Photon und Elektromagnetische Welle

[Rudi Knoth]

Hier mal ein kleines einfaches Gedankenexperiment von mir zu diesem Thema. Ich gehe vom Prinzip des hier beschriebene Undulators aus. Dazu betrachte ich die Situation in einem Bezugssystem, in dem der Elektronenstrahl ruht. Dann sieht dies in diesem Bezugssystem so aus, daß die Elektronen senkrecht zum Strahl wegen des Magnetfeldes schwingen. Daher strahlen sie auch entlang der Bewegungsrichtung ab. In diesem Bezugssystem ist wegen der Längenkontraktion der Abstand der Magnete verkürzt. Da sich in diesem Bezugssystem das Labor entgegengesetzt bewegt, ist der Strahl im Laborsystem gebündelt und mit einer noch höheren Frequenz auf das Experiment auftreffen.

So denke mir diesen Vorgang bei beschleunigten Ladungen.

Gruß
Rudi Knoth

[Frau Holle]

...

Insbesondere bleiben Feldlinien nicht an Ort und Stelle, wenn sich die Quelle bewegt.

Ich schrub "an Ort und Stelle, relativ zur Punktladung". Es ist ja aus deren Sicht ein statisches Feld bei gleichförmiger Bewegung. ...

Dann schauen Sie sich Ihre Animation noch einmal an. Die Äquipotentialpunkte auf den Feldlinien bleiben zu
Beginn bei unbeschleunigter Bewegung im Raum stehen.

Du meinst die weißen Pfeile auf den Feldlinien? Ob das Äquipotentialpunkte sein sollen ist nicht klar. Ich sehe da einfach nur Pfeile, die die Richtung der el. Kraft angeben. Jedenfalls bleiben die Feldlinien mit diesen Punkten nicht im Raum stehen. Die Linien kommen in Bewegungsrichtung hinten auf die Horizontale zu und gehen in Bewegungsrichtung vorne von ihr weg. Oberhalb und unterhalb der Ladung werden sie mehr oder weniger vertikal. Die Feldlinie in Bewegungsrichtung (die Horizontale) ist die einzige, die stehen bleibt.

Das elektrische Feld bewegt sich zusammen mit der Ladung und bleibt nicht im Raum „hängen“, so wie es in der Animation dargestellt wird.

Es geht bei der Geschichte um die Situation zu verschiedenen Zeitpunkten. Die Raumpunkte der Bildebene bleiben natürlich wo sie sind. Weil sich die Quelle aber bewegt, bewegen sich zwangsläufig auch die Feldlinien durch diese fixen Punkte mit der Zeit. Das ist selbst in der zitterigen Animation gut zu erkennen. Ich sehe nicht, was daran falsch sein soll.

Am Schluss entfernen sich die Äquipotentialpunkte auch noch von der Ladung.

Man muss nicht unbedingt mehr hinein interpretieren als nötig. Die Position der weißen Pfeile ignoriere ich einfach mal als unwichtiges Detail. Man weiß ja nicht sicher, ob der Urheber damit mehr angeben will als nur eine Richtung.

Mit Physik hat Ihre Animation absolut nichts zu tun.

"Absolut nichts" halte ich für maßlos übertrieben. Auch wenn die Darstellung vllt. nicht in jeder Hinsicht perfekt ist, so deckt sie sich doch weitgehend mit dem, was Prof. Walter Lewin mit den Feldlinien in einem Einzelbild hier skizziert und erklärt. Mit etwas Wohlwollen kann man aus der Animation schon was Brauchbares rauslesen.
 

[hmpf]

...

Mit Physik hat Ihre Animation absolut nichts zu tun.

"Absolut nichts" halte ich für maßlos übertrieben. Auch wenn die Darstellung vllt. nicht in jeder Hinsicht perfekt ist, so deckt sie sich doch weitgehend mit dem, was Prof. Walter Lewin mit den Feldlinien in einem Einzelbild hier skizziert und erklärt. Mit etwas Wohlwollen kann man aus der Animation schon was Brauchbares rauslesen.

Sowohl die Animationen wie auch das zuletzt zitierte Video haben mit Physik nichts zu tun.
Wir Physiker wissen, dass nicht alles in der Natur „anschaulich“ verständlich sein muss.
Was z.B. hindert ein Elektron in einem p-Orbital daran, es zu verlassen und in den Atomkern zu stürzen?
Wir Physiker messen Bremsstrahlung und Synchrotron-Strahlung und zweifeln diese Messungen nicht an.

[Frau Holle]

Sowohl die Animationen wie auch das zuletzt zitierte Video haben mit Physik nichts zu tun.

Achso, die Lektionen dieses Mannes, der Generationen von Physikern ausgebildet hat, haben also mit Physik nichts zu tun. Alles klar. Das konnte ich ja nicht ahnen. Danke, dass du mir die Augen geöffnet hast.

Was z.B. hindert ein Elektron in einem p-Orbital daran, es zu verlassen und in den Atomkern zu stürzen?

Nun, das liegt bekanntlich daran, dass ein Elektron nicht wie in Bohrs vereinfachtem Atommodell einfach um den Kern kreist wie ein Planet um die Sonne. Was da wirklich Sache ist, erklärt erst die Quantentheorie.

Außerdem sagt Walter Lewin im Video klipp und klar, dass das, was er da im folgenden beschreibt nur eine klassische Ableitung mit vielen vereinfachten Annahmen ist. Dass es gemäß Lehrbuch direkt verboten ist sagt er sogar zweimal und dass man besser nicht mitschreibt. Er weiß also und sagt es damit ausdrücklich, dass diese anschauliche Beschreibung letztlich nur eine Krücke ist. Dennoch ist sie als klassische Vorstellung hilfreich, eben gerade weil die ganze Wahrheit extrem unanschaulich ist.

Wer lieber sowas hat, kann sich ja gerne damit beschäftigen:



Zu denen gehöre ich allerdings nicht. So genau will ich es dann doch nicht wissen.
 

[hmpf]

Sowohl die Animationen wie auch das zuletzt zitierte Video haben mit Physik nichts zu tun.

Achso, die Lektionen dieses Mannes, der Generationen von Physikern ausgebildet hat, haben also mit Physik nichts zu tun. Alles klar. Das konnte ich ja nicht ahnen. Danke, dass du mir die Augen geöffnet hast.
 

Sorry, aber in dem Video von ihm wird die Bremsstrahlung auch nicht anschaulich erklärt.
Photonen entstehen aber nicht nur durch Bremsstrahlung.
Photonen werden z.B. auch thermisch von CO2-Molekülen emittiert.
Welche dadurch sich selbst und den Planeten abkühlen.

[Frau Holle]

Photonen entstehen aber nicht nur durch Bremsstrahlung.

Das auch nie jemand behauptet.
 

[hmpf]

Photonen entstehen aber nicht nur durch Bremsstrahlung.

Das auch nie jemand behauptet.

Warum masturbieren Sie dann so lange auf der Bremsstrahlung?

[Rudi Knoth]

@Holle Heute 14:08

Nun, das liegt bekanntlich daran, dass ein Elektron nicht wie in Bohrs vereinfachtem Atommodell einfach um den Kern kreist wie ein Planet um die Sonne. Was da wirklich Sache ist, erklärt erst die Quantentheorie.

Nicht ganz. Dieses Atommodell stammt von Rutherford. Bohr hat es schon "wellenmechanisch" verändert, weil gerade die kreisenden Elektronen wegen deren Beschleunigung Energie verlieren würden. Dies war also einer der Gründe, ein anderes Atommodell zu entwickeln.

Zu der Formel:

Also hier gibt es eine einfachere Beschreibung mit den beiden Fällen Synchrotron-Strahlung und Bremsstrahlung.

Also dies sind hier nur "klassische" Betrachtungen, die eine bestimmte Art der Erzeugung von EM-Wellen beschreibt.

Gruß
Rudi Knoth

[Frau Holle]

Hier mal ein kleines einfaches Gedankenexperiment von mir zu diesem Thema. Ich gehe vom Prinzip des hier beschriebene Undulators aus. Dazu betrachte ich die Situation in einem Bezugssystem, in dem der Elektronenstrahl ruht. Dann sieht dies in diesem Bezugssystem so aus, daß die Elektronen senkrecht zum Strahl wegen des Magnetfeldes schwingen. Daher strahlen sie auch entlang der Bewegungsrichtung ab. In diesem Bezugssystem ist wegen der Längenkontraktion der Abstand der Magnete verkürzt. Da sich in diesem Bezugssystem das Labor entgegengesetzt bewegt, ist der Strahl im Laborsystem gebündelt und mit einer noch höheren Frequenz auf das Experiment auftreffen.

So denke mir diesen Vorgang bei beschleunigten Ladungen.

Gruß
Rudi Knoth

Naja gut, das ist einfach und verständlich – wenn man bereits voraussetzt, dass beschleunigte Ladungen EM-Wellen und Photonen abstrahlen. Nur geht es mir bis jetzt noch darum im Detail zu verstehen, was da im elektr. Feld genau passiert, damit eine EM-Welle entsteht.

Wie gesagt ist mir nicht klar, warum bei der einmaligen Beschleunigung in nur eine Richtung (nicht wieder zurück wie beim Undulator) bereits Frequenzen auftreten können (Plural). Physissche Welle(n) ganz ohne Schwingung an der Quelle? Denn die Ladung schwingt doch dabei gar nicht im Raum, im Unterschied zu deinem Undulator, wo die Elektronen senkrecht zum Strahl schwingen.

Irgend ein Puzzleteil fehlt mir da noch von der linearen Beschleunigung zur Welle bzw. Schwingung...

Die KI sagt, dass bereits die entstehende steile Flanke fouriermäßig die Überlagerung vieler Frequenzen sei. Das Thema hatten wir schon mal mit Kurt zum Rechtecksignal. Dann sind diese Frequenzen also physisch real? Es überlagern sich dann tatsächlich viele Frequenzen zu einem Wellenpaket = Photon?

Jedes Signal a(t) lässt sich als Frequenzüberlagerung schreiben:



Eine „Flanke“ ist physikalisch immer eine Überlagerung vieler Frequenzen.
Typisch:
sehr kurzer Puls → viele hohe Frequenzen
langsamer Verlauf → eher niedrige Frequenzen

Die Formel E=hf verführt zu der Vorstellung: jedes Photon hat eine Frequenz
Das stimmt nur für: ideale, unendliche Sinuswellen (physikalisch unrealistisch)
In realen Situationen: Photonen sind fast immer Wellenpakete

Damit hätten wir dann wohl den gesuchten Zusammenhang zwischen einmaliger, linearer Beschleunigung a(t) mit vielen Frequenzen.

An dem Punkt geht es mir aber wie Kurt: Sieht erst mal aus wie ein mathematischer Trick.

Wenn das wirklich stimmt, dann erzeugt nicht nur die physische Überlagerung vieler Schwingungen z.B. einen linearen Verlauf, sondern auch umgekehrt: Ein linearer Verlauf erzeugt physisch ganz reale Schwingungen. Das ist nun wirklich sehr erstaunlich, wie ich finde.
 

[Rudi Knoth]

Hier mal ein kleines einfaches Gedankenexperiment von mir zu diesem Thema. Ich gehe vom Prinzip des hier beschriebene Undulators aus. Dazu betrachte ich die Situation in einem Bezugssystem, in dem der Elektronenstrahl ruht. Dann sieht dies in diesem Bezugssystem so aus, daß die Elektronen senkrecht zum Strahl wegen des Magnetfeldes schwingen. Daher strahlen sie auch entlang der Bewegungsrichtung ab. In diesem Bezugssystem ist wegen der Längenkontraktion der Abstand der Magnete verkürzt. Da sich in diesem Bezugssystem das Labor entgegengesetzt bewegt, ist der Strahl im Laborsystem gebündelt und mit einer noch höheren Frequenz auf das Experiment auftreffen.

So denke mir diesen Vorgang bei beschleunigten Ladungen.

Gruß
Rudi Knoth

Naja gut, das ist einfach und verständlich – wenn man bereits voraussetzt, dass beschleunigte Ladungen EM-Wellen und Photonen abstrahlen. Nur geht es mir bis jetzt noch darum im Detail zu verstehen, was da im elektr. Feld genau passiert, damit eine EM-Welle entsteht.

Wie gesagt ist mir nicht klar, warum bei der einmaligen Beschleunigung in nur eine Richtung (nicht wieder zurück wie beim Undulator) bereits Frequenzen auftreten können (Plural). Physissche Welle(n) ganz ohne Schwingung an der Quelle? Denn die Ladung schwingt doch dabei gar nicht im Raum, im Unterschied zu deinem Undulator, wo die Elektronen senkrecht zum Strahl schwingen.

Irgend ein Puzzleteil fehlt mir da noch von der linearen Beschleunigung zur Welle bzw. Schwingung...

Die KI sagt, dass bereits die entstehende steile Flanke fouriermäßig die Überlagerung vieler Frequenzen sei. Das Thema hatten wir schon mal mit Kurt zum Rechtecksignal. Dann sind diese Frequenzen also physisch real? Es überlagern sich dann tatsächlich viele Frequenzen zu einem Wellenpaket = Photon?

Jedes Signal a(t) lässt sich als Frequenzüberlagerung schreiben:



Eine „Flanke“ ist physikalisch immer eine Überlagerung vieler Frequenzen.
Typisch:
sehr kurzer Puls → viele hohe Frequenzen
langsamer Verlauf → eher niedrige Frequenzen

Die Formel E=hf verführt zu der Vorstellung: jedes Photon hat eine Frequenz
Das stimmt nur für: ideale, unendliche Sinuswellen (physikalisch unrealistisch)
In realen Situationen: Photonen sind fast immer Wellenpakete

Damit hätten wir dann wohl den gesuchten Zusammenhang zwischen einmaliger, linearer Beschleunigung a(t) mit vielen Frequenzen.

An dem Punkt geht es mir aber wie Kurt: Sieht erst mal aus wie ein mathematischer Trick.

Wenn das wirklich stimmt, dann erzeugt nicht nur die physische Überlagerung vieler Schwingungen z.B. einen linearen Verlauf, sondern auch umgekehrt: Ein linearer Verlauf erzeugt physisch ganz reale Schwingungen. Das ist nun wirklich sehr erstaunlich, wie ich finde.
 

Dieser Ansatz ist mir auch eingefallen. Ob er stimmt, ist dann eine andere Sache. Wichtig ist nach den Formeln, daß die Strahlung senkrecht zur Beschleunigung der Ladungsträger ist und auch eien nicht periodische Anregung ein breites Spektrum von Wellen ergibt.

Gruß
Rudi Knoth