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THEMA: Folge 38: Wozu eine Wahrscheinlichkeitsfunktion für Photonen?

Folge 38: Wozu eine Wahrscheinlichkeitsfunktion für Photonen? 08 Dez 2018 13:19 #45675

Was bei Elektronen (siehe Wellenfunktion in der Schrödingergleichung) noch Sinn macht, ist doch bei Photonen gar nicht nötig. Wir haben doch ein EM-Vektorfeld, das im ganzen Universum verteilt ist. Das reicht doch völlig aus, um die Ausbreitung der Photonen über alle möglichen Pfade zu erklären. Völlig ohne abstrakte Wahrscheinlichkeits-Wellenfunktion ala Schrödinger. Die Wahrscheinlichkeiten ergeben sich doch bereits aus der realen EM-Wellenfunktion automatisch. Einfach durch reale Feld-Superpositionen, also klassisch aufgrund der Maxwell'schen Gleichungen. Wenn man will kann man das natürlich quantisieren um Photonen zu beschreiben, aber eine Wahrscheinlichkeitswelle braucht man dann doch immer noch nicht. Allerdings macht es dann wenig Sinn, Photonen weiterhin als Punktteilchen zu beschreiben.

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Folge 37: Wozu eine Wahrscheinlichkeitsfunktion für Photonen? 08 Dez 2018 18:35 #45688

Hallo Michael D,
die Maxwell-Gleichungen geben eine Ausbreitungsrichtung und eine Ausbreitungsgeschwindigkeit für elektromagnetische Phänomene vor. Woher sollen Photonen diese Regeln kennen? Mit der QED legen wir ein weit tieferliegendes Model zur Beschreibung der Phänomene vor, das ohne diese Regeln auskommt. Regeln, die zu allem Überfluss manchmal mit Wellen und manchmal mit Teilchen erklärt werden müssen. Zudem werden wir noch Phänomene kennen lernen, die bislang ausschließlich mit QED erklärt werden können. Die Maxwell-Gleichungen können Sie sogar aus den Quantenfeldtheorien herleiten. Wir suchen nach einem tieferen Verständnis... dafür braucht es noch ein paar Folgen...
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Folge 37: Wozu eine Wahrscheinlichkeitsfunktion für Photonen? 08 Dez 2018 19:32 #45690

Was wir in den letzten beiden Folge gesehen haben ist ja recht anschaulich (zumindest für mich ;) allerdings auch ein wenig spooky wenn man weiter denkt.
Gesehen haben wir das bzw. warum sich Licht geradlinig ausbreitet. Aber kein Wort von einer bestimmten Richtung.
Das einzelne! Photon müsste von der Quelle aus im gesamten Universum empfangbar sein sofern eine direkte Sichtlinie ohne Hindernis besteht. Es müsste sich quasi wie eine expandierende Kugelschale ausbreiten.
Was aber passiert wenn diese Kugelschale an irgend einer Stelle auf ein Hindernis trifft? Reflektion lässt sich noch relativ einfach verstehen (Folge 36) aber was wenn es absorbiert wird? Dann würde es instantan im gesamten Universum (bzw aus der erwähnten Kugelschale) verschwinden. Das nenne ich "spooky" oder hab ich da was übersehen?

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Folge 37: Wozu eine Wahrscheinlichkeitsfunktion für Photonen? 08 Dez 2018 20:12 #45694

Hallo Merilix,
bitte Vorsicht... Licht nimmt von einem Punkt in der Raumzeit zu einem anderen jeden beliebigen Weg - übrigens auch um ein Hindernis herum... aber eben nur mit einer endlichen Wahrscheinlichkeit. Absorption und Emission haben wir ja noch nicht behandelt - werden wir aber... Zunächst müssen wir in Folge 38 verstehen, was es mit der Drehung der Pfeile auf sich hat und wie die QED den Überbau liefern kann zu den bislang diskutieren Modellen (klassische Mechanik, Relativitätstheorien etc).
Die nächste Folge ist für den 2. Weihnachtsfeiertag geplant - dann werden sich hoffentlich viele Fragen erledigen - und dafür neue Fragen auftauchen...
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Folge 37: Wozu eine Wahrscheinlichkeitsfunktion für Photonen? 08 Dez 2018 20:24 #45697

Merilix schrieb:

Was aber passiert wenn diese Kugelschale an irgend einer Stelle auf ein Hindernis trifft? Reflektion lässt sich noch relativ einfach verstehen (Folge 36) aber was wenn es absorbiert wird? Dann würde es instantan im gesamten Universum (bzw aus der erwähnten Kugelschale) verschwinden. Das nenne ich "spooky" oder hab ich da was übersehen?


Ich denke nicht, dass das Photon dann komplett verschwindet.
Ich denke da gerade an Funkwellen, welche ja auch aus Photonen bestehen.
Wenn eine Empfängerantenne das Photonensignal absorbiert, ist das Signal ja von allen anderen Empfängerantennen die sich im Raum befinden noch weiterhin absorbierbar.
Wahrscheinlich würde es verschwinden, wenn die gesammte Ursprungsenergie des Photons absorbiert werden könnte.
Dazu müsste sich aber wohl an jedem Ort der Kugelschale ein Hindernis befinden.
Das wäre nur in sehr großer Nähe zur Sendequelle möglich, da mit Abstand zur Quelle die Anzahl der möglichen Orte exorbitant wächst.
Ich verstehe das so, dass sich die Gesamtenergie des Photons auch auf die Gesamtoberfläche der kugelschale verteilt.


Aber mal abwarten, was die nächsten Folgen dazu bringen.

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Folge 37: Wozu eine Wahrscheinlichkeitsfunktion für Photonen? 08 Dez 2018 23:36 #45708

Die Kugelschalenvorstellung führt hier zu nix. Ein Photon breitet sich nicht kugelförmig aus. Viele Photonen, die von einer Quelle kugelförmig abgestrahlt werden schon.

Ich will ja nicht vorgreifen, aber man stelle sich vor, was passiert, wenn viele Photonen parallel und senkrecht auf eine plane Glasplatte treffen.
4 % von ihnen werden an der ersten Oberfläche reflektiert, 96% dringen in die Glasplatte ein und von denen, jetzt wieder zu 100% gesetzt, werden an der zweiten Grenzfläche, also beim Verlassen der Glasplatte wieder 4% reflektiert. In grober Näherung verlassen also etwa 92% der ursprünglich auftreffenden Photonen die Glasplatte.
Wenn man das buchhalterisch aufsummiert, dann hat die Glasplatte 8% reflektiert und 92% transmittiert.
Eigentlich sollte sie doch auch etwas absorbiert haben. Hat sie auch. Nur bei einer dünnen Glasscheibe ist der Absorptionsanteil vernachlässigbar.

Was passiert jetzt, wenn wir die Glasscheibe dicker machen.
Die Intuition sagt, dass dann der Absorptionsanteil zunehmen sollte. Am Anfang tut er das auch. Er nimmt zu, dann wieder ab, dann wieder zu und sofort.
Mit Maxwell lässt sich das nicht erklären. Mit den sich in der Zeit drehenden Pfeilen löst sich das Problem.

Also warten auf die nächsten Folgen:)

Thomas

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Folge 37: Wozu eine Wahrscheinlichkeitsfunktion für Photonen? 09 Dez 2018 01:33 #45712

Thomas schrieb: ...
Mit Maxwell lässt sich das nicht erklären. Mit den sich in der Zeit drehenden Pfeilen löst sich das Problem.

Das ist mir schon (einigermassen) klar. Allerdings fliegen da auch keine drehenden Pfeile durch die Luft. Das ist doch "nur" eine quantenmechanische Eigenschaft die sich im \(i\) der Komplexen Wahrscheinlichkeitsfunktion widerspiegelt. Herr Gaßner sprach ja auch davon das man sich besser vorstellen soll die Pfeile drehen sich nur an der Quelle.

Thomas schrieb: Die Kugelschalenvorstellung führt hier zu nix. Ein Photon breitet sich nicht kugelförmig aus. Viele Photonen, die von einer Quelle kugelförmig abgestrahlt werden schon.

Ich denke bei Photonen nicht nur an sichtbares Licht im Petahertzbereich sondern auch an kHz und Mhz, also Radio. Und denke dabei auch an diverse Antennenkonstruktionen mit denen man diese Radio-Photonen einfangen kann um z.B. Westradio und Westfernsehen zu empfangen ;) (oder auch senden -> Amateurfunk)
Auch hatte auch eine Anmerkung von Herrn Gaßner im Sinn wonach das in Folge 36 und 37 gezeigte auch mit Einzelphotonen funktioniert.

PS: bin auch gespannt auf die nächsten Folgen

assume good faith

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Folge 37: Wozu eine Wahrscheinlichkeitsfunktion für Photonen? 09 Dez 2018 13:13 #45720

Josef M. Gaßner schrieb: Hallo Michael D,
die Maxwell-Gleichungen geben eine Ausbreitungsrichtung und eine Ausbreitungsgeschwindigkeit für elektromagnetische Phänomene vor. Woher sollen Photonen diese Regeln kennen?

Das ist es ja gerade. Kommt ganz drauf an, was ein Photon genau ist. EM-Wellen und Photonen haben doch beide einen Impuls und somit eine Richtung. Selbst ein Photon als Punktteilchen hat Impuls und somit Richtung. Und da es auch Energie hat, besitzt es auch Trägheit und fliegt daher bevorzugt in die Richtung weiter aus der es gekommen ist. Mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit weicht das Photon natürlich vom Weg ab. Würde heissen, die Wahrscheinlichkeitsfunktion ergibt sich aus klassischen Regeln und nicht umgekehrt.

Mit der QED legen wir ein weit tieferliegendes Model zur Beschreibung der Phänomene vor, das ohne diese Regeln auskommt. Regeln, die zu allem Überfluss manchmal mit Wellen und manchmal mit Teilchen erklärt werden müssen.

Kann es denn darum gehen, dass man ohne diese Regeln auskommt? Die Regeln von Impuls, Richtung und Trägheit scheinen doch offensichtlich zu reichen. Demnach wäre ein Photon sowohl Teilchen und Welle und wäre im kompletten Universum verteilt, hätte somit eine unendliche Ausdehnung. Also genau das Gegenteil eines Punktteilchens. Allerdings hätte die Energiedichteverteilung des Photons im Falle einer Messung Punktteilchencharakter. Das ist doch eigentlich ein sehr schönes, anschauliches Modell aus dem sich Wahrscheinlichkeiten ergeben. Und das klassische EM-Feld würde völlig ausreichen.

Zudem werden wir noch Phänomene kennen lernen, die bislang ausschließlich mit QED erklärt werden können.

Das wäre natürlich etwas, was mich überzeugen könnte. Von daher bin ich gespannt auf die nächsten Folgen.

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Folge 37: Wozu eine Wahrscheinlichkeitsfunktion für Photonen? 09 Dez 2018 23:07 #45747

Michael D,
der Feynman hat da mit seinen i - drehenden Pfeilen ein Modell in die Welt gesetzt, das mehr erklären kann, als das, was Maxwell mit seiner Beschreibung erklären konnte.
Insofern ist Maxwell ein ableitbarer Spezialfall des allgemeineren Feynman. Aus der Feynmanbeschreibung lässt sich Maxwell herleiten.
Josef versucht gerade, ein tieferes Verständnis der Zusammenhänge darzulegen. Lass dich doch erst mal darauf ein und opponiere nicht gleich.:)
Thomas

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Folge 37: Wozu eine Wahrscheinlichkeitsfunktion für Photonen? 10 Dez 2018 09:46 #45753

Thomas schrieb: Josef versucht gerade, ein tieferes Verständnis der Zusammenhänge darzulegen. Lass dich doch erst mal darauf ein und opponiere nicht gleich.:)

Gut, mache ich. Kein Problem.

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Folge 37: Wozu eine Wahrscheinlichkeitsfunktion für Photonen? 11 Dez 2018 07:29 #45792

MichaelD,
ein EM-Vektorfeld, das im ganzen Universum verteilt sein soll, ist mir nicht bekannt.
Was soll das sein? Das erwähnst du in deinem Startpost.
Thomas

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Folge 37: Wozu eine Wahrscheinlichkeitsfunktion für Photonen? 11 Dez 2018 11:37 #45796

Thomas schrieb: ein EM-Vektorfeld, das im ganzen Universum verteilt sein soll, ist mir nicht bekannt.
Was soll das sein? Das erwähnst du in deinem Startpost.

Wie bitte? Ist die Frage ernst gemeint? Also erstens sind elektrische und magnetische Felder Vektorfelder, das dürfte klar sein. Und natürlich müssen sie überall im Universum vorhanden sein, denn es ist ja auch überall EM-Strahlung im Universum vorhanden. Ich kann also ganz klassisch ohne Wahrscheinlichkeiten jedem Punkt im universellen Kontinuum eine vektorielle elektrische und magnetische Feldstärke (kleine Pfeile) zuordnen. Sogar innerhalb eines Protons/Neutrons. Genauso ist ja das skalare Higgsfeld auch ganz klassisch (kleine Punkte) überall im Universum vorhanden.

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Folge 37: Wozu eine Wahrscheinlichkeitsfunktion für Photonen? 12 Dez 2018 00:16 #45835

MichaelD,
Danke für die Klarstellung. Du meintest die Summe aller Vektorfelder, die von geladenen Teilchen ausgehen.
Es klang aber so, als ob du von einem EM -Vektorfeld ausgegangen bist,das ähnlich dem Higgsfeld homogen und isotrop im ganzen Universum verteilt sein sollte.
Dass es so etwas nicht gibt, darin sind wir uns dann wohl einig.
Thomas

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Folge 37: Wozu eine Wahrscheinlichkeitsfunktion für Photonen? 12 Dez 2018 09:40 #45839

Thomas schrieb: Dass es so etwas nicht gibt, darin sind wir uns dann wohl einig.

Wie Du weisst, braucht ein Photon keine geladene Quelle. Daher ist das EM-Feld homogen im ganzen Universum verteilt, nur nicht isotrop. Denn es gibt ja von Punkt zu Punkt verschiedene Feldstärken.

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Folge 37: Wozu eine Wahrscheinlichkeitsfunktion für Photonen? 12 Dez 2018 22:14 #45867

Michael D,
ein Photon braucht keine geladene Quelle? Ich wüsste nicht, wie es ohne eine solche entstehen sollte.

Homogen im ganzen Universum verteilt? Beziehst du dich hier auf die Photonen der Hintergrundstrahlung?
Die scheint aber homogen und isotrop zu sein. Egal, auf welchen Himmelskörper du dich setzt, du wirst immer die gleiche Temperaturverteilung zum Zeitpunkt x messen.

Nur innerhalb eines Photons (Wellenbild) bilden sich Vektorfelder aus. Außerhalb gibt es keine.
Erst wenn Photonen ihre Energie in Teilchen umwandeln, entstehen messbare Vektorfelder.

Für die, die nicht wissen, was ein Vektorfeld charakterisiert, sei angemerkt, dass man in einem Vektorfeld zu jedem Ort im Feld eine Feldstärke und Kraftrichtung findet. Wurscht, ob das ein elektrisches, ein magnetisches oder ein gravitatives Feld ist.
Findet man diese Größen nicht, handelt es sich um ein skalares Feld, in dem es keine bestimmbare Feldstärke und auch keine ausgezeichnete Richtung gibt. Beispiel: Higgsfeld.

Das ist der Grund, warum der Photonensee der Hintergrundstrahlung keinen Vektorfeldcharakter hat.

Die Aussage stimmt natürlich nicht ganz, denn Photonen, als Energiepakete betrachtet, gehorchen natürlich der ART. Dh., sie tragen auch zum Energie - und Schwerezugewinn der SL bei und damit zu einer immer stärker werdenden Verformung der Raumzeit durch diese.
Durch diese Transformation prägen sich gravitative Vektorfelder immer stärker aus.

Das Photonenmeer der Hintergrundstrahlung liefert kein universelles Vektorfeld.

Thomas

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Folge 38: Wozu eine Wahrscheinlichkeitsfunktion für Photonen? 13 Dez 2018 09:41 #45877

Thomas schrieb: Das Photonenmeer der Hintergrundstrahlung liefert kein universelles Vektorfeld.

Aber sicher. Ohne diese Vektorfelder könnten sich EM-Wellen gar nicht bewegen. Zeig mir einen Punkt im Universum, der frei von Feldstärke und Feldrichtung ist. Es gibt ja auch keinen Higgfeld-freien Punkt im Universum.

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Folge 38: Wozu eine Wahrscheinlichkeitsfunktion für Photonen? 01 Jan 2019 15:40 #46506

Also ich muss sagen, auch nach Folge 38 sehe ich keine Notwendigkeit der Interpretation des Feynman'schen Pfadintegrals als eine Summierung von Wahrscheinlichkeitsamplituden. Die "kleinen sich drehenden Pfeile" gelten aus meiner Sicht nach wie vor ebenso für ein klassisches Vektorfeld, zumal im Laufe der Folge dann doch eingeräumt wurde, dass man die Länge der Pfeile aufgrund des Intensitätsverlusts mit dem Quadrat des Abstandes eben nicht gleich 1 setzen kann. Was mir nach wie vor fehlt ist die zwingende Notwendigkeit der Interpretation als Wahrscheinlichkeitsamplitude. Ich bitte um den ultimativen Beweis.

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Folge 38: Wozu eine Wahrscheinlichkeitsfunktion für Photonen? 01 Jan 2019 19:11 #46518

Ich bin gespannt, wie die Ausbreitung mit der Lichtgeschwindigkeit begründet wird.

Bei der Quantenmechanik bewegt sich die Welle mit der Lichtgeschwindigkeit und es gibt eine Welle, die sich geradeaus bewegt.

Bei der Quantenelektrodynamik gibt es Felder (Pfeile), die unterschiedlich beliebige lange Wege nehmen. Wenn sie sich unendlich schnell bewegen, dann erreicht das Photon das Ziel sofort.
Und wenn sie sich mit der Lichtgeschwindigkeit bewegen, dann gibt es Pfeile, die noch unterwegs sind und das Photon erreicht langsamer als der Lichtgeschwindigkeit das Ziel.

Seit kurzem habe ich entdeckt, dass ich ein Roboter bin. Seitdem ärgere ich mich kaum mehr, und Du?

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Seit kurzem habe ich entdeckt, dass ich ein Roboter bin. Seitdem ärgere ich mich kaum mehr, und Du?

Folge 38: Wozu eine Wahrscheinlichkeitsfunktion für Photonen? 06 Jan 2019 20:22 #46743

Hallo Jamali,
wenn Sie die Frage stellen, wie schnell sich Information in der Raumzeit ausbreitet, dann starten Sie an einem bestimmten Punkt zu einer bestimmten Zeit und propagieren zu einem anderen Punkt in der Raumzeit, dh. einem anderen Punkt zu einer anderen Zeit. Damit ist die Endzeit festgelegt. Es gibt kein früher oder später Ankommen. Laut Pfadintegral können Sie zwischendrin beliebig langsam oder schnell im Wechsel unterwegs sein - aber am Endpunkt in der Raumzeit müssen Sie rechtzeitig eintreffen...

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