Welche physikalische Bedeutung hat die Wellenlänge des Lichts? Diese Frage wurde schon einmal gestellt, aber ich kann keine zufriedenstellende Antwort finden. Einige Befragte haben gesagt, dass die Frage vage sei, ich glaube nicht, aber lassen Sie mich das klarstellen. Angenommen, jemand zupft eine Gitarrensaite und macht ein Foto der vibrierenden Saite mit einer sehr hohen Verschlusszeit, sodass das Bild der Saite zeitlich „eingefroren“ wird. Nehmen Sie weiter an, dass die Saite mit einer einzigen Frequenz schwingt. Man kann dann das Bild verwenden, um die Wellenlänge der schwingenden Saite zu definieren und zu messen. Nehmen wir nun an, dass ein fortschrittlicher Außerirdischer auf der Erde landet und uns zeigt, wie man ein einzelnes Photon aus einer Laserkanone "abfeuert", und mit fortschrittlicher Technologie, die unser Verständnis völlig übersteigt, in der Lage ist, "einzufrieren". den Weg des einzelnen Photons über eine Distanz von mehreren Metern und kann dann ein 3D-Hologramm der Welle (oder Wellen - elektrisch und magnetisch) erzeugen. Angesichts der Tatsache, dass dieses 3D-Hologramm für unsere Zwecke gedreht und erweitert oder zusammengezogen werden kann, wie würde man dann die Wellenlänge des Photons messen? Gibt es tatsächlich eine echte physikalische Instanziierung der Lichtwellenlänge oder ist es nur ein nützliches abstraktes Konzept (wie imaginäre Zahlen), das in De Broglie und anderen Gleichungen ohne wirkliche physikalische Bedeutung verwendet wird? Wie würde man die Wellenlänge des Photons messen? Gibt es tatsächlich eine echte physikalische Instanziierung der Lichtwellenlänge oder ist es nur ein nützliches abstraktes Konzept (wie imaginäre Zahlen), das in De Broglie und anderen Gleichungen ohne wirkliche physikalische Bedeutung verwendet wird? Wie würde man die Wellenlänge des Photons messen? Gibt es tatsächlich eine echte physikalische Instanziierung der Lichtwellenlänge oder ist es nur ein nützliches abstraktes Konzept (wie imaginäre Zahlen), das in De Broglie und anderen Gleichungen ohne wirkliche physikalische Bedeutung verwendet wird?
Nun, das phantasievolle Experiment, das Sie vorgestellt haben, ist eine ziemlich zufriedenstellende Methode, würde ich sagen. Die Wellenlänge einer Gitarrensaite ist einfach der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Spitzen oder Tälern der schwingenden Saite (der Einfachheit halber sei die Frequenz konstant). Die Wellenlänge des elektromagnetischen Feldes oder Lichts ist nur der entsprechende Wert für ein oszillierendes elektrisches Feld. Ich kann mir zwei mögliche Einwände gegen diese Definition vorstellen -
F. Gitarrensaiten sind echt, sind Felder echte Objekte oder nur mathematische Konstrukte?
Dies wäre eine berechtigte Frage, die dadurch verschärft wird, wie Fächer in der Schule unterrichtet werden. Aber seien Sie versichert, Felder sind ungefähr so sehr ein mathematisches Konstrukt wie Objekte. Die Quantenfeldtheorie, die eine sehr erfolgreiche Beschreibung der Welt ist, behandelt Objekte als Felder und so sind in gewisser Weise alle Gitarrensaiten Feldanregungen. Also ja, Felder sind so real wie möglich, kein bequemes Konstrukt.
F. Der zweite Einwand wäre, können wir also einen Schnappschuss des Photons machen, wie Sie es erwähnt haben?
Denken Sie darüber nach, wie Sie den Schnappschuss der Gitarrensaite machen. Milliarden von Photonen, die von einer Lichtquelle emittiert werden, treffen in jedem Moment auf die Schnur, und mit einer Kamera könnten Sie diese Photonen einfangen. Wenn Ihre Kamera schnell genug ist, können Sie den Unterschied zwischen den Photonen sehen, die die Saite etwa jede Nanosekunde ihrer Schwingung treffen, und das würde Ihnen eine Reihe von Schnappschüssen liefern, die die Saite bei jeder Nanosekunde lokalisieren. Das Erstellen eines Schnappschusses der elektromagnetischen Wellen läuft also darauf hinaus, 1. das Analogon des Lichts zu finden, das verwendet wird, um die Gitarrensaite zu sehen. Wenn Sie ein Teilchen hätten, das klein genug wäre, würden sie, obwohl sie durch ein elektromagnetisches Feld abgelenkt würden, den Pfad des Felds nicht wirklich ändern. Außerdem müssen sie viel kleiner sein als die Abstände elektromagnetischer Wellenlängen (Mikrometer - Nanometer), um diese Abstände in dieser futuristischen Kamera aufzulösen. 2. Eine richtige Kamera. Es muss empfindlich genug sein, um dieses winzige Teilchen zu erkennen, dessen Energie/Masse so klein ist, dass es nicht einmal Licht ablenkt. Zweitens muss es schnell genug sein, um die Zeitdauer des Lichts aufzulösen, die (10^-15 Sekunden) beträgt.
Keine dieser Anforderungen verstößt grundsätzlich gegen physikalische Gesetze. Solche Aliens könnten durchaus existieren, oder wir könnten sie in ferner Zukunft sein.
Die Wellenlänge des Lichts ist also genau wie die Wellenlänge jedes anderen Feldes, einschließlich Gitarrensaiten. Wenn EM-Wellen ein bequemes mathematisches Konstrukt sind, dann ist das alles andere auch.
Sebhöfer
Javier
John Duffield
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