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Forum: Offtopic Licht --> destruktive Interferenz --> wo ist die Energie?


Autor: Photon (Gast)
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Hallo!

Mal wieder eine Offtopic-Rätselfrage:
Bei Licht gibt es konstruktive und destruktive Interferenz (siehe z.B. 
Doppelspalt). Wenn man es nun schafft, zwei Laserstrahlen mit exakt 
gleicher Wellenlänge (monochromatisch) exakt 180° Phasenverschoben zu 
überlagern, dann sollte es doch dunkel sein?!
Wo aber ist dann die Energie hin? Wirds warm? Oder was passiert?
Oder wenn man es als Teilchen anschaut: wo sind die Photonen hin?

Danke für eure Theorien...

Autor: andy (Gast)
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Da ja gilt e=mc2, entsteht dabei Masse, die als Lichtstaub zu Boden 
fällt ;-)

Zeig erst mal, wie Du dies erreichen willst.

Gruss
Andy

Autor: moe (Gast)
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Diese Frage darfst du nicht unter dem Wellen/Teilchen Dualismus der 
klassischen Physik betrachten.

Du musst diese Fragestellung unter dem Gesichtpunkt der Quantenphysik 
sehen. Letztendlich Superpositionierst du nur die PSI-Funktion, also die 
Wahrscheinlichkeit mit welcher sich ein Quant an einem bestimmten Ort 
aufhaellt. So wird die Energie bei der destruktiven Inteferenz nicht 
Vernichtet, sondern befindet sich nicht an dem Ort an dem die Inteferenz 
auftritt, da fuer diesen Ort die rechnerische 
Aufenthaltswahrscheinlichkeit gegen Null laeuft. Daher auch die 
Moeglichkeit das ein Quant mit sich selbst inteferiert.

Doch auch die Quantenphysik ist ein Modell das die Wirklichkeit nicht 
nie exakt wiedergeben wird, sondern uns nur hilft die realitaet 
festzuhalten.

Daher im Sinne Schroedingers: Die Katze lebt und ist zugleicht tod ....

Gruesse moe

Autor: Thomas (Gast)
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Du läufst gegen eine Wand, schiebst wie blöd aber nichts bewegt sich, wo 
geht da die Energie hin?

Thomas

Autor: Ralf Schwarz (spacedog) Benutzerseite
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@andy

Also realisieren könnte man das Experiment mit folgender Anordnung:

  * http://de.wikipedia.org/wiki/Michelson-Interferometer

Autor: andy (Gast)
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Das Problem bei einer solchen Anordnung ist, dass an einem 
halbreflektiwerenden Spiegel der Strahl niemals mit gleicher Amplitude 
und Phase aus beiden Richtungen herauskommt.

Gruss
Andy

Autor: Stefan Salewski (Gast)
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>Wenn man es nun schafft, zwei Laserstrahlen mit exakt
>gleicher Wellenlänge (monochromatisch) exakt 180° Phasenverschoben zu
>überlagern,

Genau das macht man mit einem (Michelson)-Interferometer.
Die Wellenfronten sind allerdings nicht ideale Ebenen, sondern Teile von 
Kugeloberflächen. Aufgrund der Wegdifferenz hat man unterschiedliche 
Radien der Kugeloberflächen -- Überlagerung (auf einem Schirm) ergibt 
dann eine Ringstruktur: Helle und dunkle Ringe, konstruktive und 
destruktive Interferenz. Interferenz ist damit letztlich eine 
Umverteilung.

Man könnte sich natürlich überlegen, ob man mit geeigneten Optiken die 
Strahlen so anpassen könnte, dass überall destruktive Interferenz 
auftritt. Weiß ich nicht.

Autor: andy (Gast)
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>Du läufst gegen eine Wand, schiebst wie blöd aber nichts bewegt sich, wo
geht da die Energie hin?

Sie wird als Wärme in Deinem Körper verbraten.
Kraft ist physikalisch gesehen keine Energie. Erst wenn der Weg 
dazukommt, wendest Du Energie auf. (E = F x s)

Gruss
Andy

Autor: Martin Z. (zilluss)
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Überall wo destruktive Interferenz auftritt muss gleichzeitig 
konstruktive Interferenz auftreten. Somit bleibt der 
Energieerhaltungssatz gewahrt ;-)
Siehe auch hier (hab nach destruktive interferenz energieerhaltungssatz 
gegoogelt) http://science.orf.at/science/ays/143381

Autor: AVRFan (Gast)
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>Wenn man es nun schafft, zwei Laserstrahlen mit exakt
>gleicher Wellenlänge (monochromatisch) exakt 180° Phasenverschoben zu
>überlagern, dann sollte es doch dunkel sein?!

Es wäre in der Tat dunkel, aber Dein Gedankenexperiment setzt voraus, 
dass die Laserstrahlen eine perfekt ebene Welle darstellen. Es ist 
jedoch physikalisch unmöglich, ein exakt paralleles Lichtbündel zu 
erzeugen.  Der Grund dafür ist, dass es bei jeder Lichtquelle irgendwo 
eine Öffnung gibt, an der das Licht gebeugt wird.  Bei einem "nackten" 
Laser, d. h. ohne irgendwelche Zusatzblenden etc., ist die beugende 
Öffnung der Strahlaustrittsspiegel.  Deshalb weist auch ein Laserstrahl 
eine kleine, aber endliche Divergenz auf (man findet sie im Datenblatt 
angegeben).  Es ist somit tatsächlich unmöglich, ein Lichtbündel 
herzustellen, das seinen Querschnitt "auf ewig" beibehält; auf genügend 
großer Entfernungsskala läuft es immer auseinander.  Mit Linsen 
(beugende Öffnung!) kann man annähernd parallele Bündel nur für den 
Nahbereich realisieren.

Damit ist Deine Frage hinfällig.  Es wird zwar dunkle Stellen geben, 
aber nicht ohne helle irgendwo anders, und so ist es prinzipiell immer. 
Die Energie, die an den dunklen Raumbereichen nicht vorhanden ist, 
steckt natürlich in den hellen.

Autor: Stefan Salewski (Gast)
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@ AVRFan (Gast)

Inhaltlich ähnliches hatte ich ja bereits geschrieben.

>Damit ist Deine Frage hinfällig.

Nicht unbedingt -- man könnte ja auch beliebig gekrümmte, aber identisch 
geformte Wellenfronten überlagern.

Autor: AVRFan (Gast)
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>Nicht unbedingt -- man könnte ja auch beliebig gekrümmte, aber identisch
>geformte Wellenfronten überlagern.

Das kann man auch beantworten.  Damit es eine Überlagerung ist, müssen 
die Wellen aus (mindestens) zwei verschiedenen Quellen stammen, die sich 
nicht am selben Ort befinden können.  Man kann sich dann überlegen, dass 
es mit "zwei Quellen, eine hier, eine da" trotz Formgleichheit dessen, 
was die Quellen aussenden, nie hinhaut - egal wie man es dreht und 
wendet.  Die einzige Form, mit der es funktionieren würde, ist die ebene 
Welle.  Auch Anordnungen wie "Punktquelle, die eine Kugelwelle 
aussendet; darum eine zweite, schalenförmige Quelle, die auch eine 
gleichfrequente Kugelwelle aussendet" - irgendwo ist immer ein Haken, 
der einem einen Strich durch die Rechnung macht.  Herauszufinden, wo 
genau, kann man als nette kleine Denksportaufgabe ansehen.

Autor: Daniel (Gast)
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Ich meine dass ein Spalt eine Huygenquelle sein wird,
und die Wellenausbreitung kreisformig auseinanderlaufen wird.
Somit wird es konstruktive und destruktive Interferenz geben.

Autor: Thomas (Gast)
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Stichwort Schrödinger....

Autor: Thomas Bremer (Firma: Druckerei Beste) (virtupic)
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In Sachen "gegen die Wand drücken und nichts bewegen": Da gibt's keine 
pysikalische Energie. (Und die Geistige verflüchtigt sich...)

Aber zur Interferenz, du musst immer den ganzen Raum betrachten. Zwei 
gleich starke Punktlichtquellen mit gleicher Wellenlänge erzeugen durch 
Interferenz im Raum dunkle und helle Stellen. In Summe entspricht die 
Helligkeit der Summe der beiden Einzelhelligkeiten.

Du kannst eine beliebig geformte Lichtquelle als Anordnung beliebig 
vieler Punktlichquellen zusammensetzen. (War das nicht irgen so ein 
Hauptsatz?) Und jetzt zeig uns mal eine, die in alle Richtungen absolut 
dunkel leuchtet...

virtuPIC
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Autor: Hans (Gast)
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Wenn ihr euch an der Existenzfrage aufhängt, also ob es überhaupt 
machbar ist, dann formuliert die Frage doch so:

Mit welcher Theorie lässt sich das Phänomen beschreiben (modellieren) 
und welche Resultate liefert sie dann.

Autor: Nicht_neuer_Hase (Gast)
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Ich stelle mir das so vor:

Wellenmodell ( Huygens ): Jede Stelle des Raumes ist Ort einer ( neuen ) 
Elementarwelle, alle Elementarwellen addieren sich an jedem Ort.

Es sind zwei Lichtsender gegeben, die synchron einfarbiges Licht
( d.h. Spektrallinie unendlich schmal, Phasenunterschied = 0 ) 
aussenden.

Stehen sie sich genau gegenüber und sind in einer Linie ausgerichtet, in 
einem solchen Abstand, dass sich die Elementarwellen an jeder Stelle 
auslöschen, gibt es an den "Ausgängen" der beiden Lichtquellen eine Art 
"Kurzschluss", sodass es entsprechende Auswirkung bei den Quellen geben 
müsste.

Analoges Gedankenexperiment wäre:
"Ideales" Kurzschliessen eines aufgeladenen, "idealen", also 
verlustfreien Kondensators mit der Ausdehnung von "Null": Da kann die 
Energie W=CU²/2 auch nirgendwo hin !

Beides ist natürlich hypothetisch:
Zwei exakt kollineare, synchron strahlende Lichtquellen "geht nicht", 
genauso wenig wie der "ideale" Kondensator, "ideal" kurzgeschlossen.

Gruss

Autor: Uhu Uhuhu (uhu)
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Nicht_neuer_Hase wrote:
> Analoges Gedankenexperiment wäre:
> "Ideales" Kurzschliessen eines aufgeladenen, "idealen", also
> verlustfreien Kondensators mit der Ausdehnung von "Null": Da kann die
> Energie W=CU²/2 auch nirgendwo hin !

Versteh ich nicht. Die Energie würde als Strahlung frei und sich in den 
umgebenden Raum verflüchtigen.

Aber zurück zur Lichtwelle: Ich würde sagen, die Energie steckt im 
Wellenfeld, die Interferenz bewirkt lediglich - wie schon oben von 
anderen geschrieben - eine räumliche Umverteilung.

Autor: Nicht_neuer_Hase (Gast)
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"Versteh ich nicht. Die Energie würde als Strahlung frei und sich in den
umgebenden Raum verflüchtigen."

=> Geht nicht, da räumliche Ausdehnung des angenommenen, "idealen" 
Kondensators = 0.

Gruss

Autor: Uhu Uhuhu (uhu)
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Nicht_neuer_Hase wrote:
> "Versteh ich nicht. Die Energie würde als Strahlung frei und sich in den
> umgebenden Raum verflüchtigen."
>
> => Geht nicht, da räumliche Ausdehnung des angenommenen, "idealen"
> Kondensators = 0.
>
> Gruss

Dann kann er aber auch keine Ladung halten... also erübrigt sich das 
Gedankenexperiment, weil es nichts zu Erklärung des Verbleibs der 
Energie bei destruktiver Interferenz beiträgt.

Autor: Nicht_neuer_Hase (Gast)
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Exakt kollineare, phasenstarr synchronisierte Lichtquellen sind auch 
nicht so leicht zu bauen, ihre Spektrallinie(n) haben immer noch 
endliche Ausdehnung ...

Gruss

Autor: Thomas Bremer (Firma: Druckerei Beste) (virtupic)
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> Mit welcher Theorie lässt sich das Phänomen beschreiben (modellieren)
> und welche Resultate liefert sie dann.

Für meine Erklärung brauchst du nicht besonder viel.

Du hast eine Lichtquelle an den Koordinate (xl, yl, zl). Diese gibt 
Licht einer bestimmten Wellenlänge ab. Die Amplitude dieser Welle ist 
eine Sinusfunktion der Zeit (t) mit von der Lichtquelle abhängiger Phase 
(p) und Amplitude (a): LQ(t) = a * sin(t + p).

Das gibt dir die Welle einer Lichtquelle im Abstand 1 an. Wenn du dich 
an einem Punkt P = (x, y, z) befindest, dann ist die Helligkeit = 
Amplitude umgekehrt proportional zum Abstan und die Phase verschiebt 
sich linear im Abstand: LP(t) = LQ(t-d) * 1 / (|P - Q|)^2

Wenn du jetzt mehrere Lichtquellen hast, dann musst du für einen Punkt 
die beiden Werte addieren.

Um die Energie rauszukriegen, musst du diese Werte über eine 
geschlossene Fläche um die versammelten Lichtquellen integrieren, die 
von jedem Strahl von jeder Lichtquelle aus genau einmal geschnitten 
wird.

Easy, oder? :-)

virtuPIC
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Autor: Hannes S. (hannestum)
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Die Energie des einen Lichtstrahls wird benötigt um den anderen 
auszulöschen und umgekehrt...

Autor: Uhu Uhuhu (uhu)
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Und wo bleibt da der Energieerhaltungssatz?

Autor: Hauke Radtki (lafkaschar) Benutzerseite
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Das ginge nur, wenn das eine Licht eine "negative" Energie hätte, dabei 
ist es nur Phasenverschoben, also stimmt diese Erklärung nicht. (ich 
muss gestehen, dass ich mir die auch bis letztens so eingeredet habe :P 
)

Autor: Nicht_neuer_Hase (Gast)
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Da Wellen- und Korpuskelmodelle für Licht eben nur Modelle sind, ist die 
Erklärung bestimmter Lichtphänomene oft weder trivial noch unbedingt 
anschaulich; unter

http://www.wissenschaft.de/wissportal_static/wissp...

( Keine Gewähr für Richtigkeit/Virenfreiheit usw. des Links ! )

steht u.a.:

"Wir haben in der nicht linearen Optik gelernt, das sich Photon und 
Anti-Photon nicht gegenseitig auslöschen, sondern eine skalare oder 
stehende Welle im RAUM bilden, zeitlich sind sie außer Phase, wir haben 
somit eine lokale Krümmung des Raumes"

( Beispiel dafür, dass beide Modelle zweckmässig sind, für "Einsteiger":
Der äussere Photoeffekt lässt sich gut mit dem Teilchen-Modell gut 
erklären, mit dem Wellenmodell schlecht.
Will man hingegen Brechung/Beugung mit dem Teilchen-Modell erklären, 
muss man wohl so etwas wie "Flugrichtungswahrscheinlichkeiten" dieser 
Teilchen bestimmen, da ist das Wellenmodell weit praktischer.)

Ist doch was für Einstein-Jünger !?

Viele Grüsse

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