Ich weiß, dass es viele Fragen gibt, die ähnlich (vielleicht identisch?) sind. Ich bin weder Physiker noch Student - ich interessiere mich nur für Physik und habe in letzter Zeit in meiner Freizeit viele Physikkanäle auf youtube geschaut.
Hier ist eine (fast) identische Frage: Warum brauchen elektromagnetische Wellen kein Medium?
Hier ist eine Antwort auf diese Frage:
Nun, ich würde sagen, das elektromagnetische Feld ist das Medium.
Ich verstehe das nicht - Wie kann etwas das Medium für sich selbst sein?
Ich glaube nicht, dass die Antworten auf diese Fragen bestimmte Punkte der Verwirrung ansprechen, die ich habe - also werde ich versuchen, die Frage etwas anders zu stellen
Wie kann Licht (oder elektromagnetische Strahlung) durch ein Vakuum reisen, wenn nichts als Medium vorhanden ist, und dies für immer in alle Richtungen? Zum Beispiel das Licht eines Millionen Lichtjahre entfernten Sterns.
Bei Wasser kann ich zum Beispiel leicht sehen, wie sich eine Welle in alle Richtungen über die Oberfläche ausbreiten und sich fortbewegen kann, solange die Energie in der Welle nicht abgebaut wird. Die Moleküle im Wasser fungieren als Medium und schwingen und drücken alle benachbarten Moleküle, was einen Dominoeffekt nach außen verursacht.
Aber was macht das Licht?
Ein Gedanke, den ich hatte, war, wenn Licht aus etwas besteht, dann bewegt es sich einfach vom Ursprungspunkt nach außen in die Richtung, in die das Licht gerichtet ist.
Was mich zu Photonen führt...
Hier ist der erste Absatz aus Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Photon
Ein Photon ist ein Elementarteilchen, das Lichtquant und alle anderen Formen elektromagnetischer Strahlung, und der Kraftträger für die elektromagnetische Kraft, auch statisch über virtuelle Photonen. Die Auswirkungen dieser Kraft sind sowohl auf mikroskopischer als auch auf makroskopischer Ebene leicht zu beobachten, da das Photon keine Ruhemasse hat; Dies ermöglicht Interaktionen über große Entfernungen. Wie alle Elementarteilchen lassen sich Photonen derzeit am besten durch die Quantenmechanik erklären und weisen einen Welle-Teilchen-Dualismus auf, der sowohl Eigenschaften von Wellen als auch von Teilchen aufweist. Beispielsweise kann ein einzelnes Photon von einer Linse gebrochen werden oder Welleninterferenz mit sich selbst aufweisen, aber auch als Teilchen fungieren, das ein eindeutiges Ergebnis liefert, wenn seine Position gemessen wird.
Also ... vielleicht bilden Photonen Licht, und sie schießen einfach wie eine Welle durch den Raum, aber es ist wirklich keine physikalische Welle (wie eine Schall- oder Wasserwelle), es "verhält sich nur wie eine"?
Hier ist ein Video von minutephysics: https://www.youtube.com/watch?v=Q_h4IoPJXZw
Das Video spricht über die Teilchen-Wellen-Dualität eines Elektrons. Ein einzelnes Elektron kann also wie eine Welle wirken, aber wenn es auf etwas trifft, trifft es nur auf eine Stelle. Gilt das auch für Photonen?
Gedankenexperiment : Draußen im Vakuum des Weltraums befindet sich eine riesige Hohlkugel mit einem Radius von 1 Lichtjahr. Im Inneren ist nur Vakuum, und genau in der Mitte wird ein Lichtblitz in alle Richtungen von einer Punktquelle ausgestrahlt. 1 Jahr später trifft das Licht an allen Stellen gleichzeitig auf die Kugel.
Das sind 12,6 (oder 4 mal pi) Lichtjahre im Quadrat der abzudeckenden Oberfläche! Wie können genügend Photonen vorhanden sein, um jeden Punkt innerhalb der Oberfläche dieser riesigen Kugel zu treffen? Ich verstehe, dass sehr wenig Licht so weit weg treffen würde, aber selbst wenn nicht Null, trifft zumindest etwas Licht.
Oder hängt das vielleicht davon ab, wie groß der Blitz war? Vielleicht trifft es nicht jede Stelle?
Wenn Licht wirklich aus Photonen besteht und wie eine Welle wirkt, aber jedes Photon nur eine Stelle trifft, dann scheint es mir, dass es unendlich viele Photonen in diesem Lichtblitz geben muss, um so viele Stellen innerhalb der Kugel zu treffen.
Aber das muss unmöglich sein, also muss es einen Fehler in meiner Argumentation geben.
Nun, ich würde sagen, das elektromagnetische Feld ist das Medium.
Ich verstehe das nicht - Wie kann etwas das Medium für sich selbst sein?
Licht ist nicht nur ein elektromagnetisches Feld. Licht (dh Photonen) ist eine Welle – eine Störung oder Perturbation – in einem elektromagnetischen Feld. Genau wie bei der Schwerkraft durchdringen Felder scheinbar den Raum. Sogar massive Teilchen (z. B. Quarks oder Elektronen) können als Wellen in darunter liegenden Feldern beschrieben (oder angesehen) werden.
Also ... vielleicht bilden Photonen Licht, und sie schießen einfach wie eine Welle durch den Raum, aber es ist wirklich keine physikalische Welle (wie eine Schall- oder Wasserwelle), es "verhält sich nur wie eine"?
Was Sie eine „physikalische Welle“ nennen, ist eine hervortretende Eigenschaft eines darunter liegenden Mediums (z. B. Luft, Wasser). Zum größten Teil ist eine solche entstehende Welle im Grunde dasselbe wie eine Welle in einem Feld. „Physikalische Wellen“ werden wegen dieser Ähnlichkeit oft als „ Quasiteilchen “ bezeichnet. Was wir als „Teilchen“ (z. B. Elektronen) bezeichnen, „verhalten sich nicht nur wie Wellen“, sie sind auch Wellen, daher der „ Welle-Teilchen-Dualismus “.
Wie kann Licht (oder elektromagnetische Strahlung) durch ein Vakuum reisen, wenn nichts als Medium vorhanden ist, und dies für immer in alle Richtungen? Zum Beispiel das Licht eines Millionen Lichtjahre entfernten Sterns.
Gemäß dem zweiten Postulat der speziellen Relativitätstheorie bewegt sich Licht mit der Geschwindigkeit v=c . Aber nach den Prinzipien der speziellen Relativitätstheorie reist Licht nicht, und deshalb wird kein Medium benötigt:
Die Weltlinie des Lichts ist lichtähnlich, und lichtähnliche Raumzeitintervalle sind null (leer). Das bedeutet, dass der Impuls, der durch elektromagnetische Wechselwirkung vom Emissionsereignis zum Absorptionsereignis übertragen wird, gerade ein Nullintervall durchqueren muss, beide Ereignisse sind räumlich benachbart. Aber das Überschreiten eines Nullintervalls ist offensichtlich keine Reise.
Raumzeitintervalle können jedoch nicht beobachtet werden. Was wir im Raum-Zeit-Diagramm unseres Beobachters beobachten, sind Photonen, die sich entlang des Lichtkegels bewegen. Ein Null-Raumzeit-Intervall kann in unserem Diagramm einer Entfernung von Milliarden Lichtjahren entsprechen, und diese zurückgelegte Weltlinie, die lediglich ein Produkt unserer Beobachtung ist, wird von elektromagnetischen Wellen "gefüllt". Elektromagnetische Wellen sind die beobachtbaren Zeugen des unsichtbaren Null-Raumzeit-Intervalls.
Emilio Pisanty