Muss Licht nicht eine Welle sein, da es eine Wellenlänge hat? (Im Gegensatz zum Welle-Teilchen-Dualismus) [duplizieren]

Es gibt keinen Konflikt mit der Welle-Teilchen-Dualität. Diese Dualität besagt lediglich, dass Licht sowohl Teilcheneigenschaften als auch Welleneigenschaften hat. Es hat eine Wellenlänge, bildet übliche Beugungs- und Brechungsmuster und wird in den meisten relevanten makroskopischen Fällen gut durch eine Wellengleichung beschrieben. Also, sicher, es ist eine Welle. Allerdings hat es auch partikelähnliche Eigenschaften.

Manchmal liest man Sachen wie "das Objekt verhält sich manchmal wie ein Teilchen und manchmal wie eine Welle", aber das ist einfach Unsinn. Tatsache ist, dass ein klassisches Teilchen und eine klassische Welle einfach nicht die richtige Beschreibung für ein Quantenobjekt sind. In diesem Sinne ist das Photon weder eine Welle noch ein Teilchen. Es ist etwas anderes (tatsächlich sagt die beste Beschreibung, die wir haben, dass es nur eine Anregung eines Quantenfeldes ist).

Die Geschichte, dass Licht ein elektrisches und magnetisches Wechselfeld ist, ist das Bild, das man bekommt, wenn man die klassischen Gleichungen des Elektromagnetismus interpretiert. Daran ist nichts auszusetzen, aber Sie müssen bedenken, dass der klassische Elektromagnetismus eine effektive Theorie ist, was bedeutet, dass er nur in einem bestimmten Maßstab eine gute Annäherung an die Natur darstellt. Es ist einfach nicht das vollständige Bild. In einem relativistischen Bild gibt es keinen wirklichen Unterschied zwischen magnetischen und elektrischen Feldern und es gibt nur ein Feld, das elektromagnetische. Dieses Feld sieht auch nicht wie dein Bild aus (ich kann dir nicht sagen, wie es aussieht, ich kann nur andere Bilder zeichnen).

Sie können viele schöne Bilder und klassische Analogien zeichnen, aber keines wird alle Aspekte des Photons erfassen.

Nein, leider nicht. Wir könnten immer noch sagen, dass es sich manchmal wie eine Welle verhält, und dann behandeln wir es als eine Welle, mit allen Wellenbegriffen, nicht nur Wellenlänge, sondern auch Frequenz und Amplitude.

Das Problem ist, dass Partikel auch eine Wellenlänge haben (eine extrem kurze), aber ich weiß nicht, ob Sie das schon in Ihrem Kurs behandelt haben.

Aus Wikipedia Wellen und Photonen

Ende des 19. Jahrhunderts wurde angenommen, dass Licht aus Wellen elektromagnetischer Felder besteht, die sich gemäß den Maxwell-Gleichungen ausbreiten, während man annahm, dass Materie aus lokalisierten Teilchen besteht. Diese Einteilung wurde 1900 in Frage gestellt, als Max Planck bei der Untersuchung der Theorie der Wärmestrahlung schwarzer Körper vorschlug, dass Licht in diskreten Energiequanten emittiert wird. Sie wurde 1905 gründlich in Frage gestellt.

Albert Einstein erweiterte Plancks Untersuchung auf verschiedene Weise, einschließlich seiner Verbindung mit dem photoelektrischen Effekt, und schlug vor, dass sich Licht auch in Quanten ausbreitet und absorbiert. Lichtquanten werden heute Photonen genannt. Diese Quanten hätten eine Energie, die durch die Planck-Einstein-Beziehung gegeben ist:

$E=\frac{h}{\nu }$

und einen Schwung

$p={\frac {E}{c}} = {\frac {h}{\lambda }}$

Wo $ν$ (griechischer Kleinbuchstabe nu) und $λ$ (griechischer Kleinbuchstabe Lambda) bezeichnen die Frequenz und Wellenlänge des Lichts, c die Lichtgeschwindigkeit und $h$ Plancksche Konstante. 

Ein besonderes Experiment, das nur dadurch erklärt werden kann, dass man ein Photon als „Teilchen“ betrachtet, ist der Photoelektrische Effekt

Bildquelle: Von Wolfmankurd - de:Inkscape, CC BY-SA 3.0,

Die von links einfallenden roten Wellenlinien stellen Photonen (als Teilchen) dar, die eine zu niedrige Frequenz (nicht genug Energie) haben, um Elektronen von einer Metalloberfläche zu befreien. Die grünen Wellenlinien haben eine höhere Frequenz und haben genug Energie, um Elektronen von der Metalloberfläche zu schlagen.

Wenn Licht eine Welle wäre, würde dieser Prozess sehr lange dauern, um Photonen freizusetzen, aber wir wissen, dass es passiert, sobald Sie ein Licht der richtigen Frequenz (oder höher) auf die Platte richten.

Der photoelektrische Effekt ist ein physikalisches Phänomen. Der Effekt basiert auf der Idee, dass elektromagnetische Strahlung aus einer Reihe von Teilchen besteht, die Photonen genannt werden. Wenn ein Photon auf ein Elektron auf einer Metalloberfläche trifft, kann das Elektron emittiert werden. Die emittierten Elektronen werden Photoelektronen genannt. 

Der photoelektrische Effekt hat Physikern geholfen, die Quantennatur von Licht und Elektronen zu verstehen. Das Konzept des Welle-Teilchen-Dualismus wurde aufgrund des photoelektrischen Effekts entwickelt.

Eine Möglichkeit, über Welle-Teilchen-Dualität nachzudenken, besteht darin, zu sagen, dass es sich um eine Dualität zwischen Wellenvektor -$\mathbf{k}$Welle und Schwung-$\hbar\mathbf{k}$Partikelinterpretationen. (Die Dirac-Konstante $\hbar$Ist$h/2\pi$, mit$h$die Planck-Konstante .) Der Wellenvektor einer Welle ist ihre Wellenzahl $k=2\pi/\lambda$(mit$\lambda$die Wellenlänge) multipliziert mit einem Einheitsvektor in seiner Ausbreitungsrichtung, wie im Ansatz$\exp i\mathbf{k}\cdot\mathbf{x}=\exp ikx\cos\theta$. Der Impuls dieses Ansatzes kann als Eigenwert unter dem Impulsoperator berechnet werden$-i\hbar\boldsymbol{\nabla}$, welches ist$\hbar k$. Moduli nehmen,$p=\hbar k=2\pi\hbar/\lambda=h/\lambda$, die De-Broglie-Hypothese. Für Photonen haben wir auch ein Ergebnis aufgrund von Planck,$E=hf=\hbar\omega$mit$f=c/\lambda$die lineare Frequenz und$\omega=2\pi f$die Winkel- oder Kreisfrequenz.