Lichtausbreitung - eine ganz einfache Frage

[evaporation]

Meine ganz einfache Frage geht so:

Wir haben eine Glühbirne in der anstatt des Wolframdraht ein Perfekt rundes Wolframkügelchen ist mit 1 cm Durchmesser.
Dieses Kügelchen hat die gleichen Eigenschaften wie der Draht: es leuchtet wenn genügend Strom durchfliesst.
Nun nehmen wir mal an dass aus jedem einzelnen Atom ein Lichtstrahl kommt, also eine permanente Abfolge von Photonen hintereinander die ihre Richtung nicht ändern, denn warum sollten sie das auch.
Weiterhin nehmen wir mal an dass diese Abstrahlung perfekt vom Mittelpunkt des Kügelchen aus gesehen mittig ist, es gehen also genau so viele Lichtstrahlen aus dem Kügelchen wie sich Atome auf der Oberfläche der Kugel befinden, das sind 241 quadratmillimeter wolframoberfläche. Wieviele Atome das sind weiss ich nicht.

Meine Frage lautet: nach welchem Abstand zur Kugel hat jeder Strahl mindestens 1 Meter Abstand zum nächsten Strahl ?

[Geku]

Wolfram ist ein Festkörper. Wenn dieser erhitzt wird, dann sendet dieser eine Infrarotstrahlung aus, die stochastisch verteilt über die gesamte Oberfläche verteilt abgestrahlt wird. Die Photonen stammen nicht direkt durch angeregte Elektronen von Atomen, wie es bei dünnen Gasen der Fall ist, sondern durch Schwingungen des Atomgitters. Daher gibt es keine Spektrallinien, sondern ein breites Spektrum, das auch Schwarzkörperstrahlung genannt wird:

https://de.m.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmestrahlung

Man kann sich die Verteilung der abgestrahlten Photonen eher wie die Splitter einer Explosion vorstellen, die mit unterschiedlichen Impulsen den Ort des Geschehens kugelförmig verlassen. Es gibt keine einzelnen Strahlen, auch wenn man bei der Sonne von Sonnenstrahlen spricht.

Zitat von evaporation

Meine Frage lautet: nach welchem Abstand zur Kugel hat jeder Strahl mindestens 1 Meter Abstand zum nächsten Strahl ?

Die Frage müßte eigentlich lauten: in welcher Entfernung haben die Photonen einen mittleren Abstand von einem Meter?

[evaporation]

Ok, und in welcher Entfernung ist das der Fall ?

[Geku]

Zitat von evaporation

Ok, und in welcher Entfernung ist das der Fall ?

Man kann auf Grund der abgestrahlten Leistung die Anzahl der abgestrahlten Photonen pro Zeit ermitteln. Dann kann man dieses Anzahl von Photonen mit einem Abstand von 1m auf einer Kugeloberfläche verteilen und deren Radius bestimmen.

Die Daten kann man aus https://de.m.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmestrahlung entnehmen.

CatGPT:

Die durchschnittliche Energie eines Photons bei einer bestimmten Temperatur kann mit Hilfe des Planckschen Strahlungsgesetzes berechnet werden. Die durchschnittliche Energie E eines Photons ist proportional zur Temperatur T des Schwarzen Körpers und kann mit der Formel:

E = k * T

berechnet werden, wobei k die Boltzmann-Konstante ist.

Für eine Temperatur von 2700 Grad Celsius (2973 Kelvin) ergibt sich: E=(1.38×10^-23J/K) * (2973K) = ~ 4.11×10^-20J

Das bedeutet, dass ein Photon bei dieser Temperatur im Durchschnitt eine Energie von etwa 4.11×10^-20 Joule hat. Bitte beachten Sie, dass dies eine durchschnittliche Energie ist und die tatsächlichen Energien der Photonen in einem Schwarzen Körper einer Temperaturverteilung unterliegen.

100W Glühbirne => ~ 100/(4*10^-20 ) = 25 * 10^20 Photonen pro Sekunde

n * A = O
25 * 10^20 * pi * 1 = 4 * pi * s^2

s = (25* 10^20)/4)^(-2) = 2*10^10m ~ 66.000 LJ

Ich hoffe ich habe mich nicht verrechnet.

[Cossy]

Die Photonen werden nicht wie ein Laser von einem Atom immer an gleicher Stelle in gleicher Richtung abgegeben. Die Vermutung, dass man daraus einen Abstand von Photonen in einer Entfernung ermitteln kann ist falsch

[Geku]

Zitat von Cossy

Die Photonen werden nicht wie ein Laser von einem Atom immer an gleicher Stelle in gleicher Richtung abgegeben. Die Vermutung, dass man daraus einen Abstand von Photonen in einer Entfernung ermitteln kann ist falsch

Mittelwert geht immer. Aber die Verteilung ist statistisch! Die Frage ist nur, ob man ein Photon mit dieser Energie detektieren kann. Infrarot empfindlicher Film, ein Photon?

[evaporation]

Zitat von Cossy

Die Photonen werden nicht wie ein Laser von einem Atom immer an gleicher Stelle in gleicher Richtung abgegeben. Die Vermutung, dass man daraus einen Abstand von Photonen in einer Entfernung ermitteln kann ist falsch

Gibt es da zuverlässige forschungsergebnisse wie die Photonen abgegeben werden ? Ballert das Atom perfekt reihum in alle Richtungen ?
Ganz ehrlich: Mein Bauchgefühl sagt mir dass das alles ganz anders funktioniert...

[Geku]

Zitat von evaporation

Gibt es da zuverlässige forschungsergebnisse wie die Photonen abgegeben werden ? Ballert das Atom perfekt reihum in alle Richtungen ?
Ganz ehrlich: Mein Bauchgefühl sagt mir dass das alles ganz anders funktioniert...

Das Bauchgefühl trügt oft. Die Quantenwelt ist mit unserer Welt nicht mehr vergleichbar!
Wir können uns nur ein verschwommenes "Bild" mittels Streuexperimente machen.
Wobei die Streuung nicht an "festen Körpern", sondern an Feldern statt findet. So wie es keine Farben gibt (Wellenlänge ist viel zu groß), gibt es auch keine Grenzflächen, die Quanten umfassen und trennen.

https://m.faz.net/aktuell/wissen/phy...-17627543.html

Die Bilder von Atomen entstehen im Rasterelektronenmikroskop durch Abtastung elektrischer Felder.

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Rast...ronenmikroskop

Was sagt ChatGPT zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung:

Elektromagnetische Wellen werden durch beschleunigte geladene Teilchen erzeugt. Dieser Prozess kann auf verschiedene Arten erfolgen. Hier sind einige gängige Beispiele:


1. Thermische Strahlung: Ein klassisches Beispiel ist die Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung durch Erhitzen eines Objekts. Wenn ein Objekt, wie ein Metallstab oder eine Glühbirne, auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt wird, beginnen die Elektronen in diesem Objekt sich schneller zu bewegen. Diese beschleunigten Elektronen erzeugen dann elektromagnetische Strahlung in Form von sichtbarem Licht (wie bei Glühbirnen), Infrarotstrahlung (Wärme) oder sogar Ultraviolettstrahlung, abhängig von der Temperatur.

2. Elektronenbewegung: In elektrischen Schaltkreisen werden elektromagnetische Wellen erzeugt, wenn elektrisch geladene Teilchen, insbesondere Elektronen, beschleunigt werden. Dies geschieht in Antennen, wo sich Elektronen in einer Drahtspule bewegen und Radiowellen erzeugen, oder in Röhrenfernsehern und Mikrowellenöfen, wo Elektronen in Vakuumröhren beschleunigt werden, um Mikrowellen abzustrahlen.

3. Atomare Übergänge: In Atomkernen können Übergänge von Elektronen zwischen Energieniveaus elektromagnetische Strahlung erzeugen. Dies tritt in Form von Röntgenstrahlung, Gammastrahlung oder sichtbarem Licht auf, je nachdem, welche Energieübergänge auftreten.

4. Elektronen in bewegten Objekten: Selbst bewegte Objekte können elektromagnetische Strahlung erzeugen, wenn ihre Elektronen aufgrund ihrer Bewegung beschleunigt werden. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn ein geladenes Teilchen durch ein Magnetfeld fliegt und dabei elektromagnetische Strahlung emittiert, wie es in Teilchenbeschleunigern oder kosmischen Prozessen auftritt.

Die Art der erzeugten elektromagnetischen Strahlung hängt von der Art der Quelle, ihrer Temperatur und der Bewegung der geladenen Teilchen ab. Dies sind grundlegende Prinzipien der Elektrodynamik und der Quantenmechanik.

[evaporation]

Es ist absolut unlogisch dass die Lichtausbreitung perfekt Lückenlos ist. Es gibt keine Emmission aus einem winzigens kügelchen dass eine umgebende blase in beispielsweise 300 meter entfernung permanent lückenlos an jedem quadratmillimeter trifft. Jetzt mal im Ernst, wirst Du da nicht im geringsten stutzig ? Da ist doch die Existenz Gottes wahrscheinlicher !

[Geku]

Zitat von evaporation

Es ist absolut unlogisch dass die Lichtausbreitung perfekt Lückenlos ist. Es gibt keine Emmission aus einem winzigens kügelchen dass eine umgebende blase in beispielsweise 300 meter entfernung permanent lückenlos an jedem quadratmillimeter trifft. Jetzt mal im Ernst, wirst Du da nicht im geringsten stutzig ? Da ist doch die Existenz Gottes wahrscheinlicher !

Man braucht nur zu rechnen:

Eine 100 W Glühbirne strahlt pro Sekunde ~ 25 * 10^20 Photonen ab.

Die Kugeloberfläche mit einem Radius von 300m beträgt ~10^6 qm bzw. 10^12qmm.

25 * 10^20 / 10^12 = 2,5 Milliarden Photonen pro qmm pro Sekunde. Die "Lücke" kommt in die Größenordnung der Wellenlänge.