Besetzen Photonen Raum?

Totaler Noob hier.

Mir ist klar, dass Photonen keine Masse haben. Allerdings müssen sie irgendwie Raum einnehmen, da ich gelesen habe, dass Lichtwellen miteinander kollidieren können.

Besetzen Photonen Raum? und wenn ja, bedeutet das, dass es eine theoretisch maximale Helligkeit gibt, bei der keine zusätzliche Menge an Photonen im gleichen Volumen vorhanden sein könnte?

Antworten (3)

Allerdings müssen sie irgendwie Raum einnehmen, da ich gelesen habe, dass Lichtwellen miteinander kollidieren können.

Das ist nicht wahr. Ja, Lichtwellen können (selten) "kollidieren" und miteinander interagieren, aber das bedeutet nicht, dass sie Raum einnehmen müssen.

Es ist nicht einmal ganz klar, was es bedeutet, wenn ein subatomares Teilchen den Raum einnimmt. Ein Teilchen wie ein Photon ist eine Störung in einem Quantenfeld und ist gewissermaßen über den Raum „ausgebreitet“; es hat keine bestimmte Größe im gleichen Sinne wie ein makroskopisches materielles Objekt. Aber Sie werden wahrscheinlich zustimmen, dass, wenn es möglich ist, eine vernünftige Definition von "Platz einnehmen" für ein subatomares Teilchen zu machen, es darum gehen sollte, andere Dinge daran zu hindern, denselben Platz einzunehmen. Photonen tun das nicht. Sie sind Bosonen und unterliegen daher nicht dem Pauli-Ausschlussprinzip . Wenn Sie also ein Photon haben, das einen bestimmten Raum einnimmt (was auch immer das bedeuten mag),

Stimmt es also, dass zukünftige Datenspeicher ("Festplatten") unbegrenzt (außer zeitlich begrenzt) gespeichert werden können, da Licht masse- und raumlos ist?
@Pacerier Nein, es gibt Grenzen, die sich aus verschiedenen physikalischen Gründen ergeben. Aber das wäre Gegenstand einer anderen Frage.

David Z beantwortet einen Teil Ihrer Frage großartig, also lassen Sie mich den anderen Teil ausfüllen:

bedeutet das, dass es eine theoretisch maximale Helligkeit gibt, bei der keine zusätzliche Menge an Photonen im gleichen Volumen vorhanden sein könnte?

(Haftungsausschluss: Ich bin nur ein Amateur - so verstehe ich das Thema)

Die Antwort ist meist ein Ja. Während Photonen, wie David sagt, Bosonen sind und daher nicht wirklich eine Bedeutung von "persönlichem Raum" haben, bewirkt die Akkumulation der Energie des Photons eine andere sehr interessante Sache - die spontane Erzeugung neuer Teilchen. Tatsächlich gibt es eine Art Supernova, von der angenommen wird, dass sie aus diesem Grund auftritt - http://en.wikipedia.org/wiki/Pair-instability_supernova .

Theoretisch kann dies geschehen, sobald genügend Energie vorhanden ist, um ein Teilchen-Antiteilchen-Paar zu erzeugen. Gleichzeitig gibt es jedoch eine beachtliche Unterstützung dafür, dass kurz nach dem Urknall alles aus Photonen bestand – das war wahrscheinlich die größte Menge an Photonen auf kleinstem Raum, die es je gab. Zu diesem Zeitpunkt war das Universum zu "heiß", um eine Paarbildung zu ermöglichen.

Unter "normalen" Bedingungen ist die Menge an Photonen in einem bestimmten Volumen also eingeschränkt. Allerdings kommt es nicht auf die Menge der Photonen an, sondern auf deren Gesamtenergie.

Kleine Korrektur am Ende. Die Menge an Photonen ist genau das, was ihre Gesamtenergie bestimmt! E=hf für ein Photon. h ist konstant und wenn wir nur eine bestimmte Frequenz einer gesamten EM-Welle betrachten, ist es leicht abzuleiten, dass nur die Menge der Photonen die Gesamtenergie bestimmt. Ich vermute sogar, dass genau aus diesem Grund die OP-Frage aufkam.
@e-motiv Ja, aber Photonen mit unterschiedlichen Frequenzen haben eine unterschiedliche Menge - es ist also nicht so, dass Photonen "Raum besetzen". Wenn Sie sich Photonen als Pakete vorstellen, deren Größe mit der Wellenlänge zunimmt, würden Sie erwarten, dass Photonen mit niedrigerer Frequenz mehr Platz „belegen“. In Wirklichkeit ist es das Gegenteil - niedrigere Frequenzen ermöglichen es Ihnen also, mehr Photonen in das gleiche Volumen zu passen.
Widersprüchlich und neben meinem Punkt. Aber egal ... ich bin raus.
@e-motiv Okay, um es kurz zu machen. Nur weil Menge und Energie eine Beziehung haben, heißt das nicht, dass sie dasselbe sind. Die Gesamtenergie in einem bestimmten Regionsraum ist begrenzt, die Gesamtmenge der Bosonen nicht. Was genau ist daran widersprüchlich?

Nun, wenn Prof. Miles J Padgett hat recht, wenn er hier sagt :

Orbitalimpuls des Lichts

Seit dem Mittelalter ist bekannt, dass Licht einen Strahlungsdruck ausübt. Weniger bekannt ist, dass auch Licht einen Twist ausübt.

Die komplizierte Natur dieser Wendung wurde erst in den 1990er Jahren erkannt und wir haben seitdem daran gearbeitet. Abgesehen von der Faszination, mikroskopisch kleine Objekte in Rotation zu versetzen, könnte dieser orbitale Drehimpuls der Schlüssel zu besseren Kommunikationserfassungs- und Bildgebungssystemen sein.

Dann müssen Photonen sicherlich Raum besetzen. Ohne Extension kein Spin.

Ich bin mir ziemlich sicher, dass deine Daten nicht stimmen. Dass zirkulare Polarisationszustände Drehmomente auf Leiter ausüben können, ist seit Maxwell bekannt, und das Beth-Experiment hat dies 1936 gemessen. Außerdem gibt es keinen klassischen Spin ohne Ausdehnung, sondern die Konzeption des Drehimpulses als Noether-Ladung und seine daraus resultierende Erhaltung braucht diese klassische Idee nicht, damit es funktioniert, ein seltsamer Gedanke, der intuitiv erscheint.
@WetSavannaAnimalakaRodVance: Mathematisch kann man praktisch alles beweisen. Leider vergisst die zeitgenössische Physik, dass Mathematik abstrakt ist und solche zwar reale Ereignisse beschreiben kann, aber auch nichts mit der physikalischen Realität zu tun hat und daher für die Verwendung in der Physik nicht gültig ist. Früher war es allgemein bekannt, aber dann kamen Leute wie Gell-Man und Gross, die behaupteten: "Um solche Beziehungen zu erhalten, von denen wir vermuten, dass sie wahr sind ... konstruieren wir eine mathematische Theorie der stark wechselwirkenden Teilchen, die etwas mit der Realität zu tun haben kann oder auch nicht, finde passende ...
... algebraische Beziehungen, die im Modell gelten, postulieren ihre Gültigkeit und werfen dann das Modell weg. Wir können diesen Prozess mit einer Methode vergleichen, die manchmal in der französischen Küche angewendet wird: Ein Stück Fasanenfleisch wird zwischen zwei Kalbseis gekocht, die dann weggeworfen werden.“ ( nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2004/… ) Nun, Ich bin ziemlich altmodisch, was die Wissenschaft betrifft - in dem Sinne, dass ich keine Zauberei kaufe, so unterhaltsam sie auch sein mag.
Besetzen Photonen Raum?
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