Warum stellen wir uns Licht als Welle vor?

Licht ist eine Welle – eine elektromagnetische Welle. Radiowellen und Mikrowellen sind ebenfalls elektromagnetische Wellen, sie haben nur unterschiedliche Wellenlängen. Wikipedia hat ein schönes Bild, das das elektromagnetische Spektrum zeigt

warum hat es eine wellenlänge...

Sie hat eine Wellenlänge, weil zwischen den Spitzen der Wellen physikalischer Raum ist – es ist eine echte, physikalische Welle. Genau wie Wasserwellen und Schallwellen können Sie mit Lichtwellen "Wellen-Dinge" machen, sie beispielsweise durch Beugungsgitter schicken und die Interferenz sehen.

und was seine Wellenlänge erzeugt

Was auch immer das Licht erzeugt, gibt ihm Energie, und die Wellenlänge ist proportional zu dieser Energiemenge:

Vibriert das Licht auch? Wenn ja, wie dann?

Schallwellen sind Energiewellen, die Materie komprimieren - im Vakuum kann es keine Schallwelle geben. Lichtwellen sind auch Energiewellen, aber sie brauchen keine Materie, um voranzukommen. Deshalb können wir Sonnenlicht sehen, aber wir können die Sonne nicht hören. (Und deshalb kann dich im Weltraum niemand schreien hören.)

Dieses Thema kann sehr schnell sehr kompliziert werden. Denn obwohl Licht eine Welle ist, ist es auch ein Teilchen. Viele wirklich schlaue Leute haben sich darüber den Kopf zerbrochen und werden es noch lange tun.

Ich möchte Ihnen ein Beispiel geben, wie Licht erzeugt werden kann. Dies war für meine Schüler hilfreich, wenn es darum ging, Licht als Welle zu visualisieren. Dies ist nicht die einzige Art, wie Licht erzeugt werden kann, aber es ist ein bisschen einfacher zu visualisieren und kann Ihnen helfen zu verstehen, warum es als Welle gesehen werden kann.

Stellen Sie sich eine elektrische Ladung vor. Diese Ladung erzeugt um sich herum ein elektrisches Feld, das es ihr ermöglicht, eine Kraft auf andere Ladungen auszuüben.

Wenn wir diese Ladung bewegen, bewegt sich auch das damit verbundene elektrische Feld. Allerdings, und das ist wirklich entscheidend: Das elektrische Feld passt sich nicht sofort an. Das Feld braucht Zeit, um die neue Position der Ladung "einzuholen". Es gibt eine großartige Simulation davon unter diesem Link . Es ist ein wenig übertrieben, aber es zeigt Ihnen die Grundidee. Sie können sehen, dass das Wackeln der Ladung eine Störung im elektrischen Feld erzeugt, die sehr wellenartig aussieht.

Es gibt auch einen magnetischen Teil, der komplexer ist und in dieser Animation nicht gezeigt wird.

Durch bewegte Ladungen erzeugen wir Radiowellen, die eine Form von Licht sind. (Sie sind nicht das sichtbare Licht, auf das Sie sich bezogen haben, aber es gibt viele verschiedene Arten von Licht .) Radiowellen werden erzeugt, indem elektrische Ströme über einen dafür vorgesehenen Schaltkreis den Sendeturm auf und ab bewegen.

Es dauerte eine Weile, bis die Leute erkannten, dass Radiowellen, sichtbares Licht, Röntgenstrahlen und viele andere Dinge wirklich unterschiedliche Formen von Licht sind. Als wir das erkannten, war klar, dass wir sichtbares Licht durch eine Welle darstellen konnten – eine elektromagnetische Welle mit einer Wellenlänge, Frequenz, Amplitude, Geschwindigkeit und all den Dingen, die Wellen normalerweise haben. Die Welle ist nicht „Lichtschwingung“, das Licht selbst sind Schwingungen im elektrischen (und magnetischen) Feld.

Ich sollte auch erwähnen, dass @Robert richtig ist. Licht kann als Welle modelliert werden, weil es sich unter bestimmten Umständen wie eine solche verhält. Es kann auch als Teilchen (das Photon) oder als Ansammlung von Wellen modelliert werden, die als „Wellenpaket“ bezeichnet werden.

Ich hoffe das hilft!

Licht ist eine elektromagnetische Welle. Wir sprechen von der Doppelnatur des Lichts, da es in einigen Fällen Eigenschaften einer Welle und in anderen Fällen die von Teilchen aufweist, die jeweils in einem anderen Quantenzustand vorliegen.

Wenn ein Metall erhitzt wird, emittiert es Photonen, wenn die Elektronen ihre Energieniveaus verschieben. Da Elektronen bei einer bestimmten Lichtfrequenz von einem Metall emittiert werden, weist dies darauf hin, dass Licht aus einem Teilchen namens Photon besteht. Eine Erhöhung der Lichtintensität erhöht die Rate der Elektronenemission. Dies ist keine Eigenschaft einer Welle.

Wenn Licht jedoch in einem Winkel auf ein transparentes Objekt trifft, wird es gebrochen (außer bei 90 Grad). Dies ist eine Eigenschaft einer Welle.

Daher wird Licht als rechtwinklig zueinander schwingende elektrische Wellen und magnetische Wellen gesehen. Licht ist immer entweder eine Welle oder ein Teilchen, aber niemals beides gleichzeitig. Willkommen in der Doppelnatur des Lichts.

Am Anfang machen Sie sich nur Gedanken über die klassische Grenze der Physik (vergessen Sie die Quantenmechanik). Wenn Sie die Maxwell-Gleichungen ohne Ladung lösen, erhalten Sie am Ende eine Gleichung, die einer Wellengleichung ähnelt. Wenn Sie die Geschichte der partiellen Differentialgleichungen sehen, haben Mathematiker eine Reihe von Gleichungen wie "Wärmegleichung", "Wellengleichung", "Poisson-Gleichung" usw. gefunden. Und die Maxwell-Gleichung ohne Ladung und elektrischen Strom stimmt genau mit der Wellengleichung überein. Dies führte zu der Annahme, dass Licht aus einer Magnetfeldwelle besteht$\vec{B}$gegenseitig senkrecht zur Welle des elektrischen Feldes oszillieren$\vec{E}$.

Warum ist sehr schwer zu beantworten...

Die Geschwindigkeit einer Welle wird Schnelligkeit genannt, weil sich das Medium, in dem die Welle Form annimmt, nicht bewegt, aber die Natur einen Weg gefunden hat, sich auszubreiten, Energie zu zerstreuen, ohne die gesamte Materie zu bewegen: die Welle.

Für Licht gibt es zum Beispiel eine elektrische Störung (sagen wir einen Funken) im Raum, dann sagt uns die Maxwell-Gleichung, wie die elektrische Störung magnetische Störung erzeugt, die magnetische Störung erzeugt und so weiter. Die Störung ist dann elektromagnetischer Natur und die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist c.

Ich hoffe, ich habe Ihre Frage beantwortet, wenn ich weiter gehen soll, lassen Sie es mich wissen, denn Fragen, die mit dem Wort Warum beginnen, sind am interessantesten, aber am schwierigsten zu befriedigen.

Gegenwärtig wird Licht sowohl als Welle als auch als aus Teilchen (Photonen) bestehend angesehen, da, wie Robert in seiner Antwort erwähnte, bestimmte Phänomene die Modellierung von Licht als Welle erfordern, um erklärt zu werden (Interferenz, Beugung usw.), und andere erfordern Photonen ( wie der photoelektrische Effekt).

Warum stellen wir uns Licht als Welle vor? Weil die Modellierung als Welle eine Vielzahl physikalischer Phänomene korrekt vorhersagt. Was ist die „Welle“? Die Maxwell-Gleichungen sagen uns, dass die Welle Störungen im elektromagnetischen Feld sind. Es ist dieses Feld, das „vibriert“ oder oszilliert.

In der klassischen Physik wird Licht (sichtbar und unsichtbar) mathematisch als elektromagnetische Welle modelliert, dh Wellen im elektrischen und magnetischen Feld .

Elektromagnetische Wellen sind nicht auf sichtbares Licht beschränkt. Zum Beispiel sind Radiowellen einfach sehr langwelliges "Licht". Röntgen- und Gammastrahlen sind sehr kurzwelliges „Licht“.

Licht vibriert nicht. Vielmehr unterstützt das elektromagnetische Feld die Ausbreitung von „Störungen“. Wenn beispielsweise ein Elektron plötzlich beschleunigt wird, breitet sich die mit dem Elektron verbundene Störung im elektrischen und magnetischen Feld vom Ort des Elektrons mit einer Geschwindigkeit von c , der Lichtgeschwindigkeit, nach außen aus. Dies ist in gewisser Weise analog zu einer Störung in der Luft, beispielsweise durch einen Lautsprecher, der sich mit Schallgeschwindigkeit nach außen ausbreitet.

Natürlich ist es nicht so einfach, sich „Vibrationen“ im elektromagnetischen Feld vorzustellen, wie sich „Vibrationen“ in der Luft vorzustellen. Jahrelang dachten Physiker, es müsse eine Substanz namens Äther geben, die den gesamten Raum erfüllt und das Medium für die Ausbreitung von Lichtwellen ist. Es war das Versäumnis, den Äther zu entdecken, der zur Entwicklung der Speziellen Relativitätstheorie führte.

Wenn sichtbares Licht Teil von LICHT ist, das ein breites Spektrum hat, einschließlich Gamma-, Röntgen- und Schallstrahlen, warum wird dann gesagt, dass sich Licht mit konstanter Geschwindigkeit fortbewegt, wenn es eindeutig sichtbares Licht bedeutet, da Schall sich nicht mit fortbewegt? gleiche Geschwindigkeit wie sichtbares Licht, richtig?

Licht ist keine Welle. Wenn Sie (zum Beispiel) Lichtteilchen namens Photonen aus einem Laser (Photonenkanone) auf eine Wand mit zwei Löchern schießen und sich aus irgendeinem Grund entscheiden, alle 1000 Jahre ein Photon abzufeuern, werden Sie das am anderen herausfinden Am Ende hat der Detektor (eine Art schickes Polaroid) eine abwechselnde Reihe vertikaler dunkler Streifen und vertikaler heller Streifen. Sie haben also etwas, das wie ein Interferenzmuster auf dem Bildschirm aussieht. Deshalb ist es richtiger zu sagen, dass Licht ein Teilchen (das Photon) ist, das sich wie eine Welle „verhalten“ kann. Wie jedoch frühere Kommentatoren erklärt haben, wenn Sie dies nicht tun Wenn Sie keinen tiefen Einblick in die Natur des Lichts wollen, können Sie es sich auch klassisch (nicht quantenmechanisch) als Schwingung des elektromagnetischen Felds vorstellen, aber meiner Meinung nach ist diese Reaktion nicht nur weniger tief, sondern auch etwas abstrakter! Die Abstraktheit der Quantenmechanik kommt beim „Warum“ ins Spiel, warum es ein Interferenzmuster gibt, aber wenn Sie die Quantenmechanik bereits verstehen, müssen Sie nicht auch den gesamten Elektromagnetismus verstehen, um zu verstehen, warum sich Licht wie eine Welle verhält, weil ALLES eine Wellenlänge hat damit verbunden. Elektronen verhalten sich auch so, wie ich es beschrieben habe, wenn Sie eine Elektronenkanone auf eine Wand mit zwei Löchern abfeuern. Es ist ein Interferenzmuster, aber wenn Sie die Quantenmechanik bereits verstehen, müssen Sie nicht auch den gesamten Elektromagnetismus verstehen, um zu verstehen, warum sich Licht wie eine Welle verhält, weil ALLES eine damit verbundene Wellenlänge hat. Elektronen verhalten sich auch so, wie ich es beschrieben habe, wenn Sie eine Elektronenkanone auf eine Wand mit zwei Löchern abfeuern. Es ist ein Interferenzmuster, aber wenn Sie die Quantenmechanik bereits verstehen, müssen Sie nicht auch den gesamten Elektromagnetismus verstehen, um zu verstehen, warum sich Licht wie eine Welle verhält, weil ALLES eine damit verbundene Wellenlänge hat. Elektronen verhalten sich auch so, wie ich es beschrieben habe, wenn Sie eine Elektronenkanone auf eine Wand mit zwei Löchern abfeuern.