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[quote="TomS"]Die Vakuum Lichtgeschwindigkeit stellt eine universelle Obergrenze dar. Sie hat noch nicht einmal speziell etwas mit Licht zu tun, es handelt sich um eine prinzipielle, geometrische Eigenschaft der Raumzeit. Tscherenkow-Strahlung entsteht, wenn sich ein geladenes Teilchen in einem Medium mit Geschwindigkeit größer als der [b]Lichtgeschwindigkeit in diesem Medium[/b] bewegt – natürlich nicht größer als Vakuum-Lichtgeschwindigkeit. Eine grobe Analogie zur Tscherenkow-Strahlung ist die Schockwelle des Machschen Kegels bei Überschallgeschwindigkeit.[/quote]
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willyengland
Verfasst am: 23. Sep 2024 12:08
Titel:
Ok, verstehe. Interessant.
TomS
Verfasst am: 22. Sep 2024 19:06
Titel:
DrStupid hat Folgendes geschrieben:
Das ist aber nur ein Artefakt. Wenn man das Ganze vollständig beschreiben will, dann kann man das Photon nicht von dem Medium trennen, durch das es sich bewegt.
Im vorliegenden Fall will man es ja gerade nicht vollständig beschreiben. Man integriert das Medium aus, es verbleibt die effektive Masse.
DrStupid
Verfasst am: 22. Sep 2024 18:21
Titel:
willyengland hat Folgendes geschrieben:
Also je langsamer das Photon wird, desto mehr "effektive Masse" hat es?
Effektive Masses resultieren oft aus einer vereinfachten Beschreibung u.a. unter Vernachlässigung der Umgebung. Wenn sich etwas im Vakuum langsamer als c bewegt, dann muss es zwangsläufig eine Masse haben und bei gleicher Energie wird diese Masse umso größer, je langsamer es wird. Das ist aber nur ein Artefakt. Wenn man das Ganze vollständig beschreiben will, dann kann man das Photon nicht von dem Medium trennen, durch das es sich bewegt.
In der Festkörperphysik gibt es übrigens sogar Fälle mit negativer effiktiver Masse, bei denen z.B. Elektronen in die entgegengesetzte Richtung der angreifenden Kraft bewegt werden. Ein makroskopisches Analogon wäre ein Brennan-Torpedo, der nach vorn beschleunigt wird, indem man nach hinten daran zieht. Wenn man das ohne Berücksichtigung des Mediums vereinfachenend mit dem 2. Newtonschen Axiom beschreibt, dann kommt dabei auch eine negative Masse raus.
TomS
Verfasst am: 22. Sep 2024 09:05
Titel:
willyengland hat Folgendes geschrieben:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Letztlich erhält man aus einem masselosen freien Photons ein massives effektives Photon.
Also je langsamer das Photon wird, desto mehr "effektive Masse" hat es?
Nee, bitte nicht an Photonen als Teilchen mit einer Geschwindigkeit denken. Ich habe ja gesagt, dass ich noch etwas verschwiegen habe 😉
Man betrachtet die fundamentalen Regeln zur Ausbreitung von Photonen; Ausgangspunkt sind die Maxwellschen Gleichungen. Man wendet diese bzw. den daraus folgenden Propagator für m = 0 zusammen mit weiteren Regeln der QFT auf die Wechselwirkung der Welle mit einem Medium an, insbs. auf "freie Propagation – Streuung – freie Propagation – Streuung – freie Propagation – …"
In gewissen Fällen kann man dies aufsummieren und erhält eine neue Wellengleichung bzw. einen neuen Propagator für M > 0. D.h. dieses "freie Propagation mit m = 0 – Streuung – freie Propagation mit m = 0 …" lässt sich beschreiben durch "Propagation mit M > 0".
Über eine Geschwindigkeit und ein Photon als Teilchen haben wir da noch nicht gesprochen.
Ein einfaches Beispiel aus der QM zur Summation, das aber nicht auf diese effektive Masse führt, ist die Bornsche Reihe:
https://www.uni-muenster.de/Physik.TP/archive/fileadmin/lehre/TheorieAKkM/ws12/Kabelitz-Schwartlaender.pdf
https://juser.fz-juelich.de/record/20885/files/A2_Bluegel.pdf
willyengland
Verfasst am: 22. Sep 2024 07:59
Titel:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Letztlich erhält man aus einem masselosen freien Photons ein massives effektives Photon.
Also je langsamer das Photon wird, desto mehr "effektive Masse" hat es?
Interessante Sichtweise. Habe ich so noch nie gehört.
TomS
Verfasst am: 22. Sep 2024 07:01
Titel: Re: Wie beschleunigt Licht beim Übergang Glas - Luft
Kurt hat Folgendes geschrieben:
Die Geschwindigkeit der Ausbreitungen der longitudinalen Druckänderung im Medium, genannt Licht, ist vom Mediumszustand abhängig.
Ändert sich dieser, durch Anwesenheit von Materie, verändert sich die "Mediumsgeschwindigkeit".
Das ist natürlich Quatsch.
Celestina_Shepherd
Verfasst am: 21. Sep 2024 23:22
Titel: Re: Wie beschleunigt Licht beim Übergang Glas - Luft
ML hat Folgendes geschrieben:
...
Eine andere lautet: Photonen bewegen sich entweder mit c oder gar nicht. Sie werden an einigen Atomen absorbiert und anschließend emittiert. In der Zeit, in der sie weg (absorbiert) sind, breitet sich das Licht nicht weiter aus.
Was sagt die theoretische Physik zu der Fragestellung?
Auch wenn die "Feynman-Lectures" nur als Vorlesungsreihe für Einsteiger der Physik gedacht waren, so halte ich diese doch für sehr hilfreich und aufschlussreich, was z.B. die Gruppen- oder Phasengeschwindigkeit bei einer elektromagnetischen Welle betrifft. Ob die Erklärungen hier weit genug führen, um diesbezüglich eine "saubere" Antwort zu liefern, kann ich nicht beurteilen, denn mittlerweile sind ja über 60 Jahre vergangen. Aber es klingt damals schon an, dass es sich hierbei um einen recht komplizierten Sachverhalt handelt.
siehe Kap. 31 und 48 bei den "Lectures":
feynmanlectures.caltech.edu/I_31.html
Grüße von Celestina
Kurt
Verfasst am: 21. Sep 2024 23:20
Titel: Re: Wie beschleunigt Licht beim Übergang Glas - Luft
ML hat Folgendes geschrieben:
Hallo,
in Glas hat Licht eine kleinere Lichtgeschwindigkeit als in Luft. Wenn Licht zunächst durch Glas und anschließend durch Luft verläuft, wird es schneller. Wie kommt es zu dieser Beschleunigung (bzw. zur Abbremsung im Medium)?
Bei Licht gibts keine Beschleunigung, Licht ist kein Ding das irgendwie existiert.
Die Geschwindigkeit der Ausbreitungen der longitudinalen Druckänderung im Medium, genannt Licht, ist vom Mediumszustand abhängig.
Ändert sich dieser, durch Anwesenheit von Materie, verändert sich die "Mediumsgeschwindigkeit".
Kurt
TomS
Verfasst am: 21. Sep 2024 16:17
Titel:
Ich skizziere das mal für skalare Felder (für Photonen sieht das folgende sehr ähnlich aus, allerdings muss man zusätzlich die Polarisationen betrachten).
Der freie Propagator eines Skalarfeldes der Masse m lautet in Impulsdarstellung
wobei k für den Viererimpulsvektor steht.
Das ist letztlich die Greensche Funktion der Klein-Gordon-Gleichung.
In einem Medium oder einer thermischen Umgebung mit Temperatur T > 0 erhält man eine Korrektur der Selbstenergie, also der Masse; d.h.
mit der effektiven Masse M
und der Selbstenergie-Korrektur Sigma.
Ein bekannter Effekt ist das Debye-Screening in einem Plasma. Das zunächst masselose Photon erhält durch die Polarisierbarkeit des Mediums eine effektive Masse. Im Ortsraum folgt aus dem Propagator das Potential zwischen zwei Ladungen; aufgrund der effektiven Masse wird aus dem Coulomb-Potential ein Yukawa-Potential mit der charakteristischen Debye-Länge.
https://en.wikipedia.org/wiki/Debye_length
Der eigtl. Witz, den ich unterschlagen habe, ist natürlich die Berechnung der Selbstenergie-Korrektur Sigma mittels der Quantenfeldtheorie unter Verwendung des freien Propagators plus Streuung, insbs. die Abhängigkeit vom Viererimpuls k.
TomS
Verfasst am: 21. Sep 2024 14:05
Titel:
willyengland hat Folgendes geschrieben:
Also es gibt in Wahrheit nur die Vakuumlichtgeschwindigkeit, alles andere ?
Das ist "Ping-pong"-Bild ist natürlich viel zu einfach, um quantitativ vernünftige Ergebnisse zu erhalten; insbs. muss man die QED verwenden. Aber ja, prinzipiell geht es in diese Richtung.
Man betrachtet im Rahmen der QED die Propagation freier Photonen sowie deren Streuung an freien Ladungsträgern, Atomen o.ä. und berechnet daraus die Propagation "effektiver" Photonen"; "effektiv" heißt, dass es eine "neue Art Photon" ist, das jetzt wieder frei propagiert, d.h. ohne Streuung, dass diese jedoch implizit in Korrekturtermen berücksichtigt ist. Letztlich erhält man aus einem masselosen freien Photons ein massives effektives Photon.
Ich kenne sowohl das Ergebnis für das freie als auch das für das effektive Photon, aber nicht die explizite Herleitung über die Streuung; ich muss suchen.
blueman
Verfasst am: 21. Sep 2024 11:29
Titel:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Warum sollte die in-Medium-Lichtgeschwindigkeit irgendeine Obergrenze darstellen?.
Transparente Medien logischerweise, ist es nicht? Nagut dann nicht, war geraten.
willyengland
Verfasst am: 21. Sep 2024 10:59
Titel:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Mit klassischen Teilchen kommen wir hier nicht weiter, und die Quantenelektrodynamik liefert keine anschaulich Erklärung.
Versuchen wir es mit der Maxwellschen Elektrodynamik. Gemäß dieser bewegt sich Licht im Vakuum immer exakt mit der selben Geschwindigkeit. Stellen wir uns nun ein sehr dünnes Gas vor, dessen Atome bzw. deren Ladungsverteilung eine endliche Ausdehnung haben und quasi als Antennen funktionieren – d.h. in irgendeiner Form elektromagnetische Wellen, absorbieren und verlustfrei wieder emittieren. Außerhalb der Atome haben wir dann elektromagnetische Strahlung im Vakuum, innerhalb der Atome Ladungs- und Stromdichten.
Was also ist der Effekt?
Nennt man das "Streuung"? Wiederholte Absorption/Emission?
Also es gibt in Wahrheit nur die Vakuumlichtgeschwindigkeit, alles andere ist "Ping-pong"?
TomS
Verfasst am: 21. Sep 2024 10:56
Titel:
blueman hat Folgendes geschrieben:
Ist schon klar soweit, nur ich verstehe nicht wie etwas schneller sein kann als das Licht, egal welches Medium.
Warum sollte die in-Medium-Lichtgeschwindigkeit irgendeine Obergrenze darstellen?
Die universelle Grenzgeschwindigkeit ist eine rein geometrische Eigenschaft der Raumzeit. Sie gilt unter anderem für Licht, jedoch auch für diverse andere Phänomene.
Telemann
Verfasst am: 20. Sep 2024 22:31
Titel: Re: Wie beschleunigt Licht beim Übergang Glas - Luft
ML hat Folgendes geschrieben:
Eine Erklärungsidee lautet: Wenn sich Partikel (Glas) im Raum befinden, werden halbwegs direkte Wege gegenüber längeren Wegen unwahrscheinlicher.
Was meinst du mit direktem Weg? Licht bereitet sich auch in Glas gradlinig aus. (Fermatsches Prinzip)
Zitat:
Nach der Idee der Pfadintegrationsregel wird die Laufzeit dadurch länger.
???
Zitat:
Sie werden an einigen Atomen absorbiert und anschließend emittiert. In der Zeit, in der sie weg (absorbiert) sind, breitet sich das Licht nicht weiter aus.
Nein, das wäre ja Phosphoreszenz.
Stichworte wären Lorentz-Lorenz-Formel und Ewald-Oseen-Extinction-Theorem.
blueman
Verfasst am: 20. Sep 2024 20:58
Titel:
Ist schon klar soweit, nur ich verstehe nicht wie etwas schneller sein kann als das Licht, egal welches Medium. Also ist Licht doch eine Welle und kein Teilchen?
TomS
Verfasst am: 20. Sep 2024 10:49
Titel:
Die Vakuum Lichtgeschwindigkeit stellt eine universelle Obergrenze dar. Sie hat noch nicht einmal speziell etwas mit Licht zu tun, es handelt sich um eine prinzipielle, geometrische Eigenschaft der Raumzeit.
Tscherenkow-Strahlung entsteht, wenn sich ein geladenes Teilchen in einem Medium mit Geschwindigkeit größer als der
Lichtgeschwindigkeit in diesem Medium
bewegt – natürlich nicht größer als Vakuum-Lichtgeschwindigkeit. Eine grobe Analogie zur Tscherenkow-Strahlung ist die Schockwelle des Machschen Kegels bei Überschallgeschwindigkeit.
blueman
Verfasst am: 20. Sep 2024 10:38
Titel:
Wenn sie schon dabei sind, wieso kann es eine Tscherenkow-Strahlung geben? Es heist doch immer nichts ist schneller als das Licht.
TomS
Verfasst am: 20. Sep 2024 07:34
Titel:
Mit klassischen Teilchen kommen wir hier nicht weiter, und die Quantenelektrodynamik liefert keine anschaulich Erklärung.
Versuchen wir es mit der Maxwellschen Elektrodynamik. Gemäß dieser bewegt sich Licht im Vakuum immer exakt mit der selben Geschwindigkeit. Stellen wir uns nun ein sehr dünnes Gas vor, dessen Atome bzw. deren Ladungsverteilung eine endliche Ausdehnung haben und quasi als Antennen funktionieren – d.h. in irgendeiner Form elektromagnetische Wellen, absorbieren und verlustfrei wieder emittieren. Außerhalb der Atome haben wir dann elektromagnetische Strahlung im Vakuum, innerhalb der Atome Ladungs- und Stromdichten.
Wird das Gas zunehmend dichter, bzw. lassen wir die Einschränkung der endlichen Ausdehnung der Atome fallen, so wird dieses Bild natürlich unzutreffend. Wir modellieren die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen dann innerhalb eines Mediums mit geringerer Geschwindigkeit als der Vakuum-Lichtgeschwindigkeit. Das ist jedoch lediglich eine effektive Beschreibung, keine fundamentale, denn die Maxwellschen Gleichungen in Materie enthalten ja gerade die Absorber- und Emitter-Terme nicht.
Das erste Modell liefert eine sehr stark vereinfachte, mikroskopische Darstellung, die zweite lediglich eine makroskopische. Die Antwort auf deine Frage wäre eine Kombination aus beidem, d.h. die Antwort läge in der Emission elektromagnetischer Wellen ausgehend von einem einzelnen Atom. Ich muss dazu auch erst auf die Suche gehen.
ML
Verfasst am: 19. Sep 2024 22:02
Titel: Wie beschleunigt Licht beim Übergang Glas - Luft
Hallo,
in Glas hat Licht eine kleinere Lichtgeschwindigkeit als in Luft. Wenn Licht zunächst durch Glas und anschließend durch Luft verläuft, wird es schneller. Wie kommt es zu dieser Beschleunigung (bzw. zur Abbremsung im Medium)?
Eine Erklärungsidee lautet: Wenn sich Partikel (Glas) im Raum befinden, werden halbwegs direkte Wege gegenüber längeren Wegen unwahrscheinlicher. Nach der Idee der Pfadintegrationsregel wird die Laufzeit dadurch länger.
Eine andere lautet: Photonen bewegen sich entweder mit c oder gar nicht. Sie werden an einigen Atomen absorbiert und anschließend emittiert. In der Zeit, in der sie weg (absorbiert) sind, breitet sich das Licht nicht weiter aus.
Was sagt die theoretische Physik zu der Fragestellung?
Viele Grüße
Michael