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Plattenkondensator  


Die Photonen


Die Deutung des Lichts hat in der Vergangenheit sehr verschiedene Phasen durchlaufen. Das ging hin sogar bis zu der Vermutung hin, das Licht werde von den Augen ausgesendet, um damit die Umwelt abzutasten. Newton hatte dagegen schon im 17 ten Jahrhundert das Licht als Ausbreitung von Korpuskeln zu erklären versucht. Christiaan Huygens und andere begründeten etwas später dann die Wellentheorie des Lichtes, und Maxwell erkannte im19 ten Jahrhndert, dass es sich dabei um elektromagnetische Wellen handeln musste, die sich mit Lichtgeschwindgkeit in einem Äther ausbreiten. Die Annahme des Äthers musste dann nach einem Experiment von Michelson-Morley aufgegeben werden, und die spezielle Relativitätstheorie wurde geboren, in der die von Bezugssystemen unabhängige konstante Lichtgeschwindigkeit eine tragende Rolle übernahm. Um jedoch u.a. den Photoeffekt oder das Strahlungsspektrum eines schwarzen Körpers zu verstehen, wurde von Planck und Einstein zu Beginn des vorigen Jahrhunders eine sehr verblüffende Theorie entwickelt. Nach dieser Theorie zeigt sich das Licht, je nach Fragestellung, entweder als Welle oder als Teilchen (Photonen) und man spricht von ihr als Theorie des Welle-Teilchen-Dualismus. Und weil sie so erfolgreich war, diente sie etwas später als Grundlage für die bis heute gültige Quantenmechanik.

Weil jedoch das Postulat der dualen Lichtteilchen eben doch sehr ungwöhnlich ist, gab es und gibt auch heute noch Stimmen, die sich mit der unanschaulichen Seite dieser Theorie nicht abfinden können. Selbst Albert Einstein schrieb 1951 an seinen Freund Michele Besso: " Die ganzen 50 Jahre bewusster Grübelei haben mich der Antwort der Frage 'Was sind Lichtquanten?' nicht näher gebracht. Heute glaubt zwar jeder Lump, er wisse es, aber er täuscht sich".

Tatsächlich gibt es aber den folgenden sehr schwerwiegenden Einwand gegen die duale Theorie des Lichtes: Soweit man nämlich nicht ausschließen kann, dass dasselbe Licht zugleich zwei Experimentatoren zur Untersuchung dient, müsste es dann auch möglich sein, dass dieses selbe Licht für den einen Experimentator als Welle und für den anderen als Teilchen dient. Diese beiden sehr verschiedenen Verhaltensweisen des Lichtes, würden dann unterschiedliche Konsequenzen nach sich ziehen, also unterschiedliche Kausalketten in Gang setzen.und damit gegen das Prinzip der Eindeutigkeit des Weltgeschehens verstoßen.


Übertragung des Lichtes zwischen den Atomen im Wellenbild der
Maxwell-Theorie.

Im Wellenbild des Lichts gehe ich davon aus, dass das Licht bei der Bewegung von Elektronen entsteht, deren Flugbahnen sich stückweise aus Kreissegmenten zusaammensetzen, zu denen jeweils eine Winkelgeschwindigkeit
w=2*p*n mit einer zugehörigen Drehachse gehören. Wie ich in meinem Aufsatz E=h*Nue näher beschrieben habe, kann ein solches Elektron ein Lichtquant der Frequenz n=w/(2*p) nur dann emittieren, wenn sein Spin den Wert +h hatte und in seine Gegenrichtung "kippt", wobei sich sein Drehimpuls auf -h verkleinert. Dabei entsteht ein Lichtquant, das diese Differenz 2*h des Spin-Drehimpulses aber auch die Energie E=h*n übernimmt. Dieses Quant hat zunächst einen Wellenvektor in Bewegungsrichtung des Elektrons, breitet sich aber sofort mit Lichtgeschwindigkeit nach allen Richtungen aus und kann dann nur noch als Teil eines Wellenpakets, dessen weitere Bestandteile von anderen Elektronen stammen, wieder von einem Elektron absorbiert werden. Dabei müssen folgende Bedingungen erfüllt sein

der Spin des empfangenden Elektrons muss auf "Empfang" also auf -h stehen
Die augenblickliche Winkelfrequenz des empfangenden Elektrons muss zu der Frequenz des Wellenpakets passen
Der Wellenvektor des Wellenpakets muss mit der Bewegungsrichtung des empfangenden Elektrons übereinstimmen
Die Energie des Wellenpakets muss gleich h*
n oder größer sein.
Der Drehimpuls des Wellenpaketes muss 2*h betragen, bezogen auf den Vektor der Winkelgeschwindigkeit des empfangenden Elektrons.

Die Energieübertragung zwischen den Elektronen und damit auch der Atome, zu denen sie gehören, ist also im Wellenbild ein sehr komplexer Prozess. Dennoch bin ich überzeugt, dass er diese Übertragung richtig beschreibt. Wenn es aber nur auf die Übertragung der Energie und des Drehimpulses von einem Atom zu einem anderen Atom ankommt und nicht auf die Frage, wie sich diese Übertragung tatsächlich abspielt, kann man diese Energie-Übertragung durch einen sehr viel einfacheren "als-ob"-Prozess ersetzen. Für einen solchen Prozess ordnet man einer Licht-Emission ein "Teilchen" (Photon) zu, das in eine völlig willkürliche Richtung mit Lichtgeschwindigkeit "abgeschossen" wird. Alle wesentlichen Daten seiner Emission werden diesem "Teilchen" als Eigenschaften mitgegeben. So erfüllen z.B. die Energie E und die Frequenz
n eines Photons stets die Bedingingung E= h*n und sein Drehimpuls hat den Betrag 2*h. Ein solches Photon existiert dann solange als Teilchen, bis seine Energie durch eine Absorption oder durch Streuungen aufgebraucht ist. Je nach dessen Eigenschaften "entscheidet" dann ein mögliches Absorberatom, ob es im Fall, es würde von ihm getroffen, dadurch zu einem Quantensprung veranlasst werden kann.

In den meisten, aber nicht in allen Fällen reicht das Photonenbild für die Lösung der entsprechendenn Probleme. Die Ausnahmmen sind z.B.
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..........Interferenz: Da ein Photon nicht negativ sein kann, könen sich Photonen nicht gegenseitig wegheben, d.h. sie können nicht interferieren
..........Kollaps: Befindet sich z.B. ein Licht- emittierendes Atom inmitten eines von absorbierenden Wänden umgebenen Raumes, so können im Photonenbild an seinen Wänden die ausgesandten Photonen absorbiert werden, nicht aber im Wellenbild, es sei denn, die Natur realisiert tatsächlich einen sogenannten Kollaps, bei dem das gesamte Lichtquant, das sich ja sofort nach seiner Emission im Raum ausgebreitet hatte, wieder zu einem räumlich sehr kleines Quant am Ort des Absorberatoms zurück verwandelt, was man getrost für Unsinn halten kann. Im Wellenbild finden an den Wänden des erwähnten Raumes keine Absorptionen statt.
..........Verschränkung: Experimente haben gezeigt, dass die Spins von Photonen, die derselben Quellle entstammen aber in entgegengesetzte Richtungen fliegen, derart korrelieren, dass man den Spin des einen Photons bereits kennt, wenn man lediglich den Spin des anderen Photons gemessen hat. Das würde voraussetzen, dass beide Photonen Teile entweder genau eines Emissionsprozesses sind, was aber auszuschließen ist, da jeder dieser Emissionsprozesse nur jeweils ein Photon erzeugen kann, oder dass bereits beide Emissionen auf rätselhafte Weise ganz eng verkoppelt waren. Es ist experimentell auch nicht einfach, unter den Photonen jene herauszufinden, die auf diese Weise miteinander verkoppelt sein könnten.

Dagegen lässt sich im Wellenbild eine Verschränkung leicht wie folgt erklären: Ein messbares Wellenpaket besteht aus Anteilen von emittierten Wellen, die auch - vom emittierenden Atom aus gesehen - z.B.in der entgegengesetzten Richtung an weiteren Wellenpakete beteiligt sein können, sodass es Wellenpakete gibt, die ihre Wellen-Beiträge gemeinsam denselben kugelschaligen Lichtwellen entnehmen, die sozusagen Kinder derselben Eltern sind. Alle diese "miteinander eng verwandten" Wellenpakete müssen daher auch noch in sehr unterschiedlichen Entfernungen - von der betrachteten Photonenquelle aus gesehen - eine starke Korrelation aufweisen. Denkt man jedoch dabei an sehr große Abstände der Photonen-Messtellen, muss man allerdings räumlich sehr große Lichtquellen - am besten Sternenlicht - verwenden, damit beide Photonen noch gemessen werden können.

Dass im Wellenbild diese Erklärung der Verschränkung immer zum Greifen nahe war, aber nie diskuttiert wurde, zeigt nur, wie sehr man an das Photonen-Bild auch heute noch glaubt und - wie Einstein gesagt haben soll - die Verschränkung für eine "spukhafte", zumindest aber nicht leicht zu verstehende Erscheinung hält. Ich muss allerdings darauf hinweisen, dass diese Erklärung einer Verschränkung nur für wirkliche Wellenerscheinungen, wie eben das Licht eine solche ist, gilt, und nicht für Elektronen-Partikel.
.........Dunkle Materie: Sieht man nachts einen Stern, so sieht man im Wellenbild Wellenpakete, welche von unverdeckten Atomen dieses Sternes gespeist sind. Reichen die wegen der großen Entfernung des Sterns sehr schwachen Beiträge aller seiner unverdeckten Atome zu den Wellenpaketen nicht mehr zur Bildung eines für eine Absorption in unseren Augen erforderlichen Wellenpaketes, wird der Stern für unsere unbewaffneten Augen unsichtbar. Daran würde sich auch nichts ändern, wenn wir unsere Augen durch eine Fotoplatte ersetzten, die beliebig lange belichtet wird. Etwas anderes wäre es, wenn wir Ferngläser oder gar große Telekope für die Betrachtung des Himmels verwenden würden, da deren Sammel-Linsen infolge ihrer Größe in der Lage sind, einen größeren Teil der vom Stern kommenden Wellen auf unsere Netzhaut oder Bildplatte zu fokussieren und damit auch kleinere oder weiter entfernte Sterne sichtbar werden zu lassen. Die Grenzentfernung, von der ab man einen Stern nicht mehr sehen kann, hängt somit von der Größe der Linse des Teleskops, von der Entfernung und von der räumlichen Größe des Sterns ab. Das bedeutet, dass wir von einer fernen Galaxie nur deren räumlich große bzw näher gelegene Sterne sehen können, während die kleineren und weiter weg liegenden Sterne zwar infolge ihrer Gravitationswirkungen wohl vermutet aber optisch nicht nachgewiesen werden können. Diese kleineren Sterne gehören dann zu einer sogenannten dunklen Materie, die wegen ihrer Menge einen großen Prozentsatz der Gesamtmasse einer Galaxie ausmachen kann. Auch wenn es für unsere Welt sehr wahrscheinlich keine Grenzen gibt, also in jedem Winkelsegment am Himmel unendlich viele Sterne zu erwarten sind, erblicken wir infolgedessen nur einen schwarzen Nachthimmel als Hintergrund für die größeren und näher gelegenen und daher sichtbaren Sterne

Das alles ist im Photonenild anders. Hier gibt es für die Photonen theoretisch - aber eben nur theoretisch - keine Dunkle Materie und keine räumliche Begrenzung der Sichtbarkeit der Sterne und der ganze Nachthimmel müsste bei einer unbegrenzten Welt in jedem Winkelsegment voller sichtbarer Sterne sein. Möglicherweise müssten sie sogar im Photonenbild einen so hellen Hintergrund bilden, dass sich die näher gelegenen Sterne mit ihrer Helligkeit von ihm nicht mehr abheben.