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THEMA: Frage zur Lichtgeschwindigkeit

Frage zur Lichtgeschwindigkeit 06 01. 2020 18:53 #63411

Kurze Frage eines nicht Physikstudierenden ^^.
Hoffe es ist nicht zu Banal.


Wenn ein Photon immer mit Lichtgeschwindigkeit im Vakuum unterwegs ist und gegen einen Spiegel trifft und von dort aus reflektiert wird. Was passiert dann? Wird es nicht abgebremst? Also wie kann die Geschwindigkeit konstant sein wenn die Richtung sich um 180° ändert ? Findet kein Abbremsen und beschleunigen statt auf kleinsten Raum ?

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Frage zur Lichtgeschwindigkeit 06 01. 2020 19:51 #63413

Wie das quantenphysikalisch vor sich geht, ob es überhaupt dasselbe Photon ist...kann ich nicht sagen.

Aber der Impuls wird an den Spiegel abgegeben und nochmals der selbe Impuls entnommen, so dass der Spiegel in Summe den doppelten Impuls abbekommt. Bei der Spiegelung tritt übrigens Polarisierung und je nach relativer Dichte des Mediums ein Phasensprung auf.
de.wikipedia.org/wiki/Phasensprung
de.wikipedia.org/wiki/Polarisation#Polar...omagnetischer_Wellen
Die Reflexion wird aber nicht verzögert.
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Frage zur Lichtgeschwindigkeit 06 01. 2020 19:59 #63415

ra-raisch schrieb: Aber der Impuls wird an den Spiegel abgegeben und nochmals der selbe Impuls entnommen, so dass der Spiegel in Summe den doppelten Impuls abbekommt.

Erwärmt sich dadurch der Spiegel?

Ohne etwas wäre nicht einmal nichts

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Ohne etwas wäre nicht einmal nichts

Frage zur Lichtgeschwindigkeit 06 01. 2020 20:04 #63416

Ja genau....hmm oder kühlt er ab? Muss ich doch noch nachdenken.

Der Impulsübertrag stellt ja kinetische Energie dar, allerdings kommt die nicht vom Licht sondern muss ja vom Spiegel kommen. Andererseits müßte der Lichtstrahl rotverschoben werden....also kommt wohl die Energie doch eher vom Licht.

Also wird der Spiegel wohl doch eher wärmer.

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Frage zur Lichtgeschwindigkeit 06 01. 2020 20:59 #63423

Das mit dem Phasensprung und der Polarisation verstehe ich soweit.
Aber wenn keine Verzögerung beim auftreten des Teilchins entsteht, muss der Geschwindigkeitswechsel (Richtung) ja in einer Zeit kleiner oder gleich Null auftreten. Selbst wenn es jetzt vom Spiegel kommt muss es in unter Null Sekunden auf Lichtgeschwindigkeit sein (also sofort) . Aber irgendwie muss es ja eine Zeit geben in der die Energie/Info übertragen wird. Oder habe ich einen Gedankenwurm im Kopf ? ^^

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Frage zur Lichtgeschwindigkeit 06 01. 2020 21:01 #63424

Eine Welle beschleunigt in diesem Sinne nicht, sie setzt sich nur in die eine oder andere Richtung fort. Als Teilchen betrachtet tut man sich da schwerer, aber das Photon hat ja keine Ruhemasse.

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Frage zur Lichtgeschwindigkeit 06 01. 2020 21:24 #63425

Achso , also durch den Phasensprung ändert sich die Richtung.
Ja ich denke meine mechanische Betrachtung macht es mir schwer. Irgendwie will ich immer ein Teilchen abbremsen und wider beschleunigen ^^.
Vielleicht muss ich welliger Denken, aber da stelle ich mir auch wieder vor das diese aus Teilchen besteht und stehe vor dem selben Gedankenproblem .
Gibt es da noch einen lesetyp ?

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Frage zur Lichtgeschwindigkeit 06 01. 2020 21:40 #63429

Da ein Photon einen Energieinhalt hat und Energie einem Massenäquivalent entspricht, überträgt ein Photon immer einen Impuls auf eine Festkörperoberfläche, sofern diese absorbiert oder reflektiert.
Bei Transmission ist das anders, denn da geht das Photon ja fast ungehindert durch.

Im Fall der Reflexion geht ein verschwindend geringer Teil der Photonenenergie im Impulsübertrag verloren und findet sich als Wärmeenergie im Festkörper wieder.
Das Photon kommt also fast unbeschadet aus der Richtungsumkehr heraus, bei Totalreflexion wohlgemerkt.
Bei einem Winkeleinfall ist der Impulsübertrag geringer und der Energieverlust des Photons entsprechend genauso.
Im Fall der Absorption wird die gesamte Energie des Photons in Wärme umgewandelt.

Die Frage nach Beschleunigungen stellt sich nicht, da Photonen immer mit c unterwegs sind,
auch wenn sie mit den elektromagnetischen Feldern der Atome einer Spiegeloberfläche wechslwirken.

Thomas
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Frage zur Lichtgeschwindigkeit 06 01. 2020 21:42 #63430

Tiderhoff schrieb: Achso , also durch den Phasensprung ändert sich die Richtung.

Hm...das dachte ich zuerst auch, als ich wiki las, jedenfalls kommt der Phasensprung auch ohne jeden Anlass vor, steht dort.

Tiderhoff schrieb: Gibt es da noch einen lesetyp ?

Oh da gibt es vieles, aber kommt ja auf das Thema an und auf den Schwierigkeitsgrad. Ich finde ja die Relativitätstheorie am interessantesten. Mir sind dann Videos auf Youtube noch lieber. Vieles ist allerdings auf englisch. Einfach das Stichwort bei youtube eingeben. Es gibt dort einige original Unterrichtsreihen, zB Walter Lewin am MIT USA oder Jörn Loviscach auf deutsch.
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Frage zur Lichtgeschwindigkeit 06 01. 2020 21:57 #63433

Übrigens noch ein kleiner Nachtrag zum Thema:

Wenn eine Kernbombe explodiert, dann entstehen Gammaphotonen. In drei Kilometern Entfernung sind allein diese in der Lage, allein durch Impulsübertrag ganze Häuser einstürzen zu lassen, lange bevor die später ankommende Luftdruckwelle das hätte bewirken können.

Thomas

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Frage zur Lichtgeschwindigkeit 06 01. 2020 22:34 #63434

Noch ein Hinweis:
Um ein tieferes Verständnis zu gewinnen, wie Photonen mit Materie wechselwirken, sei auf das neue Buch von Josef und Jörn verwiesen. Können wir die Welt verstehen: und hier ab Seite 416, Quantenelektrodynamik, wie wechselwirkt Licht mit Materie?

Da findet sich natürlich auch der Richard Feynman wieder. Einfach klasse, mit welchem Abstraktionsniveau der da unterwegs war.

Thomas
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Frage zur Lichtgeschwindigkeit 06 01. 2020 23:36 #63436

Tiderhoff schrieb: Ja ich denke meine mechanische Betrachtung macht es mir schwer. Irgendwie will ich immer ein Teilchen abbremsen und wider beschleunigen ^^.

Ja so ist das mit den "Teilchen". Man möchte sie einfangen, fest in der Hand halten und angucken. Eine solche Assiziation drängt sich auf wenn man "Teilchen" hört oder liest ;)
Im Wellenmodell ist das einfacher. Da kommt von jenseits des Spiegels nichts mehr mit dem der immer auch nach Rückwärts gerichtete Teil der Anregung weginterferrieren könnte...


Bezüglich der Frage "Ist das nach der Reflektion noch das selbe Photon" und dem Fakt das dabei eine Polarisierung stattfindet drängt sich mir die Frage auf wie man Experimente mit in der Polarisierung verschränkten Photonen machen kann ohne das die Verschränkung durch die verwendeten Spiegel zerstört wird?
(ist hier vieleicht OT)

assume good faith

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assume good faith

Frage zur Lichtgeschwindigkeit 07 01. 2020 00:47 #63438

Die Polarisierung ändert ja nicht die Ausrichtung der Photonen sondern trifft eine Auslese.

Eine Verschränkung sollte aufgehoben werden, da ja feststeht (Impuls), dass ein Photon reflektiert wurde. Dabei wird es aber wohl auch auf die Größe des Spiegels ankommen.

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Frage zur Lichtgeschwindigkeit 07 01. 2020 09:56 #63447

Wieso kommt es auf die grösse des Spiegels an ,?

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Frage zur Lichtgeschwindigkeit 07 01. 2020 10:05 #63448

Je kleiner der Spiegel desto genauer wird der Ort bestimmt. Man darf sich die Welle ja nicht nur als exakten Strahl vorstellen. Aber bitte nicht so wörtlich bzw schwarz-weiß nehmen. Ohne Verwendung von Spiegeln wäre wohl eine experimentelle Untersuchung der Verschränkung gar nicht möglich.

Die Verschränkung wird wohl jeweils mit einer Wahrscheinlichkeit gemäß der Intensität einer Einwirkung gestört. Ob sich das bei einer einfachen Spiegelung überhaupt nennenswert auswirkt, kann ich natürlich nicht sagen. Die Verschränkung selbst ist ja auch keine 100% Zuordnung sondern nur eine deutliche Abweichung von der ansonsten zu erwartenden Statistik, soweit ich das verstanden habe, auch wenn meist nur von einzelnen verschränkten Paaren die Rede ist. Aber allein schon die Abweichung von statistischem Verhalten kann niemals durch einzelne Ereignisse belegt werden.

Aber welche Einwirkungen lediglich die Verschränkung stören und welche sich hingegen auf den verschränkten Partner auswirken, ohne die Verschränkung aufzuheben, weiß ich nicht.

wiki: de.wikipedia.org/wiki/Quantenverschr%C3%A4nkung
d. h. je nach dem Messergebnis von einem Teilsystem liegt für die möglichen Messergebnisse an den anderen Teilsystemen eine veränderte Wahrscheinlichkeitsverteilung vor.
Verschränkte Zustände sind häufig. Ein verschränkter Zustand entsteht jedes Mal, wenn zwei Teilsysteme miteinander wechselwirken
Die Verschränkung wird beendet, sobald man eines der Teilsysteme auf einen bestimmten seiner Zustände festlegt. Dann geht sofort auch ein anderes Teilsystem, das durch die Verschränkung mit dem ersten Teilsystem verknüpft war, in denjenigen Zustand über, der dem durch die Beobachtung festgestellten Zustand des ersten Teilsystems zugeordnet war. Der Zustand des Gesamtsystems zeigt dann keine Verschränkung mehr, denn beide Teilsysteme für sich betrachtet sind nun in einem je eigenen bestimmten Zustand.
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Frage zur Lichtgeschwindigkeit 07 01. 2020 20:13 #63463

Danke erstmal für die zahlreichen Antworten. Es hat mich etwas weitergebracht ,aber ich muss mich wohl noch etwas tiefer damit beschäftigen um es wirklich zu verstehen .

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Frage zur Lichtgeschwindigkeit 07 01. 2020 20:58 #63468

Tiderhoff,

schau doch mal das Video 36 aus der Reihe AzS. Dort wird die Quantenelektrodynamik (QED)besprochen.
Die Feynmeńschen Pfadintegrale!

Was macht ein Photon, wenn es emittiert wird und auf eine Grenzfläche trifft. Ob Wasser, oder Spiegel oder am Ende gar auf ein Strichliniengitter. Josef zerkratzt dazu sogar einen Spiegel.

Viel Spaß beim Schauen und Verstehen.

Thomas

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Frage zur Lichtgeschwindigkeit 07 01. 2020 21:52 #63478

Thomas schrieb: Tiderhoff,
Josef zerkratzt dazu sogar einen Spiegel.

Solche zerkratzten Spiegel findet man inzwischen auf jedem Geldschein und nicht nur da ;)
Was Josef in dem Video erklärt ist wie das geht ohne das er speziell die Hologramme erwähnt.

assume good faith

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assume good faith

Frage zur Lichtgeschwindigkeit 09 01. 2020 19:24 #63532

Bin noch bei Video 25, dann bin ich mal gespannt

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Frage zur Lichtgeschwindigkeit 12 01. 2020 18:46 #63724

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Thomas schrieb: Übrigens noch ein kleiner Nachtrag zum Thema:

Wenn eine Kernbombe explodiert, dann entstehen Gammaphotonen. In drei Kilometern Entfernung sind allein diese in der Lage, allein durch Impulsübertrag ganze Häuser einstürzen zu lassen, lange bevor die später ankommende Luftdruckwelle das hätte bewirken können.

Thomas


Das kommt mir eigentlich übertrieben vor und hab ich auch noch nie gehört. Hast du eine Quelle dazu?

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Frage zur Lichtgeschwindigkeit 12 01. 2020 22:46 #63737

Jedes Photon und jedes Teilchen mit Ruhemasse Null Ist sofort nach seiner "Geburt" mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs. Es kennt keine Beschleunigung. Die Lichtgeschwindigkeit ist sozusagen sein natürlicher Zustand. Es geht von 0 auf c in Null Sekunden. Daher ist es auch nicht erstaunlich, dass für eine Geschwindigkeitsänderung bei Reflexion keine Zeit verbraucht wird. Schon aus Newtons klassischer Formel b=K/m folgt für m=0 eine unendlich hohe Beschleunigung.
Folgende Benutzer bedankten sich: Rhea

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Frage zur Lichtgeschwindigkeit 12 01. 2020 23:01 #63740

Das ist bei Wasserwellen oder schwingenden Saiten auch nicht anders.
Die Beschleunigung erfolgt ja orthogonal und nicht in Richtung der Ausbreitung. Naja bei Wasser ist es viel komplizierter.

Wie ist das bei einem Echo? Das ist die Schallgeschwindigkeit und nicht die Geschwindigkeit der einzelnen Moleküle.

Wie ist das bei elektrischem Strom? Die Elektronen bewegen sich zwar viel langsamer (ve) aber die Welle läuft viel schneller mit Schallgeschwindigkeit und das ist die Lichtgeschwindigkeit im Medium (cx)
ve = I/(ne·e·QA)

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