Unendliche Lichtreflexion und Erhaltung von Energie / Impuls

Zunächst einmal muss ich gestehen, dass ich kein Physiker bin, aber ich habe Leuten mit einem umfassenderen Wissen diese eine Frage gestellt, ohne bisher eine endgültige Antwort zu erhalten.
Grundsätzlich spiele ich mit der Idee herum, dass Photonen Masse haben, wie dieser Teil der Wiki-Seite zeigt , es ist kein völlig neues Konzept ... Besonders der letzte (verstümmelte) Satz ist für mich von Interesse.

Ich habe viel über Licht gelesen, die Dualität davon, Photonen und es ist das einzige bekannte Eichboson (masseloses Dingamajig) und was Sie haben. Infolgedessen bin ich noch verwirrter, also dachte ich, ich stelle meine Frage hier.

Aufstellen:

Angenommen, wir nehmen zwei perfekte Spiegel, die sich in die Unendlichkeit erstrecken, perfekt parallel und einander zugewandt sind. Wenn ich ein Photon in einem Winkel von 45 Grad auf einen dieser Spiegel schießen würde. Winkel, was würde passieren.

Hypothesen:

Soweit ich weiß (oder schätze oder mir vorstellen kann), kann eines von drei Dingen passieren:

  • Das Photon springt in diesem gemächlichen Tempo einfach hin und her in die Unendlichkeit C .
  • Den Teilchenteil der Dualität des Lichts aufrufen: Jede Aktion verursacht eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion. Bei der Kollision mit der Oberfläche der Spiegel wird Energie benötigt, damit das Photon seine Richtung ändert. Da alles in Richtung Entropie schreitet, würde ich annehmen, dass etwas Wärme freigesetzt wird (Photonenenergie auf den Spiegel)?
    Wenn das der Fall ist, wird irgendwann die elektromagnetische "Ladung" des Photons, dh die Energiereserven sollten erschöpft sein. Was habe ich am Ende? Etwas wärmere Spiegel und am Ende eine masselose, leere Hülle eines Photons? Was ist ein Photon, das sowieso keine Energie mehr hat? Ist das die berühmte dunkle Materie ... oder werde ich jetzt allzu Scifi-verrückt? Denn irgendwo habe ich gelesen, dass Licht, da es masselos ist, offensichtlich auch keine Rest-Materie und keine eigene elektrische Ladung hat. Das veranlasst mich, mir ein Photon als eine Art Träger vorzustellen, eine leere Tasche, und weil es nicht gerade riesig ist , kann es nur eine endliche Menge an Energie enthalten (glaube ich).
  • Das Letzte, was mir einfällt: Aufgrund des Abprallens meines Photons und meiner schrecklichen Ratlosigkeit beim Versuch, die Formeln und Theorien über die physikalischen Eigenschaften des Lichts zu verstehen, bin ich auf die (vielleicht dumme) Idee gekommen, dass die ständige Änderung der Ausbreitungsrichtung könnte die Wellenlänge beeinflussen und im Wesentlichen etwas mehr wie Gammastrahlen erzeugen. Auch hier weiß ich nicht, was dies für mein Spiegel-Setup bedeutet, aber wenn die Nachricht von einer bevorstehenden Atomkatastrophe hereinbricht, glaube ich nicht, dass ein Spiegel Gammastrahlen vollständig ablenkt. Mit anderen Worten, ich halte es nicht einmal für unwahrscheinlich, wenn mir jemand sagen würde, dass Photon einfach abhauen würde.

Ich hoffe, jemand kann die bizarren Gedankengänge eines Nicht-Physikers verstehen, aber ich würde gerne die Antwort auf eine Frage wissen, die mir vor etwa 10 Jahren gestellt wurde.

Bisher habe ich die Antworten bekommen:

  • Oh, das müsste ich mal checken.
  • Natürlich sprechen sie von der Dualität des Lichts, aber Licht ist im Wesentlichen reine Energie. Sie haben diesen dualen Charakter als Arbeitsmodell entwickelt. Ähnlich wie alles "ist es nur eine Theorie" ( aus irgendeinem Grund mochte ich diese Antwort nicht besonders )
  • Wissen Sie, wie sie ein Schwarzes Loch erkennen? (Ich antwortete: Nein) Weil es Licht gibt, aber keines drumherum. Alles Licht wird vom Schwarzen Loch angezogen. ( Darauf folgte ein verlegenes Schweigen und ein selbstgefälliges Nicken. Was auf einen verwirrten und affenartigen Blick meinerseits stieß. )

Weitere verwirrende Ideen sind immer willkommen.

Edit/Rekapitulation:
Danke an euch alle für die Info. Als Antwort auf die Kommentare lautet der Kern der Frage: Wenn ich das oben erwähnte Proton in diesem Aufbau verfolgen könnte, welche Änderungen werde ich, wenn überhaupt, entlang der Linie sehen? Wärme entsteht? Das Photon "zerfällt" oder zerstreut sich, nichts (nur endlos hin und her hüpfend ...?

Beim Lesen des Wikis zu Total Internal Reflection ist mir aufgefallen, dass dies auch bei Schallwellen auftritt. Ich dachte sofort an dieses schreckliche kreischende Rückkopplungsgeräusch, das man bekommen kann, wenn man ein Mikrofon an einen Lautsprecher hält. Ich glaube, ich habe dieses Phänomen irgendwie in die sich ändernden Wellenlängen der Photonen übersetzt.
Lustig, aber wahr: Ich erinnere mich, dass ich meinen Vater als Kind gefragt habe, ob man in der Lage wäre, eine Art unendliche Sendung zu erstellen, indem man zwei Sender und zwei Empfänger verwendet, die ihnen einen Ton hin und her spielen. Auf die eine oder andere Weise habe ich mich immer über solche Dinge gewundert, wie sich herausstellte ...

Spiegelmasse:
Ich nehme an, die Spiegel müssten eine unendliche Masse haben, damit sie sich ins Unendliche ausdehnen können. Nach einigen weiteren Überprüfungen erschwert dies jedoch die Betrachtung E = P C . Ich habe das zu meinen vielen Lesezeichen zum Thema Licht hinzugefügt und werde mich diesbezüglich bei Ihnen melden.

+1, weil ich denke, dass die unendliche Reflexionsfrage ein nettes Konzept ist. Ihre Frage ist jedoch überall und ich denke, Sie sollten sie auf den Kern dessen reduzieren, was Sie wissen möchten.
Ihr Aufbau mit unendlich parallelen Spiegeln ist der Faseroptik sehr ähnlich, und die interne Totalreflexion hat wahrscheinlich viel über die Antwort zu sagen: en.wikipedia.org/wiki/Total_internal_reflection
Haben die Spiegel unendliche Masse?
@dmckee: Danke für den Link, ich weiß jetzt, dass ich ungefähr tausend weitere Wiki-Seiten lesen/entschlüsseln muss;)
@BrandonEnright: Ich habe bearbeitet, einen Link zu einem Wiki-Segment hinzugefügt, das (glaube ich) einen engen Bezug zu meiner Frage hat, und unten auf ein paar Kommentare geantwortet

Antworten (2)

Erstens gibt es natürlich keinen perfekten Spiegel. Aber nehmen wir mal an, es gäbe einen.

Als nächstes stellt sich die Frage: Ist das Abprallen der Spiegel elastisch oder unelastisch ? Wenn das Photon mit der gleichen Frequenz absorbiert und wieder emittiert wird, dann ist das Aufprallen elastisch und das Photon verliert keine Energie. Es würde dann für immer und ewig weitergehen.

Aber was ist, wenn es bei jedem Aufprall Energie verliert ? Nun, Ihre beiden Spiegel bilden einen Hohlraum und wenn wir uns auf den Wellenaspekt des Lichts beziehen, sind nur Wellen mit Wellenlängen erlaubt, die in den Hohlraum "passen", also gäbe es eine minimal zulässige Wellenlänge, λ 0 mit λ 0 = L / 2 Wo L ist der Abstand zwischen Ihren Spiegeln, und da Energie und Wellenlänge eines Photons eng miteinander verbunden sind, bedeutet dies, dass das Photon in Ihrem Hohlraum eine Mindestenergie hat, unter die es nicht fallen kann.

Wenn Sie der Mischung das Konzept Wärme / Temperatur / Entropie hinzufügen, erhalten Sie, dass die Wände (Spiegel) im thermischen Gleichgewicht mit den Photonen in Ihrem Hohlraum stehen: Ein Teil der Energie wird dann in den Wänden gespeichert und ein Teil darin die Photonen. In der Tat ist es eines der Phänomene, die zur Entdeckung der Quantenphysik führten, die Situation zu betrachten, einen Hohlraum bei einer bestimmten Temperatur zu nehmen und die Natur des Lichts zu betrachten, das aus ihm herauskommt (wenn Sie ein winziges Loch hineinstechen).

Einige Missverständnisse: Ein Photon hat keine „elektromagnetische Ladung“, es ist ein masseloses, ladungsloses Teilchen. Was nun, wenn seine Energie "ausgeht"? Dann hört es einfach auf zu existieren. Es gibt kein Photon ohne Energie.

qualifizieren "hört auf zu existieren" durch vielleicht: es ist im Infrarotspektrum so niedrig, dass es in einem Schwingungsübergang eines Moleküls absorbiert wird. Durch die Impulserhaltung verliert es bei jedem Aufprall Energie und senkt die Wellenlänge. Wenn Josh fragt, ob die Spiegel unendliche Masse haben?
Das mag blöd klingen, aber ich weiß, dass ein Photon masselos ist und keine Ladung hat, aber gleichzeitig wird gesagt, dass es „ ein Elementarteilchen, das Quant des Lichts und aller anderen Formen elektromagnetischer Strahlung, und der Kraftträger für das Elektromagnetische ist Kraft" . Es hat also keine Ladung, trägt aber Energie ... ist Energie überhaupt ... was? WHO? Wie? *_-
Außerdem: Wenn ein Photon aufhört zu existieren, wenn die Energie "ausgeht", sollten Sie dann nicht mit einem leeren Eich-Boson-Teilchen zurückbleiben?
Nein, einem Photon kann unabhängig von seinen anderen Eigenschaften die Energie nicht "ausgehen". Technisch gesehen, wenn ein Photon Energie "verliert", ist das, was wirklich passiert, dass ein Photon eine gewisse Anfangsenergie hat E 1 wird absorbiert/zerstört und ein neues Photon mit einer neuen Energie E 2 wird emittiert. "Energiemangel" bedeutet dann nur, dass niemals ein neues Photon emittiert wird. Das kann passieren, wenn ein Photon von einem Kristall absorbiert wird und die Energie dann als Gitterschwingung anstelle eines neuen Photons wieder abgegeben wird.
@Lagerbaer: Es tut mir leid, dass ich so dick bin, ich habe mich daran gewöhnt, dass dieses Eichboson Materie ist, und Materie sollte jederzeit konserviert werden ... Ich habe jetzt herausgefunden, dass Materie nicht perfekt konserviert ist, obwohl ich Ich habe auch gelernt, dass Photonen, obwohl sie masselos sind, immer noch Masse hinzufügen . Wie auch immer, ich habe genug Material daraus, um diese Angelegenheit (kein Wortspiel beabsichtigt) für ein paar Tage/Wochen zu studieren ... in der Zwischenzeit: Danke für die Info!
Nun, Materie und Energie sind äquivalent, also kann Materie in Energie umgewandelt werden. Es wird nur Energie gespart.

Stellen Sie dieselbe Frage mit etwas anderen Parametern. Anstelle von parallelen Spiegeln, die ins Unendliche reisen, konstruieren Sie eine Kugel, deren Inneres reflektierend ist (sprich: Spiegel). Ziehen Sie dann ein Vakuum auf die Kugel, damit nichts das Photon verlangsamt. Injizieren Sie dann das Photon in einem beliebigen Winkel und es wird für immer mit Lichtgeschwindigkeit reflektiert, wodurch die Kugel weißglühend wird (ohne die Wärme natürlich).

Warum habe ich nicht an eine Kugel gedacht... hätte die Dinge so viel einfacher gemacht. Eine perfekte Kugel mit einer perfekt reflektierenden Oberfläche auf der Innenseite würde das Photon also für immer herumspringen lassen. Es gibt keinen Energieverlust, der dadurch verursacht wird, dass das Photon effektiv mit der Kugel kollidiert. Wenn wir ein Gerät hätten, das das Licht innerhalb der Kugel messen könnte, ohne das notwendigerweise geschlossene System zu brechen, würden wir einen konstanten Strahlungsfluss sehen, richtig?