen "Partner" des Elektrons, des Myons und des
Tauons, der drei anderen Leptonen. Neutrinos entstehen
beispielsweise bei radioaktiven Zerfällen von Atomkernen
("Beta-Zerfall").

Gruss, Andreas
 
Hallo Andi,

ich denke, dass das Licht deswegen abgelengt wird, weil große Massen den Raum "krümmen". Die Gravitation wirkt also nícht auf das Licht, sondern auf den Raum in dem sich das Licht ausbreitet.

Gruß Thomas

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Hi, Thomas:

Wie willst Du unterscheiden, ob der Raum gekrümmt ist
oder lediglich die Bahnkurven aller Teilchen, die sich ohne
Gravitation geradlinig bewegen würden?

Gruss, Andreas
 
Hallo Andi,

zunächst erst mal sorry: Licht wird natürlich nicht abgelengt, sondern abgelenkt.

mit deiner Frage hast du mich auf dem falschen Fuß erwischt – ich will’s trotzdem versuchen.
Photonen haben keine Ruhemasse, sie können daher gar nicht mit anderen Massen wechselwirken. Da wir aber „gekrümmte Bahnen“ des Lichtes sehen, kann es ja nur daran liegen, dass in der Nähe großer Massen der Raum oder richtig ausgedrückt, die Raumzeit gekrümmt ist.

Gruß Thomas

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Hi, Thomas:

Photonen haben keine Ruhemasse, sie können daher gar nicht mit anderen
Massen wechselwirken.

Dies läßt sich teilweise mit Deinen eigenen Argumenten widerlegen:

Masse krümmt die Raumzeit => Photonen bewegen sich aufgrund dessen
nicht mehr auf geraden Bahnen => Impuls der Photonen wechelwirkt mit
anderen Massen.

Im übrigen ist der Begriff der "Ruhemasse" für Photonen irreführend, da es für
Photonen kein Ruhesystem gibt. Man spricht daher besser von "relativistisch
invarianter Masse", die für Photonen Null ist.

Da wir aber „gekrümmte Bahnen“ des Lichtes sehen, kann es ja nur daran
liegen, dass in der Nähe großer Massen der Raum oder richtig ausgedrückt, die
Raumzeit gekrümmt ist.

Zunächst einmal sind es Energie und Impuls, die als "Tensor" in den
Einstein-Gleichungen auf der rechten Seite stehen und den Raum krümmen.
Photonen besitzen übrigens Energie und Impuls, tragen also zur Raumkrümmung,
wenn auch geringfügig, bei. In größerem Maße krümmen natürlich Massen
(E = mc^2 -> geht in den Energie-Impulstensor ein) wie die Sonne den Raum.
Auf der linken Seite der Einstein-Gleichungen stehen der Riemannsche
Krümmungstensor, der Krümmungsskalar und der metrische Tensor. Diese
Komponenten sind für die Struktur der Raumzeit verantwortlich, und aus
ihnen leiten sich die Bewegungsgleichungen in der gekrümmten Raumzeit
her ("Geodätengleichungen"). Insofern hast Du vollkommen recht damit, daß
die Krümmung der Raumzeit für die Krümmung der Lichtstrahlen verantwortlich
ist, da sich die Photonen auf sogenannten Nullgeodäten bewegen, den Lösungen
der Bewegungsgleichungen im Gravitationsfeld für masselose Teilchen und welche
wiederum aus der linken Seite der Einsteingleichungen hergeleitet werden.

Best wishes, Andreas
 
Hallo an alle!

Mir fällt gerade ein, das ich mich schonmal folgendes gefragt habe:
Wenn die Zeit sich für das Objekt verlangsamt, das sich in einer sehr schnellen Bewegung befindet, dann müsste die Zeit für einen Lichtstrahl eigentlich stehen bleiben. Ich meine damit, der Lichtstrahl würde durch eine stillstehende Welt fliegen. Ich denke das, weil ich mir einen Lichtstrahl eher so vorstelle: Ein Lichtquant selbst strahlt Licht aus, welches wiederum ein Lichtquant ist, das selbst Licht austrahlt usw. So entsteht für mich eine Art Dominoeffekt, wobei der umfallende Dominostein einem Lichtquant enspricht. Das heißt jedes Lichtquant ist nur für eine so kurze Zeit da, das sich die Zeit während seiner "Lebensdauer" gar nicht verändern kann, also nicht existent ist.
Wenn man sich jetzt noch vorstellt, dass diese Lichtquanten so geformt sind, das das darauffolgende automatisch etwas "links oder rechts" davon entstehen muss, kommt man eigentlich ganz einfach auf den Wellen und Teilchencharakter von Licht.

MfG
Arndt
 
Hallo!


Ganz einfach: Die Physiker wissen es nicht. <img src="/phpapps/ubbthreads/images/icons/grin.gif" alt="" />

Sie greifen einmal zum Teilchenmodell und ein anderes mal zum Wellenmodell, je nachdem, was sie gerade brauchen um die Beobachtungen zu erklären.

Da Licht aber nicht sowohl aus Teilchen als auch gleichzeitig aus Wellen bestehen kann, muss es sich um etwas drittes, noch unbekanntes handeln.

Dieses kennen die Physiker aber offensichtlich noch nicht und reden sich deshalb mit einem Welle-Teilchen-Dualismus raus.


Wenn jemand jedoch logisch nachvollziehbar den Widerspruch zwischen Wellen- und Teilcheneigenschaft auflösen kann, so bitte ich darum. Ich bezweifle allerdings, dass das jemandem gelingt - jedenfalls nicht auf Basis bekannter Theorien.


Gruß Harald
 
Hi,

Ganz einfach: Die Physiker wissen es nicht.

Falsch! <img src="/phpapps/ubbthreads/images/icons/grin.gif" alt="" />

Da Licht aber nicht sowohl aus Teilchen als auch gleichzeitig aus Wellen bestehen kann, muss es sich um etwas drittes, noch unbekanntes handeln.

Das Unbekannte gibt es schon, Licht ist ein Quantenfeld!
Die Quantenfeldtheorie beschreibt das Licht (bzw. elektromagnetische Wellen) vollstaendig. Das man jetzt keine Analogie zu Dingen in unserer Makroskopischen Welt findet mit der man dies einfach Veranschaulichen kann (so wie Welle oder Teilchen) liegt halt einfach an dem beschraenkten Geist des Menschen, und dafuer kann man die Physik nicht verantwortlich machen <img src="/phpapps/ubbthreads/images/icons/cool.gif" alt="" /> .

CS Jens
 
Hi,

tatsächlich vergeht für Licht oder andere Energiewellen keine Zeit. Mehr noch: das Weltall ist für Licht unendlich verkürzt in Bewegungsrichtung. Licht ist ein "Zustand", keine Bewegung. Licht "fliegt" daher auch nicht - es bleibt (für sich) stehen. Und genau diese Implikation ist m.E. sehr wichtig für die Interpretation der Quanteneffekte.


Beste Grüße
TWR
 
Die Quantenfeldtheorie beschreibt das Licht (bzw. elektromagnetische Wellen) vollstaendig.

Soweit ich weiss, ist es noch nicht gelungen, die Quantentheorie mit der Gravitation zu verknüpfen.

Da Licht aber durch die Raumkrümmung mit der Gravitation wechselwirkt und Du schreibst, dass die Quantenfeldtheorie das Licht vollständig beschreibt, müßte das doch schon der Fall sein, oder?

Wie wird die Gravitationswirkung auf Lichtquanten durch die Quantenfeldtheorie erklärt?


Gruß Harald
 
Hallo Harald,

bevor man die Frage klären kann, wie Quantenfeldtheorie mit der Gravitation verknüpft ist, ein paar grundsätzliche Hinweise zur Physik.

Die Physik ist eine Modellwissenschaft, d.h. sie versucht durch eine modellhafte und einfache Beschreibung Phänomene der Natur zu fassen. Wenn Modelle geschickt gewählt werden, dann kann man sie auch mathematisieren.

Für das Phänomen Licht gibt es eine Theorie, die Quantenfeldtheorie, weil Licht aus Quantenobjekten besteht. Die Quantenfeldtheorie ist in ihrer Natur her eine einfache Theorie (aber mathematisch schwierig), da sie mit sehr einfachen Mitteln beschreibt, wie sich das Quantenobjekt Licht in den besonderen Fällen verhält.
Betrachtet man den Photoeffekt, so verhält sich das Quantenobjekt Licht so, beim Doppelspalt anders.
Da unser Geist nun mal beschränkt ist und immer nach makroskopischen Analogien sucht, gibt es den didaktisch vollkommen unglücklich gewählten Begriff vom Welle-Teilchen-Dualismus. Physikalisch gibt es diesen Dualismus nicht, da das Quantenobjekt sich je nach Messung schlüssig verhält. Ich spreche deshalb lieber von der Weg-Interferenzfähigkeit von Quantenobjekten. Je genauer der Weg des Objektes bekannt ist, desto unwahrscheinlicher ist die Interferenzfähigkeit des Quantenobjekts, dies folgt direkt aus Heissenberg.

Was nun die Ablenkung von Licht angeht:

Licht hat unbestritten Energie. Wegen der Masse-Energie-Äquivalenz, lässt sich deshalb dem Quantenobjekt Licht eine Masse, je nach Energie zuordnen, Masse und Energie sind zwei Spielweisen des ein und selben Zustandes.
Wenn nun ein Objekt eine Masse(näquivalenz) besitzt, so nimmt es auch an der Krümmung des Raumes teil, bzw. wird durch die Krümmung des Raumes beeinflusst.

Was nun die Verbindung von QFT und Gravitation angeht, so gibt es bis heute keine äquvalente Beschreibung beider Theorien, was aber nicht heisst, dass beide Theorien bei der Betrachtung einzelner Phänomene unberücksichtigt werden dürfen.

Die theoretischen Ansätze beider Theorien sind unterschiedlich, während die QFT mit Austauschquantenobjekten als Kraftüberträger arbeitet (quantenmechanisches Billard) arbeitet die ART mit einer geometrischen Raumkrümmung (Laufwege in der Kraterlandschaft). Will man nun beide Theorien zusammenbringen, so benötigt man ein Austauschqunatenobjekt der Gavitation, damit man das Qunatenbillard richtig spielen kann. Dazu müssen aber die Feldgleichungen der ART umgeschrieben werden, damit sie mit den Feldgleichungen der QFT verglichen werden können. Zusätzlich benötigt man ein Quantenobjekt, dass den Quantenobjekten seine Masse(äquvalenz) verschafft usw.

So ich hoffe, alle Klarheiten beseitigt zu haben.

MfG

Uwe
 
Hi,

Soweit ich weiss, ist es noch nicht gelungen, die Quantentheorie mit der Gravitation zu verknüpfen.

Stimmt, da hast du recht. Aber dein Posting klang so, als ob die Physik noch gar keinen Ahnung hatt, und das ist halt nicht so. Die Teilcheneigenschaft macht sich ja nicht nur durch die Gravitationswirkung bemerkbar, sondern auch beim Photoeffekt. Und hier tut die Quantenelektrodynamik (also die Quantenfeldtheorie des elektromagnetischen Feldes) gute Dienste.


Also einigen wir uns auf irgendwas dazwischen. Sicherlich weiss die Physik es noch nicht 100%tig, aber ueberhauptnichts wissen tut man nun auch nicht. OK? <img src="/phpapps/ubbthreads/images/icons/wink.gif" alt="" />


CS Jens
 
Hallo Andreas,

vielleicht ist es sehr hilfreich nicht nur für mich, sondern auch für andere, die sich für
Raumzeitfluktuationen interessieren, wenn Du Deine Meinung zu dem Thema Quantenschaum vom 21.8. sagen könntest. aus Deinen Beiträgen zu schließen denke ich, Du verstehst ausreichend viel von Physik.
Gruß clapebe
 
Hallo boxnick oder Hallo Uwe, wie es Dir lieber ist,
diesen Beitrag habe ich nicht ganz verstanden, aber ich denke, Du bist in der Lage, wenn Du die Erklärungen ein wenig ausführlicher machst, mein Problem mit dem Verständnis der Raumzeitfluktuationen etwas kleiner zu machen. Hier hatte ich unter der Überschrift Quantenschaum mal die Physiker unter uns angesprochen. bist Du dabei?
Gruß Clapebe
 
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