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Quantenmechanik, Relativitätstheorie und der ganze Rest. Wenn Sie Themen diskutieren wollen, die mehr als Schulkenntnisse voraussetzen, sind Sie hier richtig. Keine Angst, ein Physikstudium ist nicht Voraussetzung, aber man sollte sich schon eingehender mit Physik beschäftigt haben.

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  #1  
Alt 12.10.20, 11:50
schmiereck schmiereck ist offline
Newbie
 
Registriert seit: 25.04.2017
Beiträge: 21
Standard Schwingung bei Lichtgeschwindigkeit

Hallo,
wenn bei Lichtgeschwindigkeit für ein Elementarteilchen keine Zeit vergeht, wie kann es dann sein, dass es schwingt? Also z.B. Licht eine Wellenlänge hat?
Eine Schwingung ist doch immer eine Funktion der Zeit?
Grüße, Thomas
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  #2  
Alt 12.10.20, 15:37
Hawkwind Hawkwind ist offline
Singularität
 
Registriert seit: 22.07.2010
Ort: Rabenstein, Niederösterreich
Beiträge: 2.481
Standard AW: Schwingung bei Lichtgeschwindigkeit

Aus der Sicht eines Beobachters vergeht ja Zeit und er stellt gemäß seiner Eigenzeit eine Schwingung fest. Die Frequenz, die er beobachtet, hängt auch von seinem Bewegungszustand ab.
Einen Beobachter, der sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt und dessen Zeit deshalb "einfriert", gibt es eben nicht.
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  #3  
Alt 14.10.20, 05:47
schmiereck schmiereck ist offline
Newbie
 
Registriert seit: 25.04.2017
Beiträge: 21
Standard AW: Schwingung bei Lichtgeschwindigkeit

Ich habe mir aber versucht die Sache aus Sicht des Teilchens vorzustellen. Dieses muss doch eine Eigenschaft haben, die es über die Zeit ändert, um eine Schwingung zu zeigen?
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  #4  
Alt 14.10.20, 08:17
Benutzerbild von TomS
TomS TomS ist offline
Singularität
 
Registriert seit: 04.10.2014
Ort: Nürnberg
Beiträge: 2.342
Standard AW: Schwingung bei Lichtgeschwindigkeit

Zitat:
Zitat von schmiereck Beitrag anzeigen
Ich habe mir aber versucht die Sache aus Sicht des Teilchens vorzustellen. Dieses muss doch eine Eigenschaft haben, die es über die Zeit ändert, um eine Schwingung zu zeigen?
Du wirst das Teilchenbild und das Wellenbild mit Schwingung nie konsistent gemeinsam anwenden können, und man darf sich Elementarteilchen grundsätzlich nicht irgendwie klassisch vorstellen - weder als Teilchen noch als Welle. Dafür existiert keine anschauliche Vorstellung, lediglich ein abstrakter mathematischen Formalismus.
__________________
Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.
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  #5  
Alt 14.10.20, 08:42
Timm Timm ist offline
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Registriert seit: 26.03.2009
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Standard AW: Schwingung bei Lichtgeschwindigkeit

Zitat:
Zitat von TomS Beitrag anzeigen
Du wirst das Teilchenbild und das Wellenbild mit Schwingung nie konsistent gemeinsam anwenden können, und man darf sich Elementarteilchen grundsätzlich nicht irgendwie klassisch vorstellen - weder als Teilchen noch als Welle. Dafür existiert keine anschauliche Vorstellung, lediglich ein abstrakter mathematischen Formalismus.
So wie ich @schmierek verstanden habe, geht es ihm nicht um die Teilchen- Wellenbildproblematik, sondern darum, dass ein Photon keine definierte Eigenzeit hat. Bzw. genauer dtau=0.
__________________
Der Verstand schafft die Wahrheit nicht, sondern er findet sie vor - Aurelius Augustinus

Geändert von Timm (14.10.20 um 08:51 Uhr)
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  #6  
Alt 14.10.20, 09:54
Timm Timm ist offline
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Registriert seit: 26.03.2009
Ort: Weinstraße, Rheinld.Pfalz
Beiträge: 2.831
Standard AW: Schwingung bei Lichtgeschwindigkeit

Zitat:
Zitat von schmiereck Beitrag anzeigen
Ich habe mir aber versucht die Sache aus Sicht des Teilchens vorzustellen. Dieses muss doch eine Eigenschaft haben, die es über die Zeit ändert, um eine Schwingung zu zeigen?
" aus Sicht des Teilchens vorzustellen" funktioniert bei einem Photon nicht. Das ist allerdings erst mal eine Behauptung, die der Intuition nicht zugänglich ist.

Ein Versuch der Erklärung (aber ohne den Anspruch intuitiv zu sein) wäre die Überlegung, was folgt aus dem Postulat, dass beliebige inertiale Beobachter (für die es ein Bezugssystem gibt, in dem sie in Ruhe sind, kurz ein "Ruhesystem") die Lichtgeschwindigkeit c messen? Es folgt, dass die Annahme, es gäbe ein Ruhesystem für Licht diesem Postulat widerspricht. Diese Annahme käme jedoch der Aussage "aus Sicht des Teilchens = Photon) gleich. Und deshalb ist sie falsch.
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  #7  
Alt 14.10.20, 10:06
Benutzerbild von TomS
TomS TomS ist offline
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Registriert seit: 04.10.2014
Ort: Nürnberg
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Standard AW: Schwingung bei Lichtgeschwindigkeit

Zitat:
Zitat von Timm Beitrag anzeigen
So wie ich @schmierek verstanden habe, geht es ihm nicht um die Teilchen- Wellenbildproblematik, sondern darum, dass ein Photon keine definierte Eigenzeit hat. Bzw. genauer dtau=0.
Ja, aber das macht er daran fest, dass irgendetwas schwingen würde.

Deswegen ist es einfacher, sich gar nicht erst vorzustellen, da das Teilchen aus Sicht des Teilchens irgendwie schwingt.

Erst aus Sicht eines Beobachters führen wir dann eine Schwingung ein; das ist aber erst mal nur ein mathematisches Modell.
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  #8  
Alt 14.10.20, 10:59
Ich Ich ist offline
Moderator
 
Registriert seit: 18.12.2011
Beiträge: 1.870
Standard AW: Schwingung bei Lichtgeschwindigkeit

Man sollte sich Licht in diesem Zusammenhang nicht als Punktteilchen vorstellen, das funktioniert nicht anschaulich. Besser als ausgedehntes Wellenpaket. Es ist dann tatsächlich so, dass der Schwingungszustand eingefroren ist, wenn man einem Punkt des Pakets gedanklich mit Lichtgeschwindigkeit folgt. Sprich: Wenn an einem Ort ein Wellenberg ist, dann ist eine Sekunde später in einer Lichtsekunde Entfernung genau derselbe, unveränderte Wellenberg. Entlang einer solchen Bewegung vergeht keine Eigenzeit, deswegen kann sich auch nichts ändern.
Deswegen können masselose Teilchen z.B. auch nicht zerfallen. Und deswegen kann man aus Neutrino-Oszillationen schließen, dass Neutrinos nicht masselos sind: Wären sie es, könnten sie nicht oszillieren.

Die Frequenz des Lichts ist also keine intrinsische Eigenschaft eines Photons. Wenn man beliebig schnell vom Licht davonfliegt, geht seine gemessene Frequenz gegen Null. Wenn man beliebig schnell entgegenfliegt, geht sie gegen unendlich. Hangt also komplett vom Beobachter ab.
Bei massiven Teilchen ist das anders. Für ein schwingendes Atom z.B. kann man eine eindeutige Frequenz angeben, nämlich die, die im Ruhesystem gemessen wird. Das ist eine Eigenschaft des Atoms allein, die es deswegen geben kann, weil für das Atom Zeit vergeht.
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  #9  
Alt 14.10.20, 11:34
Benutzerbild von TomS
TomS TomS ist offline
Singularität
 
Registriert seit: 04.10.2014
Ort: Nürnberg
Beiträge: 2.342
Standard AW: Schwingung bei Lichtgeschwindigkeit

Ein einfaches mathematisches Modell: gegeben sei eine ebene elektromagnetische Welle mit Wellenzahl k = Frequenz ω und Ausbreitung in x-Richtung. Für einen ruhenden Beobachter sei die Amplitude A(x,t) am Ort x zum Zeitpunkt t gegeben durch

A(x, t) ~ exp[i(kx - ωt)] = exp[ik(x - t)]

Bewegt sich ein hypothetischer, physikalisch nicht realisierbarer zweiter Beobachter aus Sicht des ersten Beobachters mit Lichtgeschwindigkeit c = 1 in Ausbreitungslichtung parallel zur elektromagnetischen Welle, so gilt für diesen hypothetischen Beobachter zunächst

x(t) = t + x₀

Setzt man dies ein, so folgt

A = A(x=t+x₀, t) = exp[ik(t+x₀ - t)] = exp[ix₀] = const.

D.h. für mitbewegte Beobachter gilt an seinem Ort x(t) = t + x₀ immer dieselbe Amplitude A = exp[ix₀] = const. D.h. er „sieht“ gerade keine Schwingung sondern eine „eingefrorene Welle“.
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  #10  
Alt 14.10.20, 20:26
Cossy Cossy ist offline
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Registriert seit: 13.11.2019
Beiträge: 27
Standard AW: Schwingung bei Lichtgeschwindigkeit

Das Ganze ist noch ein Stück verwirrender.
Das Photon ist mit c unterwegs => Es hat keine Ausdehnung in Bewegungsrichtung. Selbst die Vorstellung einer eingefrorenen Wellen stimmt nicht wirklich
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