Hallo,
Licht als Strahlung besteht ja bekanntlich aus Photonen, also Elementarteilchen. Diese Teilchen „schwingen“ mit einer bestimmten Polarisation hin und her. Welche Kraft bzw. welcher Umstand bewirkt, dass die Teilchen nicht von ihrer eigentlichen Bewegungsrichtung abkommen? Anders ausgedrückt, warum schwingen diese Teilchen wieder „zurück“?
Die Photonen schwingen überhaupt nicht hin und her. Was schwingt, sind die elektromagnetischen Felder der Welle: sowohl das elektrische als auch das magnetische Felder werden periodisch stärker und wieder schwächer.
Die „Kraft“, die dafür sorgt, ist letztlich die elektromagnetische Induktion (nach Lenz’scher Regel wird ein Stärkerwerden des magnetischen Feldes ja abgebremst) und ein ähnlicher Effekt bei elektrischen Feldern, der in der Schule nicht besprochen wird.
Licht hat sowohl Wellen wie auch Teilchencharakter. Die Polarisation ist Teil des Wellencharakters. Du kannst also nicht von „schwingenden Photonen“ reden, vielmehr ist es die Welle, die transversal also senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Photonen schwingt. Also eine solche Kraft wie du sagst existiert nicht. Stell dir eine Wasserwelle vor: du wirfst einen Stein ins Wasser - eine Welle ensteht - diese breitet sich kreisrum aus bildet aber transversal dazu Wellenberge und Wellentäler aus
Hallo Masterrace,
man nennt Photonen zwar Teilchen, aber in der Quantenmechanik lernt man, dass alle Teilchen auch Wellencharakter haben - und umgekehrt alle Wellen auch Teilchencharakter besitzen.
Zunächst dazu, woraus solche Photonen überhaupt bestehen. Sie bestehen schlicht aus elektrischen und magnetischen Feldern. Beide haben eine Richtung, also z.B. von Plus nach Minus bzw. von Süden nach Norden. Bei einem vorbeifliegenden Photon könnte man also z.B. mal ein elektrisches Feld messen, das von unten nach oben zeigt, dann schwächer wird und erneut anwächst, aber nun von oben nach unten. Das geschieht dann weiter so im mehrfachen Wechsel. Zugleich zeigen sich Magnetfelder, die senkrecht auf dem elektrischen Feld stehen und ebenfalls in gleicher Weise schwingen. Sie sind gerade dann besonders stark, wenn das elektrische Feld gerade einen „Nulldurchgang“ hat - Entsprechendes gilt hinsichtlich des elektrischen Feldes, wenn das magnetische Feld gerade Null wird. Es schwingt also nichts „hin und her“, auch wenn dies vereinfachend vielleicht manchmal so gesagt wird. Es wechselt nur ständig die Richtung der beiden Felder.
Teilchencharakter bedeutet im Falle der Photonen, dass diese ein sogenanntes „Wellenpaket“ bilden. D.h., dass die Länge solch eines Schwingungs- oder Wellenzuges begrenzt ist. Wenn allerdings solch ein Photon von einem Atom absorbiert wird, ist dieser Wellenzug komplett verschwunden. Wird nur ein Teil davon absorbiert, wird nicht etwa nur der erste Teil aufgenommen oder die Intensität der Felder reduziert, sondern das alte Photon wird vollständig absorbiert und dann ein neues mit größerer Wellenlänge (und sicher auch reduzierter Intensität), aber ansonsten zumindest ähnlichem Aufbau abgestrahlt. Solche Teilchen gibt es also nur ganz oder gar nicht.
Wie entsteht denn nun solch ein Photon? Nun, man kann sich z.B. ein Elektron auf einer zu hohen Kreisbahn um einen Atomkern vorstellen. Dabei entsteht ein elektrisches und ein magnetisches Feld, das während der Rotationsbewegung ständig seine Richtung wechselt. Die Felder, die sich dabei auch in einiger Entfernung bilden, finden quasi nicht mehr den Weg zurück und rasen mit Lichtgeschwindigkeit in den Raum hinein. Einerseits verliert das Elektron damit an Energie, die sich nun im fliegenden elektromagnetischen Feld befindet. Andererseits haben die fliegenden Felder auch keinen Grund mehr, ihre Orientierung zu ändern. Sie ist in das entstandene neue Photon quasi eingefroren.
Das Elektron wird übrigens in der Regel auf einem niedrigeren Niveau landen, unter das es nicht mehr sinken kann. Deswegen hört es dann auch auf zu strahlen und das Photon wird damit quasi abgeschlossen.
Wenn man das obige Beispiel etwas genauer durchdenkt, so stellt man fest, dass die Felder nicht „hin und her schwingen“, sondern kreisförmig ständig ihre Richtung ändern. Man spricht dann von zirkularpolarisiertem Licht. Dem steht das linearpolarisierte Photon gegenüber, dessen Entstehung man sich z.B. durch ein hin und her schwingendes Elektron in einer Antenne oder einem geeignet aufgebauten Molekül vorstellen kann. Dabei ist auch klar, dass das Elektron dann nur in einer Richtung schwingen kann, wie Du es Dir ungefähr vorgestellt hast.
Netterweise kann man zirkularpolarisiertes und linearpolarisiertes Licht mit relativ einfachen Mitteln ineinander überführen. Aber das ist ein anderes Kapitel.
Gruß,
Ulrich
http://de.m.wikipedia.org/wiki/Welle-Teilchen-Dualismus
Oder google mal Broglie.
Mehr kann ich dir nicht helfen.
Der ABCSpezialist