Was ist eigentlich weißes Licht?

In der Frage gibt es einige Begriffsverwirrung.

1. Ein Photon ist ein Elementarteilchen im Standardmodell der Teilchenphysik, siehe Tabelle. Seine Masse ist gleich Null, es ist ein Punktteilchen und seine Energie ist gleich Null$h*ν$, Wo$h$ist Plancks Konstante,$ν$ist die Frequenz für die klassische elektromagnetische Welle Licht, die aus einer Vielzahl solcher Photonen hervorgeht. Für das Photon hat der Begriff "Frequenz" keine andere Bedeutung, um seine Energie zu bezeichnen.

2. Das Elektron ist auch ein Punktteilchen in derselben Tabelle mit einer festen unveränderlichen Masse von 0,51099895 MeV, was unveränderlich ist. Auf keinen Fall kann ein freies Elektron ein Photon absorbieren, ein Photon kann an einem Elektron streuen , dessen Energie geringer wird. Die Absorption von Photonen kann nur in Streuungen von Photonen mit gebundenen Elektronen in Energieniveaus, in Atomen, Molekülen und Gittern erfolgen. Es ist das ganze Atom, das das Photon absorbiert, wobei das Elektron aufgrund der Absorption seine Energieniveaus ändert. Die Energieniveaus haben eine Breite, und das spiegelt sich in der Fähigkeit von Atomen wider, Photonen mit a zu absorbieren$Δ(E)$in Energie, deren Breite direkt mit der Frequenz des Lichts einer Vielzahl von Photonen zusammenhängt.

3. Die Farben des Spektrums sind nicht eins zu eins mit den Farben, die unsere Augen definiert haben. Das Spektrum eines Kristalls hat spezifische Frequenzen, die wir mit der Farbe, die wir sehen, benannt haben, und dort gibt es eine Eins-zu-Eins-Entsprechung, Frequenz zu Farbe. Beachten Sie, dass es im Spektrum kein "Weiß" gibt:

Aber unsere Augen können die gleichnamigen Farben mit einer Kombination von Lichtfrequenzen sehen , die als Farbwahrnehmung bezeichnet wird:

Die am Punkt T wahrgenommene Farbe stammt aus einer Kombination von Frequenzen, und viele unterschiedliche Paare ergeben die gleiche wahrgenommene Farbe. Weiß liegt in diesem Diagramm um den Unbuntpunkt herum. Bitte lesen Sie den Link für Details.

Zusammenfassend ist Weiß keine Farbe im sichtbaren Lichtspektrum, viele Frequenzen könnten die Wahrnehmung von weißer Farbe ausmachen, was bedeutet, dass Photonen mit einer großen Variation der Energie die weiße Farbe ausmachen.

Ist es eine Tüte mit unendlichen Photonen unterschiedlicher Wellenlängen?

Die Abbildung zeigt, wie sich die Frequenzen kombinieren, um die Wahrnehmung von Weiß zu vermitteln. Man braucht viele Photonen, damit unsere Augen sie wahrnehmen können, aber auch ein paar hundert können ein Signal an das Gehirn geben, diese Verbindung könnte Sie interessieren.

oder ist es ein einzelnes Photon.

Ein einzelnes Photon kann nicht die Wahrnehmung von Weiß vermitteln.

Hoffe das hilft.

Edit: Da Kommentare bei zu vielen verschwinden könnten, kopiere ich hier einen aussagekräftigen Kommentar von @PhysicsTeacher:

Es sollte jedoch beachtet werden, dass man, wenn man allgemein von „weißem Licht“ spricht, oft Licht meint, das das gesamte Spektrum in erheblichem Maße enthält, und nicht nur eine Kombination einiger weniger Frequenzen. Dies liegt daran, dass der Kontext oft der der Beleuchtung ist und eine Beleuchtung mit einer seltsamen und winzigen Frequenzkombination zu verzerrten, „künstlichen“ Farben führt und nicht zu den „echten“ Farben (dh den Farben, die bei Tageslicht gesehen werden). –

Es ist sehr wichtig zu verstehen, dass Weiß keine Spektralfarbe ist, sondern eine wahrgenommene Farbe. Warum?

Weiß ist keine Spektralfarbe. Es ist eine wahrgenommene Farbe. Das menschliche Auge hat drei Arten von Farbrezeptoren, die gemeinhin als Rot, Grün und Blau bezeichnet werden. Es gibt keinen Punkt im Spektrum, den man als „weiß“ bezeichnen könnte. Weiß ist eine Mischung aus Farben, so dass unsere Augen und unser Gehirn nicht unterscheiden können, welches von Rot, Grün oder Blau der Gewinner ist.

Wie viel Rot, Blau und Grün hat weißes Licht?

Es gibt keinen Punkt im Spektrum, den Sie als weiß bezeichnen könnten. Weiß wird von unserem Gehirn als weiße Farbe wahrgenommen, die aus einer Kombination verschiedener Farben besteht, die von den Rezeptoren unserer Augen wahrgenommen werden. Es wird allgemein angenommen, dass es drei verschiedene Arten von Zapfen für Rot, Grün und Blau gibt. In Wirklichkeit erfassen diese Zapfen kurzwellige (Spitzenwert bei 445 nm, wir nennen ihn blau), mittelwellige (Spitzenwert bei 535 nm, wir nennen ihn grün) und langwellige (Spitzenwert bei 575 nm, wir nennen ihn rot) Photonen.

Diese Rezeptoren haben einen Empfindlichkeitsbereich, der bei diesen Wellenlängen seinen Höhepunkt erreicht, aber sie sind fast über das gesamte sichtbare Spektrum empfindlich.

Es ist sehr wichtig, dass es viele verschiedene Kombinationen von Photonen (mit unterschiedlichen Wellenlängen) geben kann, die die Wahrnehmung von Weiß vermitteln können. Es ist unser Gehirn, das diese von den Rezeptoren kommenden Signale zu einer Wahrnehmung von Weiß kombiniert, und wir können nicht unterscheiden, wie diese Kombination erreicht wird, sie alle erzeugen die Wahrnehmung von Weiß.

Ja, ein Photon für sich allein kann sich in einer Quantenüberlagerung verschiedener Frequenzen befinden, die man „weiß“ nennen könnte. Nein, ein solches Photon kann wahrscheinlich nicht durch einen einfachen natürlichen Prozess erzeugt werden. Nein, ein solches Photon würde nicht weiß aussehen, weil die Überlagerung bei der Messung zusammenbricht und nur eine Frequenz ergibt. (Nur eine Ihrer Kegelzellen könnte möglicherweise als Reaktion darauf feuern, vorausgesetzt, dass überhaupt ein gleichmäßiges Feuer auftritt.) Eine Ansammlung vieler solcher Photonen würde jedoch insgesamt weiß aussehen.

Existiert ein einzelnes weißes Photon?

Jetzt fragen Sie nach einem einzelnen Photon, aber ein einzelnes Photon kann nicht die Wahrnehmung von Weiß erzeugen, weil Sie mehrere Photonen mit bestimmten unterschiedlichen Wellenlängen benötigen, um die Wahrnehmung von Weiß in unserem Gehirn zu erzeugen. Beachten Sie jedoch, dass ein einzelnes Photon eine QM-Entität ist und es möglich ist, dass sich ein einzelnes Photon in einer Überlagerung von Zuständen befindet, so dass es als eine Kombination von Farben interpretiert werden könnte, die Weiß erzeugen könnten, aber als das Einzelne Photon interagiert mit den Zapfen im Auge, seine Überlagerung kollabiert in einen Eigenzustand mit einer einzigen Wellenlänge und kann somit keine Weißwahrnehmung erzeugen.

Die Frage ist auf den ersten Blick trivial zu beantworten: Weißes Licht ist Licht, das eine annähernd gleichmäßige Mischung von Photonen aller sichtbaren Wellenlängen enthält. Licht kann weiß erscheinen, wenn es eine ungleichmäßige Mischung von Wellenlängen hat, die die drei Farbrezeptoren in der menschlichen Netzhaut auf die gleiche Weise anregen, wie es eine gleichmäßige Mischung tut.

JEDOCH geht diese Antwort nicht auf die Frage ein, die das OP wirklich zu stellen scheint: „Kann ein Photon ‚weiß‘ sein, oder muss es nur eine einzige Wellenlänge sein?“

Tatsächlich hat die Wellenfunktion jedes Photons eine endliche spektrale Breite. Eine geeignet konstruierte Lichtquelle kann Photonen mit sehr großer spektraler Breite erzeugen, die das gesamte sichtbare Spektrum überspannen. Wenn die Wellenlänge eines solchen Photons gemessen wird, wird natürlich nur eine Wellenlänge erhalten; wiederholte Messungen ergeben jedoch Wellenlängen, die das gesamte Spektrum der Quelle abdecken. Die Absorption eines Photons durch ein Atom oder Molekül entspricht einer Messung des Photons.

Hier gibt es ein kleines Definitions- oder Situationsproblem. Weißes Licht KÖNNTE eine gleichmäßige Verteilung sichtbarer Frequenzen sein, muss es aber nicht. Aus Wahrnehmungssicht ist weißes Licht eine Mischung von Frequenzen, die die Zapfen des menschlichen Sehsystems so anregen, dass sie die Empfindung hervorrufen, die wir „weiß“ nennen.

Im Gegensatz zu den anderen Antworten muss diese Mischung keine gleichmäßige Mischung von Frequenzen sein. Wenn Sie eine gute* Lupe zur Hand haben, betrachten Sie einen weißen Bereich auf Ihrem Computerbildschirm. Sie werden sehen, dass es aus winzigen roten, grünen und blauen Punkten besteht, ohne die anderen Spektralfarben.

Es ist auch eine Frage der Wahrnehmung. Wenn Sie schon einmal eine verschneite Landschaft bei Sonnenuntergang fotografiert haben, ist Ihnen wahrscheinlich aufgefallen, dass die Kamera das, was Sie als weißen Schnee sehen, als rötlich-orange sieht. Das Gehirn passt (in Grenzen) das, was Sie sehen, an das an, was Sie zu sehen erwarten – weißen Schnee.

*Muss gut sein oder ein älteres Display mit niedrigem Punktabstand. Mit meiner Display- und Tischlupe sind die Punkte kaum zu erkennen.

Weißes Licht kann aus der Kombination verschiedener monochromatischer Quellen resultieren, wie sie beispielsweise in Fernsehbildschirmen verwendet werden.

Das heißt aber meiner Meinung nach nicht, dass aus einer solchen Mischung alles weiße Licht entsteht. Es ist nur ein Trick, um einen sensorischen Effekt zu erzielen, da echte Bewegungen durch Bildsequenzen in Filmen simuliert werden.

Das Sonnenlicht resultiert aus einer chaotischen Bewegung von Ladungen des ionisierten H und He an der Oberfläche der Sonne. Diese ebenen EM-Wellen, die auf die Erde kommen, erzeugen in unseren Augen ein „weißes“ Gefühl.

Farben entstehen durch die Wechselwirkung dieses Lichts mit Materie (Beugungsgitter, Prismen oder einfach ausgewählte Absorption durch Materialoberflächen).

Ihre Hauptverwirrung scheint zu sein, ob "Weiß" eine Eigenschaft eines bestimmten Photons oder einer Sammlung von ihnen ist, und die Antwort auf diese Frage lautet, dass es sich um eine Eigenschaft einer Sammlung von Photonen handelt. Allerdings kontrastieren Sie ein einzelnes Photon mit einer unendlichen Anzahl von Photonen. Während die Anzahl der von einer typischen Lichtquelle emittierten Photonen enorm ist (beispielsweise emittiert eine typische Glühbirne in einer Sekunde mehr als eine Milliarde Mal so viele Photonen wie es Menschen auf der Erde gibt), ist sie nicht unendlich.

Was Ihren wörtlichen Fragetitel betrifft, so ist Licht, das "weiß" ist, eher eine biologische Angelegenheit als eine physikalische Angelegenheit. Wenn Licht als „weiß“ bezeichnet wird, bezieht sich dies auf eine Verteilung von Wellenlängen, die Menschen als „weiß“ wahrnehmen. Und die menschliche Wahrnehmung von „weiß“ ist kontextabhängig; Das menschliche Gehirn hat tatsächlich die Tendenz, Umgebungslicht auf Weiß zu „normalisieren“, sodass Sie erkennen können, dass dasselbe Objekt unabhängig von der Lichtquelle die „gleiche“ Farbe hat. „Weißes“ Licht bezieht sich im Allgemeinen auf eine „gleichmäßige“ Lichtverteilung, aber die genaue Definition von „gleichmäßig“ variiert je nach Kontext. Beim Umgang mit Lichtquellen, die vernünftigerweise als Schwarzkörperstrahlung modelliert werden können, "weiße" wird oft als einem bestimmten Temperaturbereich entsprechend definiert. (Es mag seltsam erscheinen zu sagen, dass weißes Licht Licht ist, das von Schwarzkörperstrahlung stammt, aber das ist eine Sache für eine andere Frage.)