Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Energieproblem oder auch was passiert mit dem Licht?
Hi
wenn man Zwei Laser hat, die im Vakuum aufeinander gerichtet sind, und die die genau gleiche Wellenlänge haben und die beiden aber phasenverschoben sind so das sich die Wellen gegenseitig auslöschen, wo bleibt dann die Energie? Durch die wellen wird ja Energie übertragen aber wo oder in was wird diese Energie umgewandelt? die kann ja nicht verschwinden.
hoffe ihr könnt mir weiterhelfen.
bye
Wenn Du die Laser gegeneinander richtest, dann bildet sich eine stehende Welle, genauso, wie eine stehende Welle in einem Laserresonator entsteht. Um den von Dir beschriebenden Effekt zu erzeugen nimmst Du am besten einen einzelnen Laser, teilst den Strahl in zwei Teilstrahlen auf, verschiebst einen Teilstrahl um Lamda/2 und führst die Teilstrahlen wieder zusammen.
Dann ist die Polarisierung wichtig. So wie ich die Sache sehe wird bei allen Phasenlagen aus dem linear polarisierten Laserlicht lediglich zirkular polarisiertes. Auslöschung bekommst du dabei nicht.
Das ist aber ein klassisches Problem, welches in den Optoelektronik-Lehrbüchern ausführlich diskutiert wird. Ich werd mich mal schlau machen.
Du kannst aber auch selbst nachlesen z.B bei K.H. Ebeling , Integrierte Optoelektronik, Springer Verlag. Oder im Bergmann-Schäfer Optik-Band.
Danke für die Antwort, aber bei Experimenten haben Wissenschaftler eine Auslöschung erreicht.
Ist natürlich nur möglich wenn die Laser wirklich genau gleiches Licht aussenden, und auch genau mit dieser Phasenverschobenheit aufeinandertreffen, aber dann löschen sich die Strahlen wirklich aus.
Sowas gibts auch bei Hoerbaren Wellen. War erst gerade in den Medien. Eine "stillmachmaschine" welche stoerende geraeusche einfach mit phasenverschobenen Wellen "wegfiltert". Is sicher noch strange so ein teil im Zimmer zu haben ;)
Number of the Beast
27.04.2002, 00:09
Original geschrieben von Joel
Sowas gibts auch bei Hoerbaren Wellen. War erst gerade in den Medien. Eine "stillmachmaschine" welche stoerende geraeusche einfach mit phasenverschobenen Wellen "wegfiltert". Is sicher noch strange so ein teil im Zimmer zu haben ;)
Genau so etwas will man in der Automobilindustrie einsetzten. Neben den Motor des Autos, wird eine Maschine gestellt, die genau das gleiche Abstrahlt wie der Motor, jedoch Phasenverschoben.
@cassini
Bist du dir sicher, dass sich eine Stehende Welle ausbildet? Meines Wissens kann sich nur eine St. Welle entstehen, wenn die Sender die gleiche Amplitude, Frequenz und Phase haben.
Das sowas in der Akustik angewendet wird, ist ja bekannt, bloß da ist es auch kein Energieproblem weil sich die Wellen in einem Medium ausbreiten. Was passiert nun aber mit dem Licht im Vakuum? Die Energie kann ja nicht in die Umgebung abgegeben werden.
Wieso nicht? Weil es im Vakuum geschieht.
In was soll die Energie abgegeben werden.
Das einzige was passieren könnte wäre die Entstehung einer Strahlung(Gamma Blitz oder sowas) oder eines Teilchen
Aber in Form von Wärme oder ähnliches kann ja nicht passieren.
@number of the beast:
Die beiden Sender haben gleiche Amplitude und Frequenz. Beim Laserresonator gebe ich Dir recht, da ist die Phasenlage entscheidend, weil wir zwei Spiegel haben. Um bei Laserresonator eine stehende Welle zu erhalten muß die Resonatorlänge ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge sein. Dies ist gleichbedeutend mit einer Phasenbedingung. Bei seinem Experiment haben wir aber zwei Laser die gegeneinandergerichtet sind. Dies ist gleichbedeutend mit einem Laser der auf einen Spiegel gerichtet wird. Ich behaupte mal, daß die Phasenbedingung bei Reflexion an einem Spiegel automatisch gegeben ist.
@talla:
Ich glaube immer noch nicht, daß Auslöschung stattfindet. Nimm z.B. den Beugungsversuch: Da hast Du Interferenz der Lichtwellen. Da gibt es zwar Auslöschung, aber auch helle Stellen. Und man höre und staune: die hellen Flecken sind genau genau doppelt so hell (energetisch gesehen) als die einzelnen Lichtquellen erzeugen würden. Es wird also keine Energie vernichtet, sondern nur lokal umverteilt.
Zu meiner These mit dem zirkular polarisierten Licht: Berechne den Poyinting-Vektor E x H einer linear polarisierten Welle im Vakuum. Wird dieser mit einem zweiten Poyinting-Vektor (nämlich von einer zweiten linear polarisierten Welle) überlagert, fällt die Phasenbedingung heraus. Die Länge des Poyinting-Vektors ist nicht abhängig von der Phasenlage.
Zur Erklärung : Der Poyinting-Vektor gibt die Richtung des Energieflusses einer el-mag. Welle an.
Was Du in deinem Experiment beschreibst, ist ein Richtungswechsel des Poyinting-Vektors mit der Frequenz des Lichtes. Dann wäre die effektiv übertragende Energie tatsächlich Null. Aber ich kann mir nicht vorstellen, daß dieses möglich ist. Es würde übrigens auch mit der Quantentheorie kollidieren. Photonen können nicht mit sich selbst wechselwirken, können sich daher auch nicht selbst vernichten.
Das mit den Vektoren muss ich mir mal anschauen
Photonen können nicht mit sich selbst wechselwirken, können sich daher auch nicht selbst vernichten.
Genau das ist ja auch das Problem. Wenn man Licht als Welle betrachtet, tritt das genannte Energieproblem auf.Die Auslöschung ist in Experimenten tatsächlich bestätigt worden.
Aber wenn man Licht als Teilchen betrachtet kommt das Problem mit den Photonen. Klar können die sich nicht beeinflussen, aber was passiert dann?
zu dem Beugungsversuch:
Ist doch klar das die doppelt so hell sind, Superpositionsprinzip, die Amplitude verdoppelt sich halt, und was bei der Akustik laut und leise sind , ist bei Licht hell und Dunkel.
Number of the Beast
28.04.2002, 01:26
Ganz so einfach ist das mit der Beugung meiner Meinung nach doch nicht. Wenn wir die Beugung an einem Gitter betrachten so muss vorher noch die Beugung am Einzelspalt bzw. Doppelspalt betrachtet werden:
1.) Beugung am Einzelspalt
Das Licht das auf den Spalt trifft ist eine ebene Wellenfront. Nach Huygens ist jeder Punkt des Spalts Ausgangspunkt für eine Elementar-Kugelwelle.
Es gibt natürlich unendlich viele Ausgangspunkte, aber zur Vereinfachung nehmen wir einfach mal n = 1000.
Bei einem Gangunterschied der 1. und 500. Elementarwelle von Delta = k * Lambda/2 interferiert auch die 2. mit der 501. und die 3. mit der 502. destruktiv.
=> Minimum für Delta = 1/2 * a * sin (Alpha)
wober a = Spaltbreite und sin(Alpha) der Winkel der Lichtstahlen zur Ebene ist.
Zusätzlich gilt, dass die Anzahl der Minima k <= a/lambda
Dies gilt bloß für einen unendlich weit entfernten Schirm, da hier die betrachteten Wellenstrahlen parallel sind. Im realen Fall spricht man hier von der "Frauenhofer-Beugung bzw. -Näherung".
2.) Interferenz am Doppelspalt
Hier gilt die Formel (Hergeleitet in der üblichen Weise mit der Frauenhofer-Näherung):
Maximum falls sin(Alpha) = m* lambda/d
wobei d der Spaltabstand ist.
3.) Beugung und Interferenz am Gitter
Wir nehmen an: d = 10 * a
und d = 55,5 * lambda
Wir berechnen also m nach 2.) und erhalten m(maximal) = 55
Das heißt es gibt 55 Interferenzmaxima. Die Intensitätstverteilung ergäbe nach 2.) 111 gleich hohe Peaks, falls jeder Spalt in alle Richtungen gleich viel abstrahlen würde.
Nach 1.) wissen wir aber, dass für a = 1/10 * d= 5,55*lambda k(max) = 5 ist. Das heißt wir erhalten 5 Richtungen wo jeder Spalt überhaupt keine Intensität liefert.
Das heißt nun aber, dass auf jedes 10. Interferenzmaximum der Spalt gerade ein Beugungsminimum eines jeden einzelnes Spaltes fällt (natürlich ist das Beugungsmuster jedes Spaltes um d gegenüber dem anderen versetzt - am weit entfernten Schirm ist die jedoch zu vernachlässigen).
Insgesamt gilt: Das Interferenzmuster der Spalte ist mit der Intesitätsverteilung des beugungsmusters jedes einzelnen Spaltes moduliert.
Entsprechendes gilt für das Gitter.
Das war jetzt natürlich viel Theorie...
Aber damit wollte ich bloß zeigen, dass man nicht einfach sagen kann, dass die Intensität doppelt so hoch ist. Das hängt eben von der Spaltbreite, vom Spaltabstand und der Gitterkonstaten ab.
P.S. Mit Bildern wäre es natürlich anschaulicher gewesen bzw. verständlich.
P.P.S. Für eventuelle Fehler bitte die Uhrzeit beachten :))
@number of the beast:
Ich wollte nicht so sehr ins Details gehen. Mir war wichtig zu sagen, daß beim Beugungsversuch kein Energieverlust in der von Talla angegebenen Weise stattfindet. Im übrigen (aber das habe ich erst hinterher gemerkt) läßt sich die Beugungstheorie sehr elegant als Orts-Fourier-Transformation auffassen. Damit läßt sich auch einfach zeigen, daß kein Energieverlust stattfindet. ABer dies nur nebenbei.
@talla:
Ich habe nachgelesen, weil ich mir selbst nicht sicher war, aber es ist so wie ich gesagt habe:
Zwei ebene Wellen (wie aus dem Laser), die mit einem Phasenunterschied überlagert werden ergeben eine elliptisch polarisierte Welle. Ist der Gangunterschied pi/2 bzw ((2n+1)/2)*pi dann ergibt sich eine Ellipse, deren Hauptachsen parallel zu x- und y-Richtung liegen. Die Fläche der Ellipse steht damit senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Für den Fall n=pi, mit n ungerade (also der einzige Fall, wo man Auslöschung vermuten könnte) ergeben sich wieder linear polarisierte Wellen. Von Auslöschung ist dort keine Rede.
(aus : Lehner, Elektromagnetische Feldtheorie, Springer 1990, Seite 423f)
Laufen die Wellen entgegengesetzt, ergibt sich eine stehende Welle. Das steht im gleichen Buch, zwei Seiten weiter.
Wo hast Du denn das überhaupt her, daß da Auslöschung stattfinden soll ? Nach Maxwell würde das bedeuten, daß man zeitabhängige E-Felder superponieren kann. Bei statischen E-Feldern ist das problemlos möglich, da gilt das Superpositionsgesetz, aber bei zeitabhängigen Feldern habe ich noch nie gehört, daß man das Superpostionsgesetz anwenden darf.
Wir können dein Problem auf die folgende Fragestellung reduzieren: Gilt bei zeitabhängigen E- bzw. H-Feldern das Superpositionsgesetz und wenn ja, unter welchen Voraussetzungen ?
@talla: Das Energie nicht verschwindet sondern sich einfach nur umwandelt ist dir ja auch klar. Ich denke dass wird in irgendeiner Strahlung resultieren.
Mom.. Soweit ich das verstanden habe handelt es sich bei der Welle-Teilchen Beziehung tatsächlich um einen DUALISMUS. Auch wenn das unlogisch ist, man darf sich das Licht entweder als Welle ODER als Teilchen vorstellen. Sich in einem Versuch beides vorzustellen ist unzulässig und kann nicht funktionieren. hm..
mfg
spirit