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THEMA:

Energieerhaltung bei destruktiver Interferenz des Lichts 14 07. 2020 14:59 #72935

Hallo!
Ich habe eine - wahrscheinlich - viel zu triviale Frage zum Thema Licht. Ich bin Augenoptiker und besuche momentan eine Augenoptikermeisterschule. Ich habe die folgende Frage bereits während meiner Ausbildung und jetzt auch in der Meisterschule verschiedenen Lehrern - viele davon hochkompetent - gestellt. Sie beschäftigt mich schon lange Jahre, aber eine befriedigende Antwort habe ich nicht erhalten. Vielleicht kann mir hier jemand helfen.

Frage in Kurzform:
Bei der destruktiven Interferenz löschen sich zwei Wellen vollständig aus. Wohin geht die Energie der beiden Teilchen?

Lange Form:
Speziell ist mir dieses Problem in der Ausbildung zum Augenoptiker aufgefallen. Entspiegelungsschichten auf Brillengläsern arbeiten damit (Dicke der Entspiegelungsschicht d auf Brillengläsern: d = λ / (4*n), wobei n der Brechungsindex der ET-Schicht ist), dass die reflektierten Lichtwellen um die halbe Wellenlänge verschoben werden und damit durch das einfallende Licht ausgelöscht werden. Durch den Energieerhaltungssatz muss nun die Energie aber irgendwohin. Als Antwort habe ich bisher erhalten: die Energie wird dadurch erhalten, dass die selbe Energiemenge als Licht zusätzlich durch das Glas geht. Das ist auch messbar. Wie hängt das aber mit der Wellenauslöschung vor dem Glas zusammen? Vielleicht kann mir das jemand deutlich tiefgehender erklären.
Vielen Dank!

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Energieerhaltung bei destruktiver Interferenz des Lichts 14 07. 2020 15:15 #72938

Arthur Fikus schrieb: Frage in Kurzform:
Bei der destruktiven Interferenz löschen sich zwei Wellen vollständig aus. Wohin geht die Energie der beiden Teilchen?

Die Interferenz eines Teilchens mit sich selbst beschreibt die Wahrscheinlichkeit, dass das Photon an einem bestimmten Ort auftritt.

Die Interferenz von zwei Photonen miteinander tut eigentlich nichts anderes. Die "beiden" betroffenen (besser gesagt: alle) Photonen treten woanders auf. Die Gesamthelligkeit bleibt unverändert.

Naja ... alle vielleicht nicht, denn die Interferenz ist ja nicht garantiert wie bei einem einzelnen, das mit sich selbst zwangsläufig interferiert. Aber ich kenne dazu gar kein Experiment, in der Regel wird das Doppelspaltexperiment angeführt, das aber in Wahrheit nur eine Lichtquelle besitzt und lediglich die beiden Teilwellen miteinander interferieren läßt.

Bei präzisen Interferenzmessungen (Interferometer) wird das Licht ggf bis in die Quelle zurückgespiegelt, aber das ist ja auch wieder Interferenz der Teilwellen der einzelnen Photonen mit sich selbst.

Arthur Fikus schrieb: dass die reflektierten Lichtwellen um die halbe Wellenlänge verschoben werden und damit durch das einfallende Licht ausgelöscht werden.

Achso, Deine Frage bezog sich auf den ersten Fall, der ist wie gesagt einfach.
Denn sie interferieren nicht mit anderen Photonen sondern mit sich selbst, also mit Teilwellen die an der ersten und die an der zweiten Schicht reflektiert werden.

Stealthtechnik könnte so funktionieren, dass das Radarsignal vollkommen absorbiert und nichts reflektiert wird.....naja zu spät für die Patentanmeldung:

wiki: Salisbury Screen
Der Salisbury screen besteht aus drei Schichten: Einer metallischen Unterschicht, einem dielektrischen Material mit der Dicke von einer viertel Wellenlänge der Resonanzfrequenz und einer dünnen verlustbehafteten Deckschicht. Wenn die Radarwelle die Deckplatte trifft, wird sie in zwei Wellen gleicher Intensität geteilt. Die eine wird an der Oberfläche reflektiert, die andere taucht in das Material ein und wird an der metallischen Unterschicht reflektiert. Der Abstand sorgt für eine Phasenverschiebung der zweiten Welle um 180°, wenn diese das Material verlässt. Die destruktive Interferenz lässt keine Energie zum Sender zurückreflektieren. Das Dielektrikum kann zum Beispiel aus Balsaholz oder PVC bestehen.

Wenn ich nicht irre, kann dann aber der geringere Energieabfall vom Radarsender gemessen werden, und daraus sogar die Entfernung berechnet werden.

Achso, das war ein bisschen anders.
www.uwudl.de/forum/aktuell/naturwissensc...ten-radar.html#68801
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Energieerhaltung bei destruktiver Interferenz des Lichts 14 07. 2020 17:30 #72941

ra-raisch schrieb: Naja ... alle vielleicht nicht, denn die Interferenz ist ja nicht garantiert wie bei einem einzelnen, das mit sich selbst zwangsläufig interferiert. Aber ich kenne dazu gar kein Experiment, in der Regel wird das Doppelspaltexperiment angeführt, das aber in Wahrheit nur eine Lichtquelle besitzt und lediglich die beiden Teilwellen miteinander interferieren läßt.


Ein Experiment könnte sein, dass ein Laserstrahl durch einen Strahlteiler geteilt wird und beide Teilstrahlen dann wieder zusammengeführt werden (z.B. bei Ligo). Je nachdem, wie sich die Laufstrecken der beiden Teilstrahlen unterscheiden, interferieren die beiden Teilstrahlen konstruktiv oder destruktiv.

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Energieerhaltung bei destruktiver Interferenz des Lichts 14 07. 2020 17:58 #72942

ClausS schrieb: Ein Experiment könnte sein, dass ein Laserstrahl durch einen Strahlteiler geteilt wird und beide Teilstrahlen dann wieder zusammengeführt werden

Dabei interferieren auch die beiden Teilwellen und nicht verschiedene Photonen miteinander.

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Energieerhaltung bei destruktiver Interferenz des Lichts 14 07. 2020 18:31 #72943

Arthur Fikus schrieb:
Entspiegelungsschichten auf Brillengläsern arbeiten damit [...], dass die reflektierten Lichtwellen um die halbe Wellenlänge verschoben werden und damit durch das einfallende Licht ausgelöscht werden. [...]
Als Antwort habe ich bisher erhalten: die Energie wird dadurch erhalten, dass die selbe Energiemenge als Licht zusätzlich durch das Glas geht. Das ist auch messbar.

Das scheint sich zu widersprechen: Entweder werden Lichtwellen reflektiert (zurückgeworfen) und interfieren dann entsprechend mit den einfallenden Lichtwellen, oder sie werden nicht reflektiert und gehen statt dessen messbar als zusätzliches Licht durch das Glas.

Letzteres kommt mir bekannt vor: Es gibt z.B. Sonnenbrillen, deren Gläser ziemlich dunkel aussehen, aber wenn man sie aufsetzt, sieht alles viel heller aus als man es hinter den dunklen Gläsern erwarten würde.

Also sprach das Photon: Wo wir sind ist vorne! Und sollten wir mal hinten sein, dann ist hinten vorne!

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Energieerhaltung bei destruktiver Interferenz des Lichts 14 07. 2020 18:48 #72944

Steinzeit-Astronom schrieb:

Arthur Fikus schrieb:
Entspiegelungsschichten auf Brillengläsern arbeiten damit [...], dass die reflektierten Lichtwellen um die halbe Wellenlänge verschoben werden und damit durch das einfallende Licht ausgelöscht werden. [...]
Als Antwort habe ich bisher erhalten: die Energie wird dadurch erhalten, dass die selbe Energiemenge als Licht zusätzlich durch das Glas geht. Das ist auch messbar.

Das scheint sich zu widersprechen: Entweder werden Lichtwellen reflektiert (zurückgeworfen) und interfieren dann entsprechend mit den einfallenden Lichtwellen, oder sie werden nicht reflektiert und gehen statt dessen messbar als zusätzliches Licht durch das Glas.


Das ist das, was mich immer irritiert hat. So wird es zumindest gelehrt. Doch finde ich die Antwort von ra-raisch sehr schlüssig, dass nur dem einzelnen Photon "nicht erlaubt wird" reflektiert zu werden und deshalb durch das Glas durchgeht, da es sich durch die Wahrscheinlichkeit ausschließt. Übrigens vielen Dank für die Idee mit den Tarnkappen-Flugzeugen. Meine Schwierigkeit ist da: das Konzept funktioniert nur, wenn die Welle exakt senkrecht auftritt und dann selbstverständlich auch nur für eine Wellenlänge. Und selbst dafür muss ein geeignetes wellenlängenspezifisches Material gefunden werden, was - zumindest bei Brillengläsern - kaum möglich ist.

Steinzeit-Astronom schrieb:
Letzteres kommt mir bekannt vor: Es gibt z.B. Sonnenbrillen, deren Gläser ziemlich dunkel aussehen, aber wenn man sie aufsetzt, sieht alles viel heller aus als man es hinter den dunklen Gläsern erwarten würde.


Diesen Effekt kenne ich nur von gelbstichigen Gläsern und hat rein sensorische/"datenverarbeitungs" Ursachen. Das Gehirn nimmt gelbes Licht als heller wahr, auch wenn die Lichtintensität eine geringere sein sollte. Übrigens macht gelbes Licht auch glücklicher. Ich hoffe diese Art Gläser waren gemeint.

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Energieerhaltung bei destruktiver Interferenz des Lichts 14 07. 2020 19:00 #72945

Die negative Interferenz der Reflexe bewirkt, dass eben nichts reflektiert wird.

Sagen wir, 20% wird reflektiert, 80% geht durch, 20% von 80% = 16% reflektiert an der zweiten Fläche und interferiert destruktiv mit den ersten 20%, so dass nur 4% als Reflex bleiben und 80%-16% = 64% als durchgehend, dann muss man mit 68% renormieren und erhält dass 5,88% effektiv reflektiert werden und 94,12% hindurchgehen.

Oder so ähnlich, mit Quadraten?

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Energieerhaltung bei destruktiver Interferenz des Lichts 14 07. 2020 19:08 #72946

Arthur Fikus schrieb: Diesen Effekt kenne ich nur von gelbstichigen Gläsern und hat rein sensorische/"datenverarbeitungs" Ursachen. Das Gehirn nimmt gelbes Licht als heller wahr, auch wenn die Lichtintensität eine geringere sein sollte. Übrigens macht gelbes Licht auch glücklicher. Ich hoffe diese Art Gläser waren gemeint.

Ja, w'scheinlich waren das dann mehr oder weniger gelbsichtige, bei denen mir das aufgefallen ist. Dass gelbes Licht glücklicher macht, ist mir neu... also gleich mal zum Optiker... zum Vorsorgen für düstere Zeiten :).

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Energieerhaltung bei destruktiver Interferenz des Lichts 14 07. 2020 19:12 #72947

Arthur Fikus schrieb: Das Gehirn nimmt gelbes Licht als heller wahr, auch wenn die Lichtintensität eine geringere sein sollte. Übrigens macht gelbes Licht auch glücklicher. Ich hoffe diese Art Gläser waren gemeint.

Das wäre beides psychologisch, der erste Teil betrifft aber die Physiologie der Sehzapfen im Auge

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Energieerhaltung bei destruktiver Interferenz des Lichts 15 07. 2020 00:21 #72953

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Quantenmechanisch betrachtet ist das Photon ein Autist und 'interferiert' ausschließlich mit sich selbst.

Und wenn(!!) (bzw. so lange) es destruktive Interferenz gibt, gibt es logischerweise jedenfalls Interferenz und somit (weil ohne konstruktive Interferenz kein Photon, ohne Photon keine Interferenz und insbesondere eben keine destruktive Interferenz) auch immer konstruktive Interferenz.

Jedenfalls ist das Photon - wo auch immer - sozusagen 'am Leben'. Klar kann es dieses Leben 'aushauchen' (seine Energie abgeben) - aber dann ist diese Energie weitergegeben und nicht verschwunden (ganz im Gegensatz zur destruktiven Interferenz und damit dem 'Problem' ;-)).

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Energieerhaltung bei destruktiver Interferenz des Lichts 15 07. 2020 00:42 #72954

wm schrieb: Quantenmechanisch betrachtet ist das Photon ein Autist und 'interferiert' ausschließlich mit sich selbst.

Man kann auch zwei monochromatische Quellen zur Interferenz bringen, wie bei zwei Wasserwellen, oder etwa nicht?
...ich finde den Artikel in wiki gerade nicht, aber dazu gibt es einen. EDIT: das hatte ich wohl falsch gelesen.

Das Stichwort dazu ist "cross-correlation", Autokorrelation

Naja es handelt sich wohl eher um eine theoretische Möglichkeit, weil bei zwei Quellen das Muster wohl nicht genügend stabil sein wird, um es zu beobachten. Wie ich sehe, arbeiten die Anwendungen immer mit einer einzigen Quelle.

Zwar nur eine Praktikumsarbeit:
genug-davon.de/pdfs/aprakt/alex_tobi/v21.pdf
Sind sie hingegen in Phase, so verstärken sie sich (konstruktive Interferenz). [Lau11, S. 163 f.], [Dem13, S. 300]Schafft man es nun, durch eine optische Anordnung zwei (oder mehr) Strahlen so zu überlagern, dass deren Phasendifferenz in der Bildebene räum-lich unterschiedlich aber zeitlich konstant ist, so bilden sich Interferenzmuster aus hellen und dunklen Stellen. [Kir12, S. 249]

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Energieerhaltung bei destruktiver Interferenz des Lichts 15 07. 2020 01:29 #72955

Na toll, da stellt jemand eine Frage zur Wellenoptik und was kommt? Erstmal irgendwelches QM Kauderwelsch das keiner versteht^^
Einzig Antwort #72945 geht auf die konkrete Frage ein.

Soweit ich weis gibt es immer gleichzeitig konstruktive und destruktive Interferrenz zusammen; niemals nur eins von beiden.
Das hiese eigentlich entweder wird das reflektierte Licht in andere Richtungen weggestreut oder nochmals zurückreflektiert...

Frage: Wird das reflektierte Licht durch die Gläser eventuell auch polarisiert?

assume good faith

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assume good faith

Energieerhaltung bei destruktiver Interferenz des Lichts 15 07. 2020 02:11 #72956

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@ ra-raisch
Die Einzelmessung (an einem Photon) ist immer probabilistisch. Und so liegt es in der Natur der Sache, dass man ohne ein Ensemble (viele gleichartige Messungen an vielen Photonen) keine Interferenzen 'sichtbar' machen kann. Gleichartig heißt aber, dass die Mitglieder eines solchen Ensembles in Phase oder Wellenlänge nicht daherkommen können wie sie lustig sind. Und die Frage zur Sicherstellung dieser Gleichartigkeit der Messungen ist lediglich das 'ob' und nicht das 'wie' (eine Quelle oder zwei).

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Energieerhaltung bei destruktiver Interferenz des Lichts 15 07. 2020 13:18 #72965

wm schrieb: @ ra-raisch
Die Einzelmessung (an einem Photon) ist immer probabilistisch. Und so liegt es in der Natur der Sache, dass man ohne ein Ensemble (viele gleichartige Messungen an vielen Photonen) keine Interferenzen 'sichtbar' machen kann.

Nein, so meine ich das nicht.

Nehmen wir den Doppelspalt, aber wir verwenden zwei identische Laser, jeder an einem Spalt.
Erhält man hier Interferenzen? (nicht unbedingt zentriert)

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Energieerhaltung bei destruktiver Interferenz des Lichts 15 07. 2020 14:27 #72974

ra-raisch schrieb: Nehmen wir den Doppelspalt, aber wir verwenden zwei identische Laser, jeder an einem Spalt.

Erinnert mich spontan an Monthy Python's "Leben des Brian" :-)
Spaß beiseite.
Bei den Beschreibungen zum Doppelspaltexperiment, die ich bis dato im www fand, stören mich immer die Angaben zum Laser, der i.d.R. als Photonenquelle zum Einsatz kommt. Wie ist der fokussiert ?

Man kann/könnte doch einen Laser so fokussieren, dass er punktgenau durch eine der Spalten leuchtet. Tut man wohl nicht, sonst wäre das Resultat auf dem Schirm ja wohl immer ein einfacher Balken ?

So wie ich ra-raisch verstehe, möchte er genau das tun, allerdings mit einem eigenen Laser je Spalt. Es sollte mich wundern, wenn das noch niemand ausprobiert hätte.

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Energieerhaltung bei destruktiver Interferenz des Lichts 15 07. 2020 14:43 #72975

wiki de.wikipedia.org/wiki/Laser-Doppler-Anemometrie
Viele Laser-Doppler-Systeme im Bereich der Strömungsmesstechnik arbeiten mit zwei einander unter einem Winkel 2 ϕ {\displaystyle \phi } \phi kreuzenden kohärenten Laserstrahlen (siehe Aufbau von Laser-Doppler-Systemen). Im Kreuzungsbereich interferieren die beiden Wellen miteinander und es entsteht ein Interferenzstreifensystem mit idealerweise äquidistanten ebenen Interferenzflächen. Die Interferenzflächen stehen dabei senkrecht auf der durch die Laserstrahlen aufgespannten

Nein....auch wieder ein geteilter Strahl

ahhhh doch....aber wohl keine Interferenz zwischen den beiden Strahlen ;( sondern unterschiedliche Interferenz jedes Strahls.

Zweistrahl-Laser-Doppler-System

In der Strömungsmesstechnik hat sich jedoch das Zweistrahl-Laser-Doppler-System durchgesetzt. Hierbei werden zwei Laserstrahlen unter einem Winkel 2 ϕ auf einen Punkt auf der bewegten Struktur oder in einem Fluid fokussiert. Die Streuwellen beider Laserstrahlen werden unterschiedlich dopplerverschoben, der Ortsvektor vom Streuzentrum zu einem ortsfesten Detektor ist aber für beide Streulichtsignale gleich

oder doch ?

Interferenzstreifenmodell
Viele Laser-Doppler-Systeme im Bereich der Strömungsmesstechnik arbeiten mit zwei einander unter einem Winkel 2 ϕ kreuzenden kohärenten Laserstrahlen (siehe Aufbau von Laser-Doppler-Systemen). Im Kreuzungsbereich interferieren die beiden Wellen miteinander und es entsteht ein Interferenzstreifensystem mit idealerweise äquidistanten ebenen Interferenzflächen. Die Interferenzflächen stehen dabei senkrecht auf der durch die Laserstrahlen aufgespannten Ebene und parallel zur Winkelhalbierenden der Laserstrahlen und haben den Abstand

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Energieerhaltung bei destruktiver Interferenz des Lichts 15 07. 2020 15:51 #72978

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ra-raisch schrieb: Nein, so meine ich das nicht.

Nehmen wir den Doppelspalt, aber wir verwenden zwei identische Laser, jeder an einem Spalt.
Erhält man hier Interferenzen? (nicht unbedingt zentriert)

Wenn Du mit "jeder an einem Spalt" meinst, z.B. mit einer Art Blende sicherstellen zu wollen, dass der jeweilige Laserstrahl nur durch 'seinen' Spalt kann, dann ergibt das eine Überlagerung zweier unabhängiger Interferenzmuster am Einzelspalt.

Ansonsten ergilt das ebenfalls eine Überlagerung zweier unabhängiger Interferenzmuster (diesmal) am Doppelspalt. Je nachdem wie man die Laser justiert, sieht dann die Überlagerung dieser beiden unabhängigen Interferenzmuster aus. Jedenfalls: eine derartige 'Überlagerung' hängt nicht davon ab, ob Du beide Laser gleichzeitig oder z.B. schön one after the other ;-) am Laufen hast, .

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Energieerhaltung bei destruktiver Interferenz des Lichts 15 07. 2020 18:52 #72985

wm schrieb: Wenn Du mit "jeder an einem Spalt" meinst, z.B. mit einer Art Blende sicherstellen zu wollen, dass der jeweilige Laserstrahl nur durch 'seinen' Spalt kann, dann ergibt das eine Überlagerung zweier unabhängiger Interferenzmuster am Einzelspalt.

Diese Variante meine ich. Und es stellt sich eben die Frage, ob es dabei eine Interferenz oder nur eine Überlagerung wird.

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Energieerhaltung bei destruktiver Interferenz des Lichts 15 07. 2020 19:31 #72987

Seltsam, wie wenig doch hier auf die eigentliche und hochinteressante Frage des Threads nach Energieerhaltung direkt eingegangen wird.
Klar ist: Wenn zwei Wellen sich gegenseitig durch destruktive Interferenz auslöschen, ist doch nur die math. Lösung null. Die Energie bleibt bei allen Interferenzerscheinungen erhalten bzw. wird umverteilt.
Interferenz gibt es in jeder Wellentheorie, da die Wellen einer linearen Bewegungsgleichung folgen. Destruktive Interferenz ist eben die mathematische Idealisierung (Sinuswellen sage brav ade)
Durch das stets gleichmäßige Auftreten von konstruktiven und destruktiven Interferenzen (siehe Doppelspaltversuch mit Hell-Dunkel-Streifen), wird insgesamt wieder ein energetisches Gleichgewicht hergestellt.
So steht also destruktive Interferenz in keinster Weise mit der Energieerhaltung im Widerspruch. Und das Erstaunliche dabei ist sogar: Mathematisch bilanziert stimmt die Energie der Summe zweier Interferenzen nicht mit der Summe der Energien der Einzellösungen überein. Somit können sie sich gar nicht gegenseitig wegheben. Im mathematischen Idealfall von kompletter und auch noch dauerhafter destruktiver Interferenz zweier Wellen bleibt die Energie nicht nur erhalten, sie wird sogar - man staune - unendlich. Jedoch kennt man wohl keine solche Konstellation in der Praxis, die konstant destruktive Interferenz ubiquitär im gesamten Raum realisieren würde. Bei temporärer Auslöschung distribuiert Interferenz Energie nur um.
Wellen sind kontinuierlich, löschen sich somit während der Messung oder Beobachtung für eine kurze Zeit aus, aber - und das ist der Clou- pflanzen sich dann weiter fort, ohne dass Energie erzeugt oder vernichtet wird.
Die Gesamtenergie ist zu verschiedenen Zeitpunkten an unterschiedlichen Raumpunkten verteilt und - wo spontan Annihilation auftritt - ist sie im nächsten Augenblick nicht mehr existent.
Fazit: Kurzfristige Interferenzen bewirken einen permanent wechselnden Umverteilungsprozess hinsichtlich der Energie, die umgelenkt wird.
Wem die Pfadintegrale eines Richard Feynman ein Begriff sind, dem dürfte sich die Thematik wesentlich leichter erschließen.

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Energieerhaltung bei destruktiver Interferenz des Lichts 15 07. 2020 19:46 #72990

Ganymed19 schrieb: Seltsam, wie wenig doch hier auf die eigentliche und hochinteressante Frage des Threads nach Energieerhaltung direkt eingegangen wird.

Vielleicht hast Du es überlesen oder nicht so grundlegend eingeordnet:

Die Interferenz gibt die Wahrscheinlichkeit vor, wo das Photon auftritt und sonst gar nichts. Wieso sollte dabei also die Energie nicht erhalten bleiben?

Entweder ein Photon wird absorbiert, dann erwärmt sich das Material, oder es wird reflektiert, oder es wird gebrochen (Richtungsänderung). Mehr Möglichkeiten hat das Photon nicht, insbesondere ändert sich seine Frequenz nicht (außer es wird absorbiert und verändert wieder abgestrahlt: Luminiszenz).

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Energieerhaltung bei destruktiver Interferenz des Lichts 15 07. 2020 23:29 #72995

Es gibt drei Verhaltensformen von Photonen, wenn sie auf einen Festkörper treffen:

1. Reflexion
2. Absorption
3. Transmission

Wenn man genau verstehen will, warum die Photonen sich so verhalten, muss sich mit den Quantenfeldtheorien beschäftigen. Josef hat dazu viele Videos hier gemacht. Bitte schauen und staunen.

Thomas

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Energieerhaltung bei destruktiver Interferenz des Lichts 16 07. 2020 11:55 #73002

ra-raisch schrieb:
Die Interferenz gibt die Wahrscheinlichkeit vor, wo das Photon auftritt und sonst gar nichts. Wieso sollte dabei also die Energie nicht erhalten bleiben?

Habe ich etwa behauptet, das wäre nicht so?

Entweder ein Photon wird absorbiert, dann erwärmt sich das Material, oder es wird reflektiert, oder es wird gebrochen (Richtungsänderung). Mehr Möglichkeiten hat das Photon nicht, insbesondere ändert sich seine Frequenz nicht (außer es wird absorbiert und verändert wieder abgestrahlt: Luminiszenz).

Ganz so trivial ist die Sache nicht. Schließlich unterscheidet man hier Effekte wie den Compton-Effekt, die Thomson- und Rayleigh-Streuung.

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Energieerhaltung bei destruktiver Interferenz des Lichts 16 07. 2020 12:35 #73003

Ganymed19 schrieb: Habe ich etwa behauptet, das wäre nicht so?

Mir schien, dass Du diese Antwort nicht auch den anderen Posts entnommen hast.

Ganymed19 schrieb: Ganz so trivial ist die Sache nicht. Schließlich unterscheidet man hier Effekte wie den Compton-Effekt, die Thomson- und Rayleigh-Streuung.

Allerdings geht es hier nicht um die Art der Streuung sondern um Energieerhaltung bei Interferenz.

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Energieerhaltung bei destruktiver Interferenz des Lichts 16 07. 2020 13:25 #73006

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ra-raisch schrieb:

wm schrieb: Wenn Du mit "jeder an einem Spalt" meinst, z.B. mit einer Art Blende sicherstellen zu wollen, dass der jeweilige Laserstrahl nur durch 'seinen' Spalt kann, dann ergibt das eine Überlagerung zweier unabhängiger Interferenzmuster am Einzelspalt.

Diese Variante meine ich. Und es stellt sich eben die Frage, ob es dabei eine Interferenz oder nur eine Überlagerung wird.

Da Photonen untereinander nicht wechselwirken, stellt sich die Frage nicht wirklich. ;-)

Interessanterweise kann man, dass verschiedene Photonen nicht untereinander interferieren, sozusagen experimentell bestätigt sehen, wenn man mit verschränkten Photonen arbeitet.

Dazu sozusagen als Aufhänger das Kapitel 7.12 im Buch 'Können wir die Welt verstehen?' - nur als 'Aufhänger', weil ich lediglich darauf hinauswill, dass die jeweiligen Partner verschränkter Photonen nicht (mehr) 'mit sich selbst' interferieren können (das kann man mathematisch begründen, wäre aber ein Kapitel für sich).

Das in unserem(!) Zusammenhang eigentlich Interessante an der Messapparatur, durch die man das Idler-Photon schickt, ist nun ... dass es auf sie nicht ankommt.
Man kann sie beliebig variieren oder auch schlicht das Idler-Photon ins Nirwana schicken (wem letzterenfalls noch immer der Detektor D0 suspekt ist, der kann den dann auch durch einen Schirm ersetzen) ... kein Interferenzmuster zu sehen.

Und worin besteht nun der sozusagen experimentelle Nachweis?
Der Laser kann aus allen Rohren feuern wie er möchte ... es wird sich kein Interferenzmuster zeigen ... weil (eben!) verschiedene Photonen nicht interferieren.


Übrigens: Seite 410 unten / Seite 411 oben

"Wiederholt man das Experiment mit abgeschalteten Detektoren D3 und D4, dann bekommt man keine Information über den Ort der Photonen, und man erhält Diagramme, die ein Interferenzmuster zeigen, wie wir es vom Doppelspalt kennen."

An dieser Stelle ist der Satz ziemlich irreführend.
Denn von den Detektoren D1 und D2 bzw. von den mit deren Hilfe erstellten Diagrammen ist bis dahin nicht die Rede. Und so kann man ihn besten- oder vielmehr schlimmstenfalls ;-) nur falsch verstehen.

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Energieerhaltung bei destruktiver Interferenz des Lichts 16 07. 2020 16:00 #73014

wm schrieb: Da Photonen untereinander nicht wechselwirken, stellt sich die Frage nicht wirklich. ;-)

War mir nicht bekannt, klingt aber logisch...aber ich hätte es den Photonen trotzdem zugetraut. :whistle:

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Energieerhaltung bei destruktiver Interferenz des Lichts 17 07. 2020 06:37 #73053

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Ich habe mir gestern beim Einschlafen die Sache nochmal durch den Kopf gehen lassen, als es mir wie Schuppen von den Augen fiel, was ich da mit "dass die jeweiligen Partner verschränkter Photonen nicht (mehr) 'mit sich selbst' interferieren können" für einen Quatsch verzapft habe ... sorry.

Bleibt mir als kleiner Trost nur, dass mich keiner erst darauf hinweisen musste. ;-)

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Energieerhaltung bei destruktiver Interferenz des Lichts 17 07. 2020 14:01 #73060

ra-raisch schrieb:

wm schrieb: Da Photonen untereinander nicht wechselwirken, stellt sich die Frage nicht wirklich. ;-)

War mir nicht bekannt, klingt aber logisch...aber ich hätte es den Photonen trotzdem zugetraut. :whistle:

Das habe ich mir so auch noch nie überlegt, passt aber zum Prinzip der minimalen Wirkung bzw. maximalen Eigenzeit: Da Photonen bereits im Zustand maximaler Eigenzeit sind, können sie untereinander nicht die minimalste Wirkung verursachen. Zum Wirken haben sie sozusagen keine Zeit bzw. es würde unendlich lange dauern (Zeitdilatation gemäß SRT), weil sie ja voll und ganz mit etwas anderem beschäftigt sind, nämlich mit dem Vorwärtskommen... und das auf einem Weg, der für sie gar keine Länge hat (Längenkontraktion gemäß SRT).... :blink:

Asterix würde wohl sagen: "Die spinnen, die Photonen"... total zwangsneurotisch... der Tunnelblick schlechthin. Man kann man sie nur bedauern... im ganzen Leben nur Arbeit... und S*x nur mit sich selbst ;) ... aber ich schweife ab. (EDIT: Selbstzensur wegen Nettiquette :pinch:)

Da der Weg für Photonen ohnehin keine Länge hat, verwundert es auch nicht, dass sie mitunter vom Weg abkommen bzw. von dem, was wir für den Weg halten, so dass sie mal hier, mal dort gefunden werden können... hoffentlich ist das jetzt nicht schon ein Alternatives Weltbild :silly:.

Also sprach das Photon: Wo wir sind ist vorne! Und sollten wir mal hinten sein, dann ist hinten vorne!

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Energieerhaltung bei destruktiver Interferenz des Lichts 17 07. 2020 15:51 #73070

Hmmm... Ggf, können sie doch wechselwirken. Bin mal über diesen Artikel gestolpert (wusste noch was, habe noch mal danach gegoogelt...):

www.scinexx.de/news/technik/physiker-erz...-zustand-des-lichts/

Ob das noch Stand der Wissenschaft ist, weiß ich nicht. Hatte damals (und heute) auch nicht weiter recherchiert.

The truth is often what we make of it; you heard what you wanted to hear, believed what you wanted to believe.
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Energieerhaltung bei destruktiver Interferenz des Lichts 17 07. 2020 23:08 #73115

Ja es gibt Photon-Photon Kollisionen, aber der Halpern-Wirkungsquerschnitt ist verdammt klein.
de.wikipedia.org/wiki/Halpern-Streuung
Dieser ist wegen der geringeren Energie bei der Erzeugung von Elektronen-Positronen noch am größten.

So und nicht anders ist nach dem Urknall Materie entstanden. Damals war die Dichte und Anzahl der Photonen eben noch hoch genug, dass genügend Kollisionen passierten.
Arrakai schrieb: Hmmm... Ggf, können sie doch wechselwirken. Bin mal über diesen Artikel gestolpert

Aber der Artikel geht um ein anderes Thema, sehr interessant.

Der Effekt wird hier so beschrieben:
www.sueddeutsche.de/wissen/physik-von-li...schwertern-1.1784855
Dessen Entstehung hängt offenbar mit der sogenannten Rydberg-Blockade zusammen: Demnach können benachbarte Atome nicht gleichzeitig gleichstark von Photonen angeregt werden. Wenn also zwei Photonen durch eine Wolke von Atomen sausen, "regt das erste ein Atom an, aber es muss weiter, bevor das zweite Photon ein benachbartes Atom anregen kann", sagt Lukin. Das führe dazu, dass die zwei Photonen sich gegenseitig durch die Wolke schieben und ziehen, während ihre Energie von einem Atom zum nächsten weitergegeben wird.

Es ist dann also keine direkte Interaktion zwischen Photonen.

Ich habs gefunden:
arxiv.org/pdf/1709.01478
arxiv.org/pdf/1911.02586

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Energieerhaltung bei destruktiver Interferenz des Lichts 18 07. 2020 02:09 #73124

ra-raisch schrieb: Ja es gibt Photon-Photon Kollisionen, aber der Halpern-Wirkungsquerschnitt ist verdammt klein.
de.wikipedia.org/wiki/Halpern-Streuung
Dieser ist wegen der geringeren Energie bei der Erzeugung von Elektronen-Positronen noch am größten.

Der maximale Wirkungsquerschnitt für zwei Photonen wird daher erreicht, wenn die Energie zu gering ist, um Elektron-Positron zu erzeugen
f·h < 2c²me
ω < 2c²me/ℏ
σHx = 973(λCe²α/3)⁴(ω/c)⁶/5³pi < 2,01e-27 m²

Sobald die Energie für Elektronenerzeugung ausreicht, sinkt der Wirkungsquerschnitt stark und mit steigender Energie
σHe = α⁴(c/ω)² < 1,057e-34 m²

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