Was ist denn nun Licht? Von Maxwells elektromagnetischen Wellen zu gequetschten Photonen

 1.7: Anwendung Michelson-Morley-Experiment: Wellenlängenmessung und Brechungsindex 1.7.1: Messung der Wellenlänge Obwohl das MMI eher zu Differenzmessungen  eingesetzt wird, kann man auch absolute Wellenlängenmessungen durchführen. Dazu muss man eine geeichte Mikrometerschraube haben. An ihr kann man die Strecke x ablesen, um die man einen der beiden Spiegel verschoben hat. Dabei zählt man die Anzahl k der Maximaringe, die neu entstehen oder die Anzahl der Maximastreifen, um die sich das Interferenzbild verschiebt. Dann gilt: k*  λ  = 2 * x Mache Dir die Formel klar.  - Wieso steht da  λ und nicht  λ/ 2? - Wieso muss die Strecke x verdoppelt werden? - Kannst Du die Formel mit dem Begriff Gangunterschied erklären?    1.7.2: Brechungsindex von Luft Einer der beiden Interferometerarme enthält einen Bereich, in dem ich die Luft abpumpen kann. Wenn die Wellenlänge im Vakuum λ ist, dann ist sie in einem Medium mit dem Brechungsindex (Abbremsfakto...

  1.6 Anwendung Michelson-Morley-Experiment: Gravitationswellen        Das genaueste Messgerät der Menschheit misst Verbiegung von Raum und Zeit Dieser Post soll euch zeigen, dass das MM-Interferometer kein historisches Messgerät ist, sondern in aktueller Forschung eingesetzt wird. Gravitationswellen: Wir müssen mal wieder mit Albert anfangen... In seiner Allgemeinen Relativitätstheorie ART hat Einstein nach etwa 10 Jahren intensivster Arbeit zeigen können, dass das, was wir Schwerkraft nennen, die Wirkung von gekrümmter Raum-Zeit auf uns ist. Wir haben darüber schon einmal etwas in E1 gehört: Träge und schwere Masse sind gleich groß! Das ist der Ausgangspunkt, aus dem heraus Einstein die ART entwickelt hat. Die Erde wird nicht von der Sonne angezogen, sondern sie bewegt sich im von der Sonne gekrümmten Raum, und damit sie nicht zur Sonne kullert muss sie eigenen Schwung haben... Die Massen sagen dem Raum wie er sich zu krümmen habe und der gekrümmte Raum ...

  1.5 Der Äther und das Michelson-Morley-Experiment, Teil 5   Vorführung der Lösung zum Flugzeug-Analogon Habt ihr auf das Folgende geachtet: - Hin- und Rückflug müssen getrennt berechnet werden, die Flugzeiten werden addiert. - Bei Seitenwind muss der Pilot gegensteuern und fliegt mit kleinerer Geschwindigkeit die vorgeschriebene Strecke - Es gilt keine Relativitätstheorie, alle Geschwindigkeiten werden normal addiert oder subtrahiert. - Schaut euch nochmal den Satz des Pythagoras und die 3.binomische Formel an.... Ich hab euch das auch mal erklärt... Und nun zum Verhältnis: Auch hier auch  gerne, falls euch das nicht reicht, eine mündliche Erklärung:

 1.5 Der Äther und das Michelson-Morley-Experiment,  Teil 4         Rechnen mit dem Flugzeug-Analogon  Was lernt man in diesem Post? - Einfache Anwendung mechanischer Grundgesetze zur Geschwindigkeitsaddition - Termumformungen mit binomischen Formeln - Staunen über das Ergebnis - Wenig fürs Abitur Wir ersetzen die Spiegel durch Flugplätze. Dann starten zwei gleich gebaute Flugzeuge am halbdurchlässigen Spiegel, eins fliegt nach rechts, macht Kehrtwendung an einem Flugplatz (fester Spiegel), eins nach oben, macht ebenfalls Kehrtwendung an einem Flugplatz (fester Spiegel). Und von der Seite bläst der Wind mit der Geschwindigkeit v. Beide Flugzeuge haben die Eigengeschwindigkeit c. Was hat das mit dem Michelson-Morley-Experiment zu tun? Nimm die Flugzeuge als Wellenberge... Flugzeuge fliegen mit c Schritt 1: a) Berechne die Flugzeiten für den Hinflug mit Rückenwind und den Rückflug mit Gegenwind auf dem Arm L1. dessen Länge wir mit L annehmen. b) Ber...

1.5 Der Äther und das Michelson-Morley-Experiment, Teil 3 MM: Auf der Suche nach dem Äther  Michelson (später dann zusammen mit Morley) wollte untersuchen, ob es einen Äther gibt. Relativ zum Äther sollte Licht die Geschwindigkeit c haben. Wenn die Erde sich durch den Äther bewegt, dann gibt es einen Ätherwind mit der Geschwindigkeit v, der zu einer Erhöhung der Lichtgeschwinsdigkeit relativ zu uns führen sollte (c+v) , oder zu einer Erniedrigung (c-v). Das ist wie bei einem Flugzeug, das mit oder gegen den Wind fliegt. Im nächsten Post werden wir das mal durchrechnen. Jetzt aber wollen wir nur Michelsons Idee verstehen. Michelson war klar, dass er keine absolute Ätherwindgeschwindigkeit messen kann. Dazu hätte er die Länge der Interferometerarme auf Bruchteile der Wellenlänge des Lichtes kennen müssen. Also lagerte er das gesamte Interferometer in einem Trog aus Quecksilber. nach Lerchenfeld Dadurch konnte er es drehen und dafür sorgen, dass der Einfluß des Ä...

  1.5 Der Äther und das Michelson-Morley-Experiment, Teil  2       Wir wollen erst einmal die moderne Version mit Laser beschreiben. Wir werden später noch lernen, dass Laserlicht aus zusammenhängenden Wellen besteht ("kohärent" ist), mit denen man sehr einfach Interferenzversuche machen kann.        Aufbau: Der Laserstrahl wird an einem halbdurchlässigen Spiegel aufgeteilt. Beide Teilstrahlen laufen auf getrennten Wegen zu zwei festen Spiegeln.(Treten zusätzliche Gangunterschiede, z.B. durch Reflexion  und Durchlaufen des halbdurchlässigen Spiegels ein, so kompensiert man das oft mit einer zusätzlichen Glasplatte in einem Strahl, das soll uns hier auch nicht interessieren, wir teilen einfach die eine Welle in zwei auf...). An den festen Spiegeln werden die Teilwellen in sich reflektiert, laufen zurück und treffen wieder (dieses Mal von rechts und von oben im Bild) auf den halbdurchlässigen Spiegel. Erneut werden beide Teilwellen ...

 1.5 Der Äther und das Michelson-Morley-Experiment, Teil 1           In der E-Phase haben wir gelernt: jede Welle benötigt ein Ausbreitungsmedium. das besteht aus untereinander gekoppelten Oszillatoren (Pendeln). Wird das erste Pendel ausgelenkt, so überträgt es seine Schwingung auf das nächste usw... Je stärker die Kopplung, desto schneller wird die Energie weitergegeben und desto größer ist die Wellengeschwindigkeit. So konnten wir leicht verstehen, warum Schallwellen im Stahl schneller sind als in Luft (eben wegen der stärkeren Kopplung). Bei Erdbebenwellen haben wir die innere Struktur der Gesteine als Kopplung erkannt. Durch den höheren Druck werden Erdbebenwellen nach unten schneller, deswegen werden sie vom Lot weggebrochen und kommen nach Totalreflexion wieder an die Erdoberfläche zurück...und da kann es trotz größerer Entfernung durchaus noch mal scheppern...   Brechung und Totalreflexion von Erdbebenwellen, Klett Verlag Im Welt...

 1.4 Einstein und die Lichtgeschwindigkeit       Albert Einstein (1879 -1955) hatte nach seinem Studium Mühe einen Job zu bekommen. So war er froh, dass er als Patentbeamter dritter Klasse im Patentamt von Bern Patente überprüfen durfte. Trotz eines 10 stündigen Arbeitstages hatte er ausreichend Zeit im Jahr 1905 vier Arbeiten zu veröffentlichen, die jede für sich einen Nobelpreis hätte ergeben müssen, wenn denn die Tragweite nicht teilweise Jahrzehnte später erst von den anderen Physikern erkannt worden wäre.   Er hat 1905   -  die Umwandlung von Licht in elektrischen Strom erklärt und eine einfache Formel dafür entwickelt, die erst Jahre später experimentell bestätigt wurde (9.6.). Das wird ein Hauptthema unseres Kurses. Und dafür hat er 1921 den Nobelpreis bekommen.   -  durch Analyse der Brownschen Bewegung nachgewiesen, dass Atome wirklich real axistieren und ihre Größe bestimmt (18.7.)  -  die spezielle Relativitätstheo...

  1.3 Newtons Teilchenvorstellung widerlegt Newton hat sich Licht als kleine Kügelchen mit einer Masse m vorgestellt (Teilchen, Korpuskel). Diese sollten mit Lichtgeschwindigkeit immer geradeaus fliegen. Kommen sie an eine Glasplatte, so zieht die winzig kleine Schwerkraft des Glases die Kügelchen etwas nach unten. dadurch werden sie abgelenkt und auch schneller. Licht sollte im Glas also schneller sein.  Mir sind hier zwei Dinge wichtig: Wenn Forschende Erfolg mit einer Vorstellung haben, dann versuchen sie mit diesem Modell alles zu erklären. Und so war die Lichtbrechung für Newton auch eine Folge der Schwerkraft.... Newtons Korpuskulartheorie war trotzdem eine gute physikalische Theorie. Sie machte eine Vorhersage, die man experimentell überprüfen konnte. Damit war die Theorie widerlegbar! In der modernen Physik tauchen oft mal "Theorien" auf, die keine überprüfbaren Vorhersagen machen (und das auch gezielt durch wundersame Annahmen verhindern, wie z.B. die Superstringtheo...

 1.2 Messungen der Lichtgeschwindigkeit Im Prinzip muss man die Wegstrecke s kennen, die ein Lichtstrahl durchläuft und die dafür benötigte Zeit t. Dann ist c=s/t. Ganz häufig liegt das Problem in der Zeitmessung. Licht ist extrem schnell und deshalb sind extrem kurze Zeitintervalle zu bestimmen. Die Strecke Erde-Mond (384 000 km) legt ein Lichtstrahl in etwas mehr als einer Sekunde zurück. 1.2.1 Historischer Überblick Bis 1676 wurde nur spekuliert. Es war unklar, ob Licht unendlich schnell oder nur sehr sehr schnell ist. 1676 konnte Ole Römer c mit Hilfe der Jupitermonde bestimmen (s.u.). Einen ersten guten Wert erhielt 1728 Bradley: Das Sternenlicht kommt wegen der Bewegung der Erde leicht von vorne. Aus dieser geringen Winkelverschiebung der Sterne kann man c bestimmen, wenn die Erdgeschwindigkeit bekannt ist. 1849: Zahnradmethode von Fizeau (lange Wegstrecken) 1850: Drehspiegelmethode von Foucault (kurze Wegstrecken, damit c in Glas messbar). 1983: Festlegung als G...

Teil 1: Wellenmodell des Lichtes 1. Licht als elektromagnetische Welle 1.1 Maxwell und die Lichtgeschwindigkeit In Q2 haben wir die EMW kennengelernt. Wenn die Elektronen in einem Dipol schnell genug hin- und herschwingen, dann können sich die elektrischen und magnetischen Felder ablösen und durch den Raum wandern. Eine EMW entsteht, deren Wellenlänge der doppelten Dipollänge entspricht. Diese Darstellung müssten alle noch aus Q2 kennen. wissen.de Dass der Ablöseprozess der Felder besonders effektiv bei hohen Frequenzen entsteht (da ist es sogar ein wesentlicher Dämpfungsfaktor der Schwingung) kann man als eine Art Trägheit der Felder interpretieren. Im Rahmen der Quantenfeldtheorie werden wir das noch weiter veranschaulichen können. Physik TH Aachen In einer EMW stehen elektrische und magnetische Felder senkrecht zueinander und verlaufen immer senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Wie kann man sich die Ausbreitung der EMW vorstellen? Das sich bewegende elektrisc...