Geheimnis: Photonen

[DrCrank]

Ich habe mir mal ein paar Gedanken über Photonen in bezug auf die Spezielle Relativitätstheorie gemacht und verblüffendes festgestellt.

Jedes Photon bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit (c) und hat eine Ruhemasse von 0. Das Aussehen eines Photons ist nicht sicher. Ich stelle es mir als freies Energiepartikel vor.

1. Wie jeder bewegte Körper müsste ein Photon auch der Lorentz-Kontraktion unterliegen, die besagt, dass ein Objekt längs seiner Bewegungsrichtung kontrahiert wird, wenn man ihn beschleunigt. Bei der Geschwindigkeit c müsste das Photon gemäß der Formel

d=do*(1-v²/c²)^1/2

d=Länge des Objekts in Bewegung
do= Länge des Objekts in Ruhe

auf eine Länge von 0 kontrahiert werden (wenn v = c). Demnach hätte es nur eine Ausdehnung in zwei Koordinatenachsen, d. h. es wäre 2-dimensional. Oder vielleicht doch nicht???

2. Jedes bewegte Objekt unterliegt auch der Zeitdilatation. Wenn dies auch für Photonen gilt bewegen sich diese aus Sicht eines ruhenden Beobachters mit c. Aus Sicht der Photonen müssten sich diese jedoch unendlich schnell bewegen, da die Zeit für sie gemäß der Formel

t=to*(1-v²/c²)^1/2

t= Zeit des bewegten Objekts
to= Zeit des ruhenden Objekts

stillsteht (wenn v = c). Andererseits müsste die Zeit im ruhenden Inertialsystem dann unendlich schnell vergehen. Daraus kann man wieder den Schluss ziehen, dass sich ein Photon dann überall befinden müsste (aus der Sicht des ruhenden Beobachters). Dies ist jedoch nicht der Fall, oder doch???

Vielleicht könnt ihr mir Auskunft geben. Es kann auch sein, dass ich einen Gedankenfehler gemacht habe.

Bin gespannnt auf eure Beiträge
drcrank

 

[Atlan]

Es kann auch sein, dass ich einen Gedankenfehler gemacht habe.

eher nicht, aber das photon besitzt eine teil-welle-dualität. anders ließe es sich nicht erklären...

die obigen formeln treffen für massen/körper zu, nicht aber für wellen.

 

[Plaayer]

Bahnhof! (Klingt aber seeeehr wissenschaftlich!)

 

[HamsterofDeath]

ich vermute einfach mal, dass das licht sich nicht mit lichtgeschwindigkeit bewegt, sondern nur fast.

 

[Ordnungszahl94]

Warum heißts denn "Lichtgeschwindigkeit"? Weils die Geschwindigkeit des Lichts ist..

Ansonsten schließ ich mich mal Atlan an

 

[Lyle]

Ich kenne mich mit diesem Teilgebiet der Physik nicht so genau aus, kann dir deshalb nur eine allgemeine Erklärung geben.
Ich nehme einmal an, dass die aufgeführten Formeln für den sogenannten klassischen Grenzfall gelten.
Wie Du vielleicht weist, gelten die Regeln der klassischen Physik, also dass was man in der Schule so lernt, nicht für kleine Teilchen mit geringen Energien. Dort gelten diese klassischen Regeln nicht mehr und man verwendet komplett neue Konzepte, die Regeln der Quantenmechanik, die manchmal mit dem "gesunden Menschenverstand" nicht das geringste zu tun haben. erhöht man die Energie dieses Teilchens, oder alternativ die Masse, dann gehen die Ergebnisse der Quantenmechanik langsam in die der klassischen Physik über, man befindet sich dann im sogenannten klassischen Grenzfall. Wo dieser liegt, ist von dem System und dem Problem abhängig, dass du betrachtest.
Zur Erklärung deines Problems wird es so sein, dass der klassische Grenzfall nicht erreicht ist und Du diese Formeln ganz einfach nicht anwenden darfst.

 

[HamsterofDeath]

Warum heißts denn "Lichtgeschwindigkeit"? Weils die Geschwindigkeit des Lichts ist..

Ansonsten schließ ich mich mal Atlan an

ne. die lichtgeschwindigkeit ist die maximale erreichtbare geschwindigkeit. licht im absoluten vakuum erreicht sie.
aber es gibt kein absolutes vakuum, also wirds langsamer (licht im wasser bewegt sich nur mit 1/9 c)

 

[captainfuture]

Warum heißts denn "Lichtgeschwindigkeit"? Weils die Geschwindigkeit des Lichts ist..

Ansonsten schließ ich mich mal Atlan an

ne. die lichtgeschwindigkeit ist die maximale erreichtbare geschwindigkeit. licht im absoluten vakuum erreicht sie.
aber es gibt kein absolutes vakuum, also wirds langsamer (licht im wasser bewegt sich nur mit 1/9 c)

meines wissen bewegt sich licht auch im wasser mit c, nur ist c(vakuum) nicht gleich c(wasser). c wird pauschal immer mit ca. 300.000 km/s angegeben, wobei vergessen wird, dass es sich dabei um c(vakuum) handelt.

 

[Gurke]

Stimmt nicht, Licht hat in verschiedenen Medien verschiedene Geschwindigkeiten.

Suchmal nach dem Brechungsgesetz, da stehts auch drin.

 

[Konteradmiral]

Guter Gedanke mit der Lorentz-Kontraktion. Ist auch kein Gedankenfehler. Nur noch nicht ganz zu Ende gedacht:

Nicht nur das Photon (bzw. sein Teilchenaspekt) unterliegt der Lorentz-Kontraktion, sondern auch das Universum außenherum. Da wir ja, Relativität, ich hör dich trapsen, auch annehmen können, das das Photon still darsteht und der Raum mit Lichtgeschwindigkeit an ihm vorbeizieht, ist das auch verständlich.

Insgesamt sieht das dann so aus:

Das Photon, auf eine 2-dimensionale Ebene kontrahiert, ist ein Punkt auf dem Raum, der ebenso in der Bewegungsrichtung des Photons zu einer 2d-Ebene zusammengeschoben wurde. Damit wird auch die "unendliche" Zeitdilatation erklärbar, aus der Perspektive des Photons vollzieht es seine Reise in unendlich kurzer Zeit, da seine Bahn ja nicht mehr eine Strecke sondern nur noch ein Punkt ist.

Sehr schön wird diese unglaubliche Tatsache in dem Buch "Alles ist Relativ" aus der Reihe "Die Abenteuer des Anselm Wüßtegern" von Jean-Pierre Petit verdeutlicht. Erklärt moderne Physik korrekt und doch unterhaltsam als Comic, leider bei Amazon nicht mehr erhältlich.

 

[captainfuture]

Stimmt nicht, Licht hat in verschiedenen Medien verschiedene Geschwindigkeiten.

hab ich doch geschrieben : und zwar mit c(<medium>). lichtgeschwindigkeit ist die geschwindigkeit des lichts, egal ob 300.000 km/s oder 10 km/h, nur, wenn wir von lichtgechwindigkeit sprechen, assoziieren wir automatisch c(vakuum), was eigentlich nicht korrekt ist.

 

[theboescho]

hmm

bin zwar erst 15, aber viva la internet *gg*, licht kann auch geschw. von bis zu 3xLichtgeschwindikeit erreichen, z.B. wenn man Licht durch einen Tunnel schießt.

Das Licht ist immer gleich schnell am andern Ende, egal wie lang das Rohr oder der Tunnel ist...



theboescho

 

[Atlan]

licht kann auch geschw. von bis zu 3xLichtgeschwindikeit erreichen, z.B. wenn man Licht durch einen Tunnel schießt.

der sogenannte tunnel-effekt...

aber diese theorie unterstütze ich nicht.

bei den versuchen wurde ein gauss-impuls verwendet. tatsächlich kam der beginn des signals mit überlichtgeschwindigkeit an. nur nützt dies nichts weil die wesentlichen information (maximale amplitude und gesamtsignal, beim gauss 10% der amplitude) "nur" mit lichtgeschwindigkeit übertragen wurden...

 

[Vondenburg]

@theboescho: Um genau zu sein: Das Licht reist eigentlich gar nicht durch diesen "Tunnel", sondern es befindet sich überall im "Tunnel" gleichzeitig. Daher erhöht sich die Geschwindigkeit des Lichtes kein bisschen. (Willkommen in der Quantenmechanik )

Und wie Atlan schon sagte, ist der Tunneleffekt noch sehr umstritten...

 

[Atlan]

der tunnel-effekt existiert wirklich.
bestes beispiel wäre hierfür das raster-tunnel-mikroskop als technische realisierung der schrödinger-gleichung.

wie dies aber bei elektromagnetischen wellen aussieht, ist in der tat wirklich umstritten.

 

[Vondenburg]

Öhm. Das meinte ich...

 

[DrCrank]

Ich hab mal von einem Experiment gehört, bei dem man Licht durch ein Gas leitete, welches die Photonen angeblich auf Überlichtgeschwindigkeit beschleunigt. Man konnte dann beobachten, dass der Lichtstrahl früher aus dem Gas austrat als er eintrat, d. h. die Zeit verlief für die beschleunigten Photonen rückwärts.

Das Ganze kann ich mir zwar sehr schlecht vorstellen, hab aber mal davon gehört.
Vielleicht wisst ihr etwas darüber.

drcrank

 

[Vondenburg]

@DrCrank: DAS ist der vorher besprochene Tunneleffekt. Und da gilt was Atlan sagte.

 

[Lyle]

Zum Tunneleffekt:
Erstmal als Grundlage der Wellet-Teilchen Dualismus. Vom Prinzip her gibt es keinen Unterschied zwischen Welle und Teilchen. Jede Welle besitzt Teilcheneigenschaften und jedes Teilchen Welleneigenschaften. Das heißt selbst ich Lyle bin eine Welle, man kann meine Wellenlänge sogar berechnen (bin jetzt aber zu faul dazu), aber da ich den klassischen Grenzfall repräsentiere (Viel zu viel Masse habe) kann man meine Welleneigenschaften getrost vernachlässigen.
In dem Bereich indem Tunneleffekte normalerweise eine Rolle spielenauftreten, dass heißt bei Protonen und kleinerem Zeug, kann man das nicht mehr. In der Quantenmechanik werden diese Teilchen alle als Welle beschrieben, dass heißt, das Elektron ist auch eine Welle. Trifft eine Welle nun auf ein Hindernis, dass sie klassisch nicht durchdringen kann, wie ein Tennisball auf eine Mauer, dann ist das in der Quantenmechanik durchaus möglich. Im Wellenbild befindet sich Teil der Welle vor der Mauer, ein Teil in der Mauer und ein Teil hinter der Mauer. Im Teilchenmodell kann das Teilchen mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit hinter der Mauer auftauchen. Ob dieser Vorgang des Auftauchens auf der anderen Seite nun Zeit benötigt ist meines Wissens nach noch nicht endgültig bestimmt. Die Messung eines derartigen Zeitunterschiedes ist nämlich ausgesprochen schwierig und Fehlerbehaftet.

 

[HamsterofDeath]

Man konnte dann beobachten, dass der Lichtstrahl früher aus dem Gas austrat als er eintrat, d. h. die Zeit verlief für die beschleunigten Photonen rückwärts.

und was passiert, wenn man wartet, bis er austritt, und ihn dann garnicht reinschickt ?
woher weiss der lichtstrahl denn so genau, dass er reingeschickt werden wird ?

steht vielleicht schon alles fest =?

uaaaaaaaaaaaa!!!!