Wie visualisiert man die Ausbreitung einer Welle?

Wellen können als Wellenform mit Wellenbergen, Tälern, Wellenlänge und Amplitude dargestellt werden. Wasserwellen (Windwellen) passen hervorragend in dieses Modell. Es gibt jedoch viele Arten von Wellen in der Natur. Ist es richtig zu sagen, dass sich alle Wellen auf diese Weise ausbreiten?

  1. Druckwellen (Schall) gleichen eher einer Kompression und Verdünnung, die sich geradlinig ausbreiten. Ist die Wellenform die falsche Herangehensweise an diese Wellen? Schwingen sie wirklich auf und ab? Oder ist es der richtige Ansatz, weil die Amplitude zu niedrig ist, um normal wahrgenommen zu werden?

  2. Ist es richtig, die Wellenform den klassischen elektromagnetischen Wellen zuzuordnen? Schwingen sie wirklich auf und ab, wie die Wellenform sagt? Wenn wir zum Beispiel einen Lichtstrahl in eine Richtung richten, wird das Licht auf und ab schwingen und der Meter über dem Meeresspiegel wird sich geringfügig unterscheiden?

  3. Und was ist mit dem quantenmechanischen Photon und anderen Elementarteilchen? Ist es auch richtig, sie als Wellenform zu modellieren? Schwingen sie wirklich auf und ab? Das klingt aufgrund der Unschärferelation der Quantenmechanik unwahrscheinlich. Ich sehe jedoch überall, dass der Weg zu einem Teilchen als Wellenform dargestellt wird. Ist dieser Ansatz völlig irreführend? Wenn ja, was ist die korrekte Visualisierung für die Ausbreitung von Elementarteilchen? (Ich denke, ich frage, wie man die Wellenfunktion visualisiert).

Wellen müssen nicht unbedingt "Wellen" sein: jede Funktion, die die Wellengleichung löst, nämlich jede Funktion, die in Reihen von ebenen Wellen entwickelt werden kann e ich ( k X − ω T ) ist eine Welle.

Antworten (2)

Um einige Ihrer Fragen zu beantworten. Tatsächlich können Schallwellen als Kompression betrachtet werden. Sie sind eigentlich Longitudinalwellen. Der Schall breitet sich durch den Unterschied im Luftdruck und durch das Auftreten einer Gradientenänderung (plötzlich) in der Dichte der Luftmoleküle aus. Sie brauchen also etwas im Medium, das sich bewegt, um die Schallausbreitung zu haben: Deshalb können Sie im Raum nichts hören.

Die elektromagnetischen Wellen haben transversalen Charakter. Sie bestehen aus zwei Feldern, die oszillieren und sich gegenseitig erzeugen, wenn sie sich bewegen. Sie können sie als Unebenheiten (Berge, Täler) sehen. Wenn Sie eine EM-Welle erzeugen und versuchen, sie aufzuzeichnen, können Sie sie als Sinuswelle oder andere Formen (die meisten davon oszillierend) sehen. Photonen sind Wellen oder Teilchen, je nachdem, welche Art von Experiment Sie studieren. Beispielsweise kann das Photon bei der Interferenz als Welle gesehen werden. Aber beim photoelektrischen Effekt werden die Photonen als Artikel betrachtet. Die Idee des Welle-Teilchen-Dualismus ist ein Schlüsselkonzept im QM. In gewisser Weise ist es richtig, alle Partikel, die Sie kennen, als "Wolken" zu betrachten, wobei diese Wolke die Wahrscheinlichkeitsamplitude darstellt, dass Sie das Partikel finden.

Wenn du mehr über Wellen erfahren möchtest, sind die Feynmann-Vorlesungen ein toller Einstieg :)

Hoffe das hilft!

Die Aufwärts- und Abwärtsvariationen klassischer Systeme sind Amplitudenvariationen sinusförmiger Beschreibungen von Wellen. Wellengleichungen passen Wellenphänomene klassischerweise mit Sinus- und Kosinusfunktionen von Raum und Zeit an.

Nehmen Sie die elektromagnetische Welle (Licht ist Teil des Spektrums), die klassische Lösung der Maxwell-Gleichungen, bei der die Amplitude elektrische und magnetische Felder darstellt, die direkt mit der von der Welle übertragenen Energie verbunden sind.

emwave

Elektromagnetische Wellen kann man sich als sich selbst ausbreitende transversal oszillierende Wellen elektrischer und magnetischer Felder vorstellen. Diese 3D-Animation zeigt eine linear polarisierte Welle, die sich von links nach rechts ausbreitet. Beachten Sie, dass die elektrischen und magnetischen Felder in einer solchen Welle in Phase sind und zusammen Minima und Maxima erreichen

Dasselbe gilt für akustische Wellen, deren Verdünnung und Kompression die Energie sinusförmig in Raum und Zeit ausbreitet.

Im Allgemeinen haben klassische Wellen eine Form von "Energiewellen", Energie wird mit der Welle übertragen.

Und was ist mit dem quantenmechanischen Photon und anderen Elementarteilchen? Ist es auch richtig, sie als Wellenform zu modellieren?

Es ist eine Wellenform, die durch die quantenmechanischen Wellenfunktionen beschrieben wird, aber was "schwingt" ist die Wahrscheinlichkeitsverteilung, ein Teilchen bei (x,y,z,t) zu finden. Es ist keine Energieverteilung.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Elektronenaufbau im Laufe der Zeit

In diesem Doppelspaltexperiment ein Elektron nach dem anderen:

Jedes einzelne Teilchen scheint zufällig, es ist die akkumulierte Wahrscheinlichkeitsverteilung, die die Welleninterferenz zeigt.

Dasselbe gilt für einzelne Photonen. Nichts schwingt auf und ab, außer der Wahrscheinlichkeit, die durch das Quadrat der Konjugierten Komplexe der Wellenfunktion berechnet wird.

Darf ich fragen, ob es einen Trick gibt, ein animiertes GIF hochzuladen? Ich habe es versucht und es hat nicht funktioniert: Imgur zeigt im Grunde nur das erste Bild. Danke.
@ZeroTheHero Ich habe vor ein paar Tagen versucht, dieses Kunststück zu wiederholen und das gleiche Ergebnis wie Sie zu erzielen, und nicht versucht, wieder herauszufinden, was ich getan hatte. später: Ok, noch einmal alle Möglichkeiten durchgegangen, und was funktioniert ist, das Bild auf dem Desktop (Windows 10) zu speichern und von dort zu laden.
Danke ... Ich habe gerade mein eigenes Bild neu geladen und es schien zu funktionieren. Ich dachte, ich hätte es schon einmal vom Desktop aus gemacht, aber vielleicht nicht ... jedenfalls ist es jetzt behoben. Danke noch einmal.
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