Photonenwelle

[srmeister]

Hallo Benjamin,
dann zeigt sich die Energie also sowohl in der Frequenz als auch der Amplitude des Feldes.
Ich versuche es mir ja auch als Feld vorzustellen. Aber andererseits: Soweit ich weis, läuft jede Wechselwirkung auf einen Kollaps "des Feldes" (zumindest bei einem einzelnen Photon) hinaus. Das müsste doch bedeuten, dass wir über das Feld selbst nichts in Erfahrung bringen können, nur indirekt, über die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Wechselwirkung. Bezogen auf die Amplitude, ist das dann nicht einzig für die Wahrscheinlichkeit wichtig? In dem Sinne, wenn die Feldstärke(Amplitude) hoch ist ist auch die Wahrscheinlichkeit einer Wechselwirkung hoch und da ist es ja logisch, dass die mit zunehmendem Abstand quadratisch abfällt (was ich ja auch in der Formel, durch das Volumen repräsentiert, sehe).
Aber ob das Photon sich jetzt nah oder fern zeigt, die Energie bleibt ja gleich.

Kann es sein, dass auch die Beschreibung des Feldes letztlich nur ein Hilfskonstrukt ist, weil wir über die tatsächlichen Vorgänge nichts wissen(können)?

[Bernhard]

Zitat von srmeister

Kann es sein, dass auch die Beschreibung des Feldes letztlich nur ein Hilfskonstrukt ist, weil wir über die tatsächlichen Vorgänge nichts wissen(können)?

Man kann das Feld entweder klassich über den Energie-Impuls-Tensor beschreiben. Dann ist die Energiedichte eine zeit- und ortsabhängige Funktion. Oder man kann das Photon als Quantenobjekt beschreiben und muss dann die zugehörige Quantenfeldtheorie untersuchen. Beide Theorien sind AFAIK über die Bargmann-Wigner-Gleichung relativ eng miteinander verknüpft.

[Benjamin]

Zitat von srmeister

Hallo Benjamin,
dann zeigt sich die Energie also sowohl in der Frequenz als auch der Amplitude des Feldes.

Die Energie eines Photons ist immer hf. Aber je größer die Amplutude ist, umso mehr Photonen sind vorhanden, ergo die Energie des gesamten Feldes ist auch größer.

Ich versuche es mir ja auch als Feld vorzustellen. Aber andererseits: Soweit ich weis, läuft jede Wechselwirkung auf einen Kollaps "des Feldes" (zumindest bei einem einzelnen Photon) hinaus.

Der Kollaps der Wellenfunktion ist eine Interpretation. Egal ob Teilchen, Welle, Felder, das sind alles Vorstellungen aufgebaut auf Interpretationen. Der Diskussion dienlicher ist es in meinen Augen, wenn man über exakte Versuche - von mir aus Gedankenexperimente - spricht. Was kann man mit (zumindest hinreichender) Gewissheit über das Licht sagen? Es tauscht Energie in Vielfachen von hf mit Materie aus. Das ist ziemlich gesichert. Weiters zeigen Koinzidenzversuche am Strahlteiler, dass Lichtwellen im Ein-Photon-Zustand nahezu niemals gleichzeitig in zwei Detektoren nachgewiesen werden. Derartige Versuche sind übrigens die einzigen, die einen Teilchencharakter des Lichtes offenbaren, den man nicht mit dem Bild der klassischen Welle erklären kann. Wohingegen z.B. der oft zitierte Photoeffekt oder der Compton-Effekte das Teilchenbild nicht zwingend brauchen, sondern einwandfrei mit der Wellenmechanik erklärt werden können.

Will man über das diskutieren, was ein Photon wirklich ist, sollte man meiner Ansicht nach, diese Versuche diskutieren, und sich nicht zu sehr auf Interpretationen stützen, die vor hundert Jahren gemacht wurden, zu einer Zeit als es die entscheidenden Versuche über Photonenstatistik noch lange nicht gab. Der Kollaps der Wellenfunktion ist eine solche Interpretation.

[Bernhard]

Hallo Benjamin,

Zitat von Benjamin

zu einer Zeit als es die entscheidenden Versuche über Photonenstatistik noch lange nicht gab.

welche Versuche meinst Du da?

[Benjamin]

Zitat von Bernhard

Hallo Benjamin,


welche Versuche meinst Du da?

Hi!

Koinzidenzversuche, wo einzelne Photonen detektiert werden.

[Bernhard]

Zitat von Benjamin

Koinzidenzversuche, wo einzelne Photonen detektiert werden.

Die sind allerdings mit dem Kollaps der Wellenfunktion verträglich, oder nicht?

[Benjamin]

Zitat von Bernhard

Die sind allerdings mit dem Kollaps der Wellenfunktion verträglich, oder nicht?

Der Kollaps der Wellenfunktion ist meines Erachtens eine so unnötige Annahme wie Multiversen. Weder für das eine, noch für das andere gibt es stichhaltige Hinweise, die deren Existenz nahe legt. Beides mag mit den experimentellen Befunden vereinbar sein, doch vernünftig oder gar zwingend sind diese Vorstellungen für eine korrekte Beschreibung der Naturvorgänge nicht im Geringsten.

[Bernhard]

Zitat von Benjamin

Der Kollaps der Wellenfunktion ist meines Erachtens eine so unnötige Annahme wie Multiversen. Weder für das eine, noch für das andere gibt es stichhaltige Hinweise, die deren Existenz nahe legt. Beides mag mit den experimentellen Befunden vereinbar sein, doch vernünftig oder gar zwingend sind diese Vorstellungen für eine korrekte Beschreibung der Naturvorgänge nicht im Geringsten.

Man kann den Kollaps auch als pragmatische Annahme verstehen.

Noch gehört der Kollaps zur Standardphysik. Anderslautende Aussagen gehören in den Bereich "Theorien jenseits des Standardphysik" und müssen dort diskutiert werden.

[Benjamin]

Zitat von Bernhard

Man kann den Kollaps auch als pragmatische Annahme verstehen.

Noch gehört der Kollaps zur Standardphysik. Anderslautende Aussagen gehören in den Bereich "Theorien jenseits des Standardphysik" und müssen dort diskutiert werden.

Der Kollaps der Wellenfunktion ist eine populäre Interpretation der "Standardphysik". Wenn es so genau gehandhabt wird, möchte ich vorschlagen, dass man ihn dann unter der Forenrubrik "Wissenschaftstheorie und Interpretationen der Physik" diskutiert.

Jedenfalls kann man die Photonenstatistik in Koinzidenzversuchen ganz ohne diese Interpretation erklären, wie meines Erachtens alle anderen experimentellen Befunde der Physik.

Zitat von srmeister

Soweit ich weis, läuft jede Wechselwirkung auf einen Kollaps "des Feldes" (zumindest bei einem einzelnen Photon) hinaus.

Dieser Aussage kann ich nicht zustimmen. Man sollte vielleicht aber auch präzisieren, was hier unter "Wechselwirkung" verstanden wird. Ein Photon kann z.B. in einem Gravitationsfeld abgelenkt werden, ohne vernichtet zu werden. D.h. es gibt eine Wechselwirkung (mit dem Gravitationsfeld), ohne dass das Photon verloren geht. Andererseits verschwindet ein Photon nicht augenblicklich, wenn es mit einem Elektron wechselwirkt. Die korrekte Beschreibung der Photon-Elektron-Wechselwirkung gelingt mit Hilfe der QED, wo sowohl das Photon als auch das Elektron als zwei miteinander gekoppelte Felder beschrieben werden.

Wenn man diese Wechselwirkung berechnet, d.h. wenn man die Felder zeitlich entwickelt, dann sieht man, dass das Photon nicht instantan verschwindet, wie man es beim sogenannten Kollaps der Wellenfunktion postuliert, sondern dass es sich zeitlich umwandelt. Genauer gesagt wandelt sich der Zustand des elektromagnetischen Feldes vom Ein-Photon-Zustand in den Grund- bzw. Vakuumzustand. Das Feld kollabiert also niemals. Der Zustand des Feldes ändert sich nur, und das auch nicht plötzlich, sondern innerhalb einer genau berechenbaren Zeitspanne, ähnlich einem Elektron, das von einem angeregten Zustand in den Grundzustand übergeht.

[Bernhard]

Zitat von Benjamin

Der Kollaps der Wellenfunktion ist eine populäre Interpretation der "Standardphysik".

Das hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Quante...as_Messproblem kennst Du?