Spektroskopie von einer klassischen Lichtwelle oder nur einem Photon?

In der Chemie betrachten wir Licht/elektromagnetische Strahlung meist als einen Strahl von Teilchen oder Photonen. Dies ist ein sehr nützliches Modell, um molekulare Anregungen und Ionisationen durch Quantenwechselwirkungen zu erklären. Ich frage mich jedoch, wie weit uns das Elektromagnetismus-Modell des Lichts als sich ausbreitende Störung bringen wird?

Mein Studienfreund, der Physik studiert, versichert mir, dass die Maxwellschen Gesetze zu den schönsten der Physik gehören. Zu diesem Zweck freue ich mich darauf, Bereiche zu finden, in denen wir diese Ansicht teilen können. Aber der größte Teil meines Studiums konzentriert sich nur auf Licht-Materie-Wechselwirkungen aus dem Photonenmodell, zB Streutechniken.

Stellen Sie sich insbesondere eine Spektroskopietechnik vor,

  • Mein Ansatz wäre, ein Lichtstreuungsmodell aus der Kollision einfallender Photonen mit Elektronen, Energieaustausch und Förderung oder Entspannung in einen virtuellen Zustand und Photonenemission zu beschreiben.
  • Die Alternative ist ein elektromagnetisches Feld, das auf statische Ladungen trifft und sich in ein resultierendes Feld überlagert.

Ich bin mit diesem zweiten Ansatz nicht vertraut und hatte auf eine kleine Einführung in das klassische Modell gehofft, das auf die Spektroskopie von Festkörpern/Molekülen usw. angewendet wird. Vielen Dank für Ihre Zeit.

Das ist eine schöne, aber komplexe Frage. Wir haben „Abkürzungen“ in unserer Beschreibung der physischen Welt entwickelt – wo wir manchmal Wellen und manchmal Partikel verwenden – einfach weil es die Dinge komplizieren würde (ohne unser Verständnis zu erweitern), zu versuchen, die volle Dualität in allen Szenarien auszudrücken. Das bedeutet nicht, dass dies keine gute Frage ist – aber es könnte sich als schwierig herausstellen, eine zufriedenstellende Antwort zu bekommen.
Das Problem dabei ist, dass Sie Dinge beschreiben würden, die nicht existieren. Weder Photonen noch Elektronen sind harte Bälle und das Kollisionsbild ist im Grunde eine klassische Näherung, die nicht beschreibt, was wirklich passiert. Die andere Frage ist, warum wir überhaupt mehr Beschreibungen gut verstandener Phänomene brauchen? Würden Sie Ihre Zeit nicht besser damit verbringen, etwas zu recherchieren, das noch nicht zu 100 % verstanden ist?
@CuriousOne, ich glaube nicht, dass dein Kommentar viel mit der Frage zu tun hat. Die Frage besteht nicht darauf, dass Photonen oder Elektronen harte Bälle sind. Die Frage fragt auch nicht danach, was „wirklich passiert“. Um Ihre Frage zu beantworten, brauchen wir mehr Beschreibungen aller Phänomene, weil das Erlernen einer anderen Sichtweise das Gehirn trainiert und die Verfügbarkeit einer anderen Sichtweise unsere Möglichkeiten erweitert, sowohl in Bezug auf Anwendungen als auch in Bezug auf die Entwicklung der Physik. Zu behaupten, irgendetwas in der Physik sei zu 100 % verstanden, ist lächerlich.
@RedPen, was du fragst, ist ein riesiges Thema der Physik, es ist nicht möglich, es hier zu erklären. Suchen Sie nach dem Lorentz-Drude-Modell, der klassischen Dispersionstheorie, der klassischen Absorptionstheorie.
@JánLalinský: Das OP scheint diese Phänomene mehr oder weniger als klassische Teilchen- oder Wellenstreuprozesse zu betrachten. Die Antwort darauf lautet: „Sie sind weder noch“ und das Gehirn darauf zu trainieren, sich auf zwei unzureichende Ansichten eines Phänomens zu beschränken, das bereits durch ein drittes perfekt erklärt wird, ist schlechtes Training. Die grundlegenden Prozesse in der Atomspektroskopie sind so nahezu 100% verstanden, wie es in der Physik überhaupt möglich ist. Nun, ich habe das OP in meinem Kommentar aufgefordert, über Dinge nachzudenken, die nicht verstanden werden, und würde experimentelle Vorschläge begrüßen, die QM ungültig machen, aber das ist nicht sein Vorschlag.
@JánLalinský: Alle diese Modelle sind Annäherungen an die Physik, die verwendet wurde, um das anomale magnetische Moment des Elektrons auf 14 Stellen genau vorherzusagen ... das ist heutzutage einfach nicht der Ort, an dem die Musik spielt.
Vielen Dank an Sie beide für Ihre Vorschläge. Ich habe gerade erst von der klassischen Elektrodynamik gehört und bin sehr gespannt darauf, wie ich sie auf mein eigenes Thema der Moleküle und Kristalle anwenden kann. Ich weiß, dass es in der Verwendung eingeschränkt und nicht korrekt ist, verglichen mit dem, was Sie CuriousOne vorschlagen, aber ich denke, dass QED im Moment eine andere Sprache für mich wäre (wenn Sie das vorschlagen?). Vielen Dank euch beiden für eure Hilfe, das weiß ich sehr zu schätzen! :)
@CuriousOne, Sie machen zu viele private Annahmen und teilen dann Ihre Schlussfolgerungen.
@JánLalinský: Ich kann mich nur an die Dinge halten, die das OP sagt. (S)he hätte uns von ihren Plänen erzählen können, die Atomspektroskopie mit Quantenelektrodynamik zu beschreiben, aber sie hat es nicht getan, woraus ich nur entnehmen kann, dass sie immer noch in klassischen Begriffen darüber nachdenkt, was absolut falsch ist, aber immer noch gelehrt wird im Unterricht für Physiker und Chemiker gleichermaßen. Ich zum Beispiel habe die Worte „Feynman path integral“ nie in einem einzigen Grundstudium gehört und musste diese STANDARD-Dinge selbst lernen. Hier können wir dem OP natürlich gleich die richtigen Informationen zukommen lassen.
Nur die Tatsache, dass ein Modell keine Ideen der Quantenfeldtheorie verwendet, entkräftet es nicht; nur interne Widersprüchlichkeit oder Widerspruch zur Erfahrung. Meiner Erfahrung nach ist es sehr wertvoll, Spektroskopie in klassischen Begriffen zu denken.
Das Wellenbild der Streuung auf atomarer Ebene eignet sich nicht wirklich gut für "eine kleine Einführung". In größeren Maßstäben funktioniert die Huygens-Fresnel-Infrastruktur ziemlich gut. Wählen Sie einen beliebigen Physiktext zum Thema Optik aus.
Jede Arbeit in dieser Richtung würde nur die Interpretation der Quantenmechanik berühren . Es würde überhaupt nichts zur Theorie der physikalischen Phänomene selbst beitragen. Wenn @RedPen darauf abzielt, ein Wissenschaftsphilosoph statt ein Wissenschaftler zu sein, wäre dies ein Schritt in die Richtung.

Antworten (1)

Wie viel Physik lässt sich allein durch die Quantenmechanik erklären ?

99% dessen, was auf PSE mit QM erklärt wird, dreht sich um die Doppelspaltexperimente und die Wechselwirkung von Atomen, subatomaren und elementaren Teilchen. Letzteres geht von den Gleichungen der Spektren der EM-Strahlung (Balmer, ...) und der Planck-Schwarzkörperstrahlung aus und schließt die Verteilung der Elektronen um den Kern.

Wo wir sind .

Die Schlitzexperimente zeigen auf dem Schirm ein Verteilungsmuster mit periodischer Intensität, das durch eine Wellengleichung beschrieben wird. Alles andere ist Interpretation, weil wir kein Instrument für eine direkte Messung haben, die den Ausbreitungsweg nicht beeinflusst. Außerdem existiert die Kugelwelle (Prinzip von Huygens) hinter einem Hindernis nicht. Die Ablenkung von Partikeln hinter einem einzelnen Spalt wird links und rechts vom Spalt ausgeblendet, während sie sich bei Wasserwellen über alle 180° hinter dem Spalt ausbreitet.

Bors Prämisse über Umlaufbahnen war falsch und die Anwendung der Spektrallinienverteilung (insbesondere oder sogar ausschließlich von Wasserstoff) auf die Atomstruktur stimmt nicht mit dem Periodensystem der Elemente überein. Wir wenden weiterhin die Balmer- und Rydberg-Formeln der Emissionslinien von Wasserstoff auf die Elektronenverteilung für alle Elemente an. Es gibt eine klare Periodizität des chemischen Verhaltens für 2, 8, 8, 18 und 18 Elemente und QM benötigt viele zusätzliche Regeln, um mit dem PTE übereinzustimmen.

Einige Vorschläge .

Der magnetische Dipol des Elektrons spielt die Hauptregel bei der Elektronenverteilung in Atomen. Das kubische Modell des Chemikers Gilbert N. Lewis für die zweite und dritte Periode und das Prinzip von Paulis sind ein guter Ausgangspunkt. An vier Kanten des Würfels sind die magnetischen Dipole nach innen gerichtet (spin down) und an den anderen Kanten nach außen. Perfekte Symmetrie.

Das Elektron ist nicht nur gleichermaßen mit einem magnetischen und einem elektrischen Feld ausgestattet. Das elektrische Feld wird jedoch teilweise abgestreift, wenn es sich dem Kern nähert. Die emittierten Photonen entstehen aus der Energie des elektrischen Feldes des Elektrons und der entsprechenden Protonen. Die Diskretheit der Photonenemission weist auf die Möglichkeit hin, dass die Emission in der Nähe des Kerns gestoppt wird. Im elektrischen Feld des Elektron-Proton-Systems ist kein Energiepaket mehr vorhanden, das für die Photonenemission ausreicht. Dies würde die Stabilität der Atome erklären.

Nicht zuletzt soll der Teilchendurchgang durch Schlitze für Photonen und die subatomaren Teilchen in verschiedenen Materialien und bei angelegtem elektrischem Potential oder einem Magnetfeld untersucht werden. Die Beobachtung einer quantisierten Wechselwirkung zwischen den Oberflächenelektronen des Schlitzes und den vorbeiströmenden Teilchen würde der quälenden Diskussion über das gruselige Verhalten bei Inferenzexperimenten ein Ende bereiten. Übrigens: Während bei Wasserwellen tatsächlich Interferenzen auftreten, ist eine solche Erklärung für Photonen heute nicht mehr haltbar. Licht im niedrigen Intensitätsbereich interagiert nicht.

„weil wir kein Instrument für eine direkte Messung haben, die den Ausbreitungsweg nicht beeinflusst“ Fehlende Instrumente seien nicht der Grund. Der Grund dafür ist, dass jede Anordnung, die zwischen den beiden Schlitzen unterscheidet, eine Interferenz direkt verhindert.
"Bors Prämisse über Umlaufbahnen war falsch" Bohrs Modell war ein entscheidender Schritt in Richtung Quantenmechanik. Es war ein pragmatischer Ansatz. Dies ist eine 20/20-Rückblickvision.
Spektroskopie von einer klassischen Lichtwelle oder nur einem Photon?
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