Quantenmechanik-Frage

[Christoph A. (shadowrunner93)]

Hallo zusammen!

Naja, hier ist die Frage :
Wieso lassen bestimmte Stoffe bestimmte Wellenlängen durch, z.B. Glas 
sichtbares Licht.

Meine Theorie wäre :

Photonen haben ja je nach Frequenz eine höhere Energie.
Es gibt ja nur diskrete (bestimmte) Energiezustände der Elektronen, die 
je nach Material anders sind (also je nach Schalenaufbau). Kommt nun ein 
Photon mit einer zu großen Wellenlänge und schafft es nicht das Elektron 
auf die nächste Schale zu bekommen, so fliegt es hindurch und es kommt 
auf der anderen Seite wieder raus.

Stimmt das?

Mfg

[Daniel R. (daniel_r)]

>so fliegt es hindurch und es kommt auf der anderen Seite wieder raus.

Ein Photon fliegt mit Sicherheit nicht durch eine Glasscheibe hindurch. 
Es wird auf jeden Fall absorbiert.

Wie es aber genau funktioniert, kann ich Dir auch nicht mit 100%-iger 
Sicherheit sagen. Meine Theorie ist, dass das Photon ein Elektron 
anregt. Dieses relaxiert zurück in den Grundzustand, emittiert ein neues 
Photon, welches in einem Nachbaratom ein Elektron anregt, welches wieder 
relaxiert usw.

Daniel

[Tine S. (tine)]

Das wievielte Mal taucht diese Frage denn nun hier auf?
http://lmgtfy.com/?q=Warum+ist+Glas+durchsichtig

[Christoph A. (shadowrunner93)]

Tine Schwerzel schrieb:
> Das wievielte Mal taucht diese Frage denn nun hier auf?
> http://lmgtfy.com/?q=Warum+ist+Glas+durchsichtig

Tut mir Leid, ich habe keine einzige wirklich aufschlussreiche Antwort 
gefunden. Die sind alle nur so halb erklärt.. Mit geht es ja um die 
Details, mir ist schon klar dass nicht viele Leute die 
Quantenmechanischen Hintergründe erfahren wollen, als mehr die einfache 
Tatsache.

Dieser Artikel bestätigt ungefähr meine Theorie :

http://www.n-tv.de/wissen/frageantwort/Warum-ist-Glas-durchsichtig-article200791.html

Leider ist diese Artikel auch nicht gerade sehr aufschlussreich.

Würde es bitte jemand hier erklären oder mir eine anständige Erklärung 
schicken?^^

Mfg

[M. E. (mec)]

Richard P. Feynman, QED. Die seltsame Theorie des Lichts und der Materie

http://de.wikipedia.org/wiki/Quantenelektrodynamik

viel Spaß ;)
erfordert irgendwie ein völlig neus Physikalisches Denken im vergleich 
zur Klasischen Physik, hab mir am Anfang ein wenig schwer getan, aber so 
langsam kommt das verständniss ;)
glaube ich zumindest

wenn mal Zeit ist, kommt mal wieder ein richtiges Physikbuch dran, 
vielleicht kann ich es dann auch mal erklären, aber das ist schon eine 
komische welt, in der wir leben

[M. E. (mec)]

ist zwar auch nicht ganz richtig, glaub ich,
aber wenn die Photonen nicht an andere Teilchen im Glass ankoppeln 
können, gehen sie einfach durch.

[Purzel H. (hacky)]

Ja, sicher. Wenn das Glas transparent ist, gehen die Photonen durch. Was 
ist das Problem dabei. Im Infraroten ist das glas dann mal nicht mehr 
transparent. Dann wird das Photon absorbiert. Dazu braucht man noch 
keine Quantenmechanik.

[Daniel R. (daniel_r)]

Nochmals: Photonen durchdringen Glas nicht. Wenn dem so wäre 
(transparent = photonendurchlässig), hätte Bleiglas keinen Sinn in der 
Radiologie. Hat es aber.

Oben habe ich geschrieben, wie es funktioniert. Wenn ihr meint, dass 
Photonen Glas durchdringen, dann glaubt eben daran.

Anderer Blickwinkel: Licht = EM-Welle. Glas = Medium mit anderer 
Permittivität und Permeabilität als Vakuum. Welle läuft auf Medium, 
E-Feld nimmt ab, H-Feld nimmt zu. Wellenlänge ändert sich. In diesem 
Sinn nichts besonderes.

Zur Graphik: Bei grösserer Frequenz sieht die Sache gleich aus. Hab um 
diese Zeit keine Lust mehr, in der Simulation Werte zu ändern.

[Karl H. (kbuchegg)]

Daniel R. schrieb:

> Oben habe ich geschrieben, wie es funktioniert. Wenn ihr meint, dass
> Photonen Glas durchdringen, dann glaubt eben daran.

Deine Theorie hat nur einen Schönheitsfehler

Ein Photon, welches von einem Elektronen relaxiert wird, muss genau in 
derselben Richtung weiterfliegen, wie das Photonen, welches das Elektron 
angeregt hat. Nur: Wie macht das Elektron das? Hat es einen Kompass mit?

Aus quentenmechanischer Sicht sieht die Sache so aus:
Das Photon trifft auf ein Elektron. Das Elektron würde gerne die Energie 
des Photons mit aufnehmen, kann das aber nur unter bestimmten Umständen. 
NIcht jeder Energiezustand ist für ein Elektron erlaubt. Reicht die 
Energie des Photons nicht aus, um das Elektron in einen erlaubten 
Energiezustand zu bringen, dann ... kommt die Wellennatur der Teilchen 
zum tragen und Photon und Elektron durchdringen sich einfach. Das Photon 
läuft auf seiner Bahn weiter wie gehabt. In diesem Sinne durchdringen 
Photonen Glas tatsächlich ohne mit den Elektronen zu wechselwirken.

Wovon hängt es nun ab, ob ein Elektron mit einem Photon wechselwirken 
kann?
Das ist nicht für alle Elektronen gleich, sondern hängt auch davon ab, 
wie das Elektron an seinen Atomkern gebunden ist. Im Falle von Glas, 
sind die Elektronen (kopnkret die Valenzelektronen, die äusseren 
Elektronen) sehr fest an die jeweiligen Atomkerne gebunden. Photonen im 
sichtbaren Licht-Bereich haben nicht den notwendigen Energiegehalt um 
mit diesen Elektronen wechselwirken zu können. Photonen aus anderen 
Frequenzbereichen haben aber die notwendige Energie -> Glas, welches für 
uns, die wir Strahlung nur im sichtbaren Wellenlängenbereich wahrnehmen 
können, durchsichtig ist, ist in anderen Frequenzbereichen 
undurchsichtig. Und auch umgekehrt: Stoffe, die für uns undurchsichtig 
sind, sind in anderen Frequenzbereichen sehr wohl durchsichtig, weil 
dann die Photonen eben in diesem Frequenzbereich nicht di notwendige 
Energie haben um die Elektronen anregen zu können.

Bei Metallen ist es dann sogar so, dass die äussersten Elektronen so gut 
wie gar nicht an die Atomkerne gebunden sind und sich mehr oder weniger 
frei dazwischen bewegen können. Dementsprechend sehen deren erlaubte 
Energiezustände wieder anders aus und sind so, dass Photonen im 
sichtbaren Licht, sie in einen angeregten Zustand versetzen können. -> 
Metalle sind selten duchsichtig.

[Andreas F. (aferber)]

Daniel R. schrieb:
> Nochmals: Photonen durchdringen Glas nicht.

Aber sicher tun sie das, ausser sie haben eine Energie, die von Glas 
absorbiert werden kann.

> Wenn dem so wäre
> (transparent = photonendurchlässig), hätte Bleiglas keinen Sinn in der
> Radiologie. Hat es aber.

Bei Röntgenstrahlung ist die Energie so hoch, dass die Strahlung 
ionisierend ist. Ionisierende Strahlung kann von jedem Material 
absorbiert werden, da es (im Prinzip) beliebige Energieniveaus gibt, 
sobald das Elektron erstmal aus dem Atom raus ist.

Im wesentlichen kommt es dann nur noch auf die Dichte an. Je dichter, 
desto besser die Absorption. Blei nimmt man, weil es billig ist und eine 
hohe Dichte hat. Und Bleiglas nimmt man, weil man da im Gegensatz zu 
massivem Blei noch durchgucken kann (eben weil sichtbares Licht nicht 
absorbiert wird), und es eine höhere Dichte als normales Glas hat.

> Oben habe ich geschrieben, wie es funktioniert.

Oben hast du Stuss geschrieben.

Absorption und Reemittierung gibt es auch, dabei bleibt zwar (im 
allgemeinen Fall) die Frequenz erhalten, es geht aber die Richtung 
verloren. Deshalb kannst du eben in diesem Fall nicht durchsehen. Wenn 
die Reemittierung zeitlich stark verzögert erfolgt (das "obere" 
Energieniveau ist metastabil), dann hast du Phosporeszenz. Der Glanz von 
Metallen hat auch damit zu tun.

Das funktioniert aber nur, wenn das Licht eine exakt passende Frequenz 
hat, um ein Elektron auf ein anderes erlaubtes Energieniveau zu heben, 
ansonsten kann es nicht absorbiert werden.

> Anderer Blickwinkel: Licht = EM-Welle. Glas = Medium mit anderer
> Permittivität und Permeabilität als Vakuum. Welle läuft auf Medium,
> E-Feld nimmt ab, H-Feld nimmt zu. Wellenlänge ändert sich. In diesem
> Sinn nichts besonderes.

Und was hat das mit Absorption zu tun? Die Lichtgeschwindigkeit ändert 
sich, und damit die Wellenlänge (bei gleicher Frequenz). Das heisst aber 
nicht, dass da irgendwas absorbiert würde. Hinter dem Glas steigen 
Lichtgeschwindigkeit und Wellenlänge dann wieder, und es ist alles beim 
alten.

Andreas

[Frank M. (ukw) (Moderator)]

Daniel R. schrieb:
> Nochmals: Photonen durchdringen Glas nicht.

Das ist barer Unsinn. Wenn die Photonen im Glas absorbiert werden würden 
und das Glas durch die aufgenommene Energie selbst andere Photonen 
emittieren würde (wie Du schreibst), dann würdest Du das Glas selbst 
leuchten sehen.

Das ist aber in den seltensten Fällen (oder nur zu einem Bruchteil) der 
Fall.

Gruß,

Frank

[Christoph A. (shadowrunner93)]

Vielen Dank für eure Antworten!

Was mich an MEINER Theorie eigentlich gestört hat war Folgendes :

Da Elektronen nur diskrete Energiezustände einnehmen können, in dem eben 
GENAU die erforderliche Energie durch Photonen erbracht wird stellte 
sich mir die Frage : Wieviele Energiezustände muss es dann geben, wenn 
der ganze Wellenlängenbereich der UV-Strahlung absorbiert wird?

Mein Physiklehrer brachte die Antwort:

Bei festen und flüssigen Stoffen sieht es nicht ganz so wie bei den 
gasförmigen Stoffen aus, dass die Schalen ein gewisser Abstand trennt, 
sondern eher ganze Schalenbänder existieren. Somit wird eben ein ganzer 
Wellenlängenbereich abgedeckt..

Mfg

[Daniel R. (daniel_r)]

Gut. Ist wohl so, dass die Dinger Glas durchdringen.

@Andreas Ferber
>Und was hat das mit Absorption zu tun? Die Lichtgeschwindigkeit ändert
>sich, und damit die Wellenlänge (bei gleicher Frequenz). Das heisst aber
>nicht, dass da irgendwas absorbiert würde. Hinter dem Glas steigen
>Lichtgeschwindigkeit und Wellenlänge dann wieder, und es ist alles beim
>alten.

Ich schrieb: Anderer Blickwinkel. Die Absorption, von der Du redest, 
entspringt wohl einer falschen Interpretation dessen, was ich zur 
Simulation geschrieben habe oder einfach dem Zusammenwürfeln meiner zwei 
Aussagen. Das Wort Absorption ist nun wirklich nirgends zu finden (im 
Abschnitt zur EM-Welle und Simulation. Der Rest ist ja Käse) und an der 
Simulation gibt auch nichts zu zweifeln. Wenn die eine Aussage Kabis 
ist, ist es die andere deswegen nicht auch.

[Andreas F. (aferber)]

Daniel R. schrieb:
> Gut. Ist wohl so, dass die Dinger Glas durchdringen.

Da zeigen sich eben die Grenzen des Teilchenmodells. Übertragen ist es 
eben schwer sich vorzustellen, dass ein Auto mit 100km/h an einer Wand 
zerschellen soll, während dasselbe Auto mit 50 oder mit 150km/h 
weiterfahren kann, als wäre die Wand garnicht da.

Im Wellenmodell ist das einfacher zu veranschaulichen. Du wunderst dich 
ja auch nicht, dass bei einer elektronischen Bandsperre Signale mit 
bestimmter Frequenz ausgefiltert (absorbiert) werden, während Signale 
mit anderer (höherer oder niedrigerer) Frequenz den Filter ungehindert 
passieren können.

Andreas