"abgebremst" (hier Erklärung)

[Yeeeeeeeeha]

Da hierbei immer wieder Missverständnisse aufkommen, der Versuch einer möglichst einfachen Erklärung:

Photonen bewegen sich als masselose Teilchen natürlich mit Vakuum-Lichtgeschwindigkeit und zwar immer. Sie können gar nicht anders.

Wie kommt es dann, dass Photonen in einem Medium, wie zum Beispiel Wasser oder dem genannten Gas eine scheinbar niedrigere Geschwindigkeit haben? Ist das nicht ein Widerspruch?

Zuallererst: Die Vorstellung von Photonen als Teilchen, die da irgendwo dauerhaft existieren und rumschwirren, ist falsch. Man kann Licht Form von Teilchen beschreiben und erhält dadurch unter den richtigen Bedingungen eine gute Beschreibung von dessen Verhalten - das ist aber ein Modell, nicht die Realität. Licht ist eher schlichtweg die Wechselwirkung von elektromagnetischen Feldern mit anderen Dingen, die nach gewissen Regeln abläuft, die man je nach dem ganz gut mit Teilchen oder aber Wellen beschreiben kann.

Diese Wechselwirkungen sind auch des Pudels Kern: Im Vakuum gibt es keine Hindernisse. Die "Wirkung" zum Beispiel eines Blitzes setzt sich also mit ~300.000 km/h fort (im flachen Raum, aber das ist ein anderes Thema ;)). In einem Medium - Wasser oder Glas - sind jedoch Hinternisse in Form von Atomen. Diese wechselwirken mit dem Feld, d.h. sie werden dadurch beeinflusst. Man sagt sie werden angeregt (nehmen Energie aus dem Feld auf), dadurch in einen instabilen Zustand gebracht und fallen nach einer gewissen Zeit wieder in den Grundzustand zurück, indem sie die Energie wieder abgeben und somit jetzt umgekehrt das Feld beeinflussen, allerdings nach einer gewissen Zeitspanne (die u.a. vom Material abhängt). Man könnte in der Teilchen-Analogie auch sagen, dass ein Photon gegen ein Atom stößt, von diesem aufgenommen und nach einer gewissen Zeit wieder abgegeben wird. Oder noch präziser: Ein Photon wird aufgenommen, wodurch sich das Atom verändert und nach einer gewissen Zeit wird ein neues Photon mit Eigenschaften, die sich nach bestimmten Regeln richten, abgegeben. Zwischen den "Stößen" bewegt sich das Analogie-Photon nachwievor mit 300.000 km/h. Und wieder Achtung: Das mit den Teilchen ist ein Modell - was sich fortsetzt sind Wechselwirkungen. Diese können aber nur in bestimmtem Größen stattfinden - den Quanten - weshalb man sich Teilchen quasi in Größe dieser Quanten vorstellen kann.
Wie stark diese "Abbremsung" ist hängt vom Brechungsindex des Stoffes ab und ist direkt der Grund, warum eine ins Wasser gehaltene Stange scheinbar einen Knick bekommt.

Was man in diesem Experiment geschafft hat, ist (soweit ich das verstanden habe) dass man diese Kaskade von Wechselwirkungen irgendwie ineinander synchronisieren konnte (das im Artikel genannte "Ziehen und Schieben durch die Wolke) - so dass keine Quanten mit zufälligen Eigenschaften die Wolke am Ende verlassen, sondern quasi als Kopien.


Exkurs:
Das mit den "Regeln", wie neue Photonen von angeregten Atomen abgegeben werden, bestimmt übrigens, wie unsere Umwelt aussieht. Dabei kann eine bestimmte Richtung bevorzugt werden, es kann aber auch die Energie (was wir u.a. Farbe) nennen verändert werden. Ein Spiegel funktioniert deshalb, weil er fast perfekt alle einfallenden Photonen wieder abgibt und zwar in einem ganz bestimmten Winkel. Leuchtfarben (wie in Textmarkern) geben teilweise Photonen mit geringerer Energie ab, als die die eingefallen sind - UV-Licht kommt rein, sichtbares Licht kommt raus (wodurch sie zu leuchten scheinen). Matte Oberflächen geben Photonen in zufällige Richtungen ab, glänzende aber nur zum Teil (sind also näher an einem Spiegel).
Angeregte Atome müssen die Energie aus dem absorbierten Licht auch nicht zwangsweise wieder in Form von neuen Photonen - also wieder Licht - abgeben. Sie können die Energie auch in die Form von Wärme umwandeln (indem sie sich selbst schneller bewegen) oder auch - als Mischform - nur einen Teil des Lichts wieder abgeben, der eine bestimmte Wellenlänge (also Energie) besitzt. So entstehen dann Farben.

Yeeeeeeeeha - Nur echt mit 2^3 e
Perl-Monk, Java-Trinker, Objective-C Wizard, PHP-Kiddie, unfreiwilliger FreeBSD-/Linux-Teilzeitadmin

[mushroomer]

Danke fuer den Versuch es gut zu Erklären ! :)
Allerdings hätte ich einen Einwand. Bewegt sich das Licht nicht mit
3*10^5 km/s?

[Yeeeeeeeeha]

Aaaaaaaah! Sekunde! Pro Sekunde natürlich, nicht pro Stunde! Mei, wenn man sich den Kopf zerbricht und dann an den Details scheitert. XD

(und wieso kann ich den Krampf jetzt nicht editieren?)

Yeeeeeeeeha - Nur echt mit 2^3 e
Perl-Monk, Java-Trinker, Objective-C Wizard, PHP-Kiddie, unfreiwilliger FreeBSD-/Linux-Teilzeitadmin

[Yeeeeeeeeha]

So viel Mühe gegeben, Lichtgeschwindigkeit um den Faktor 3600 falsch angegeben. Sorry, kommt nicht wieder vor. ;)

Yeeeeeeeeha - Nur echt mit 2^3 e
Perl-Monk, Java-Trinker, Objective-C Wizard, PHP-Kiddie, unfreiwilliger FreeBSD-/Linux-Teilzeitadmin

[Bujin]

Um das ganze bildlich abzurunden: http://www.youtube.com/watch?v=rHHn_B8Ug5w

Man erkennt schön wie die Strahlung durch das "Abbremsen" fokussiert wird.

[hannes1]

Wo vergibt man denn hier die "I like it"? Ach hier:
+1

[Yeeeeeeeeha]

:) thx!

Yeeeeeeeeha - Nur echt mit 2^3 e
Perl-Monk, Java-Trinker, Objective-C Wizard, PHP-Kiddie, unfreiwilliger FreeBSD-/Linux-Teilzeitadmin

[Anonymer Nutzer]

Würde mir wünschen dass Physikthemen häufiger so beschrieben werden. Vielen Dank für die Mühe, das hat vieles klarer gemacht! :)



1 mal bearbeitet, zuletzt am 27.09.13 02:06 durch peter_teloff.

[itchow.pulse]

@Yeeeeeeeeha
Wolltest Du denen nicht etwas zur Hand gehen?
KLASSE ERKLAERUNG!!!!

GAAAANZ DICKES +1

[Nolan ra Sinjaria]

Yeeeeeeeeha schrieb:
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> (und wieso kann ich den Krampf jetzt nicht editieren?)

Die Frage hab ich mir auch schon desöfteren gestellt. Keine Ahnung warum golem das so eingestellt hat

Ich habe nix gegen Christen. Ich habe nix gegen Moslems. Ich habe nix gegen Vegetarier. Ich habe nix gegen Apple-Fans. Aber ich habe etwas gegen Missionare...

[it-boy]

Ja, schönen Dank auch!
Da liest man so eine sensationell anmutende News und die größte Diskussion im Forum ist die um die Qualität einer nervigen Sitcom.
Ich hoffe ja immer auf so vertiefende Beiträge wie Deiner.

[Hotohori]

Wie wahr wie wahr... oft hofft man auf eine angeregte Diskussion in den Kommentaren und entdeckt dann nur wie sich über Details unterhalten wird, die mit dem eigentlichen Thema nur am Rande oder gar nichts zu tun haben... :/

[tundracomp]

Danke! Sehr verständliche Erklärung! (Wo ist dein Flattr-Button? ;-) )

“We all know, once you connect something to the Internet — magic happens.”