Breitet sich entstehendes Licht kugelförmig aus?


Hier können wir Fragen zur Quantenmechanik diskutieren. Auch die Atomphysik gehört hier hinein.

Myon

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Beitrag Sa 2. Apr 2016, 16:03

Breitet sich entstehendes Licht kugelförmig aus?

Licht kann entstehen, wenn z.B. ein angeregtes Wasserstoffatom in seinen Grundzustand zurückfällt.

Ich will jetzt nur ein EINZIGES Atom betrachten! Also nicht sehr viele.

Meine Frage lautet:

Muss man dabei IMMER annehmen, dass ein Photon in eine BESTIMME RICHTUNG abgestrahlt wird?

Oder ist es nicht so, dass der durch den Quantensprung verursachte Lichtblitz sich als kugelförmige Welle in alle Richtungen gleichzeitig ausbreitet. Und erst, wenn es zu einer Wechselwirkung (wie z.B. beim Photoeffekt) mit dieser sich kugelförmig ausbreitenden Lichtwelle kommt, erst dann tritt der Teilchencharakter zu Vorschein, und spricht dann von einem Lichtteilchen oder Photon.

Meine Frage noch mal anders formuliert:

Ist es richtig, dass das in einem einzelnen Atom abgestrahlte Licht unmittelbar nach der Entstehung des Lichtblitzes noch keine vorgegebene Richtung hat, sondern sich kugelförmig im Raum ausbreitet :?:

Myon

Beiträge: 95

Registriert: Fr 21. Mär 2014, 13:00

Beitrag Do 7. Apr 2016, 11:28

Re: Breitet sich entstehendes Licht kugelförmig aus?

Hintergrund meiner Frage ist:

Wenn sich ein im Atom entstandenes „Licht“ (ich nenne es jetzt absichtlich nicht Photon, sondern betrachte es jetzt als Welle) kugelförmig im Raum ausbreitet, dann wundert mich es, dass man das Licht der Sonnenoberfläche hier auf der Erde überhaupt sehen kann.

Weil bevor das sich kugelförmig ausbreitende „Licht“ eines Wasserstoffatoms der Sonnenoberfläche auf meine Augen trifft und dort eine Wechselwirkung macht, müsste diese Lichtwelle doch schon viel früher in Richtung Sonnenmittelpunkt auf einen Wechselwirkungspartner gestoßen sein und dort seine Energie abgegeben haben.

Anders formuliert:
Das meine Augen treffende Lichtquant hat 8 Minuten lang (Sonne – Erde) keinen Partner gefunden, mit dem es hätte reagieren können. Das ist aber doch recht unwahrscheinlich, dass es keinen Partner findet in der gesamten Sonnenmasse.

Also nach meiner Logik ( und die ist hier natürlich falsch ), dürften wir die Sonne gar nicht sehen können. Ich weiß aber nicht, wo mein Fehler liegt :? .

Anti-Neutron

Beiträge: 950

Registriert: So 16. Jan 2011, 18:11

Beitrag Sa 9. Apr 2016, 23:04

mahado hat geschrieben:Muss man dabei IMMER annehmen, dass ein Photon in eine BESTIMME RICHTUNG abgestrahlt wird?

Genau so ist es. Elektronenübergänge unterliegen in den Atomen auch gewissen Regeln. So muss sich beispielsweise der Gesamtdrehimpuls des Elektrons (also Bahndrehimpuls + Spin) genau um h-quer ändern. Diesen Drehimpuls nimmt das Photon als Spin mit, denn das Gesamtsystem Atom-elektromagnetisches Feld unterliegt den bekannten Erhaltungssätzen für Energie, Impuls und Drehimpuls.

In der Störungstheorie rechnet man hier mit ebenen Wellen. Diese haben einen definierten Impuls (Richtung), Drehimpuls (Spin) und Energie.
Freundliche Grüße, B.

Myon

Beiträge: 95

Registriert: Fr 21. Mär 2014, 13:00

Beitrag So 10. Apr 2016, 12:39

Re: Breitet sich entstehendes Licht kugelförmig aus?

Vielen Dank für die erhellende Antwort :idea:
Ich dachte nämlich, dass sich die kleinsten "Lichtelemente" (z.B. Quantensprung im Atom) sich immer kugelförmig ausbreiten.

Anti-Neutron

Beiträge: 950

Registriert: So 16. Jan 2011, 18:11

Beitrag So 10. Apr 2016, 15:21

mahado hat geschrieben:Ich dachte nämlich, dass sich die kleinsten "Lichtelemente" (z.B. Quantensprung im Atom) sich immer kugelförmig ausbreiten.

Klaro.

Man dringt mit derartigen Überlegungen übrigens schon relativ weit in die Physik der Sonne vor, denn wenn man davon ausgeht, dass die Photonen in eine bestimmte Richtung gestreut werden, wird die Charakteristik der Abstrahlung ganz wesentlich von der Beweglichkeit der Atome und Atomkerne beeinflusst. Überall dort, wo sich die Atome und Kerne frei bewegen können ist keine Vorzugsrichtung zu erwarten. Dort wo starke Magnetfelder auftreten kann man nachsehen, ob es eventuell Abweichungen von der Kugelsymmetrie der Austrittswahrscheinlichkeit gibt. Wenn man jetzt noch weiß, dass Sonnenflecken die Quellen und Senken der solaren Magnetfelder sind, so hat man bereits einige recht interessante Fragen gefunden. Dass Sonnenflecken dunkel erscheinen liegt aber, so viel ich weiß, vor allem an den etwas niedrigeren Durchschnittstemperaturen dort im Vergleich zur Umgebung des Flecks innerhalb der Photosphäre.

Ferner kann man sich die Wechselwirkung einer ebenen elektromagnetischen Welle mit dem Atom ansehen und findet, dass das deutlich größere elektrische Feld der Welle auf die magnetische Quantenzahl der beteiligten Elektronenzustände wirkt, wenn der Spin des Elektrons unverändert bleiben soll. Übergänge bei denen beispielsweise der Spin des Elektrons umklappt sind auch möglich und werden intensiv in der Radioastronomie genutzt (21cm-Linie des Wasserstoffatoms https://de.wikipedia.org/wiki/HI-Linie).
Freundliche Grüße, B.

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