Gedankenexperiment: Ein Photon, das nicht entkommen kann?

03/11/2013 - 17:33 von Anonymous | Report spam
Hallo,

ein paar Freunde und ich haben uns mal ein wenig ueber Physik
unterhalten und sind dabei auf folgende Frage gekommen:
Nehmen wir, es existierte ein einzelnes Photon in einer Kugel oder einen
Wuerfel, der so dicht ist, dass es daraus nicht entweichen kann. (So wie
die Oberflaeche eines Neutronensterns, auf dem angeblich die einzelnen
Atomkerne dicht beieinanderliegen.)
Das Photon wuerde in diesem Fall also die Waende nicht passieren koennen.
Was wuerde mit diesem Photon passieren? Wuerde es immer von einer Wand
an die jeweils andere reflektiert werden? Und wenn ja, wuerde es sich
dabei wie ein klassisches Teilchen verhalten oder eher Wellenmaeszig?
Wuerde es dabei Energie verlieren oder auf ewig von einer Seite zur
anderen reflektiert werden?

Die Frage ist ernst gemeint. Danke fuer die Antwort.
 

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#1 Roland Franzius
03/11/2013 - 19:22 | Warnen spam
Am 03.11.2013 17:33, schrieb Anonymous:
Hallo,

ein paar Freunde und ich haben uns mal ein wenig ueber Physik
unterhalten und sind dabei auf folgende Frage gekommen:
Nehmen wir, es existierte ein einzelnes Photon in einer Kugel oder einen
Wuerfel, der so dicht ist, dass es daraus nicht entweichen kann. (So wie
die Oberflaeche eines Neutronensterns, auf dem angeblich die einzelnen
Atomkerne dicht beieinanderliegen.)
Das Photon wuerde in diesem Fall also die Waende nicht passieren koennen.
Was wuerde mit diesem Photon passieren? Wuerde es immer von einer Wand
an die jeweils andere reflektiert werden? Und wenn ja, wuerde es sich
dabei wie ein klassisches Teilchen verhalten oder eher Wellenmaeszig?
Wuerde es dabei Energie verlieren oder auf ewig von einer Seite zur
anderen reflektiert werden?

Die Frage ist ernst gemeint. Danke fuer die Antwort.




Wie in der Akustik hat es auch in der Elektodynamik Lösungen der
Wellengleichung, also der MaxwellgleichungenX in einer ideal
reflektierenden Kugel mit einem Spektrum zulàssiger Frequenzen.

In einem Zylinder kennt man das als Hohlleiterwellen.

In einer Kugel handelt es sich um vektorielle Kugelwellen, die nach
Frequenz, Drehimpuls und Polarisation quantisiert sind. Dh es gibt nur
diskrete passende Frequenzen mit unterer Grenze etwa Durchmesser =
Wellenlànge.

Ist die Kugel sehr groß gegen die Wellenlànge, kann man Wellenpakete aus
einem schmalen Frequenzbereich und vielen verschiedenen Polarisationen
und Drehimpulsen zusammensetzen, die sich weit weg von den Wànden wie
ein freies Wellenpaket ausbreiten. Da ebene Wellen aber geometrisch
überhaupt nicht ins Konzept der Kugel passen, sind Photonen in der Kugel
eben die vektoriellen Kugelwellen fester Frequenz und damit etwas völlig
anderes als freie ebene Wellen im Freien.


Roland Franzius

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