Licht - die faszinierende Geschichte eines Phänomens by Herbig

Autor:Herbig
Die sprache: eng
Format: mobi
Tags: Physik, Strahlen, Licht, Teilchen, Wellen
Herausgeber: Herbig
veröffentlicht: 2013-01-10T23:00:00+00:00

11 Feynman-Diagramm, das die Abstoßung von zwei Elektronen durch den Austausch von Photonen veranschaulicht

Auf unsere Frage »Was ist Licht?« kann man spätestens jetzt überhaupt nicht mehr antworten. Licht und »feste« Materie scheinen sich nur noch mithilfe von Rechenvorschriften erfassen zu lassen. Feynman dachte sich zwar zur Veranschaulichung der Wechselwirkungen nützliche und einprägsame Diagramme aus, doch diese erläutern uns das Wesen der Dinge nicht näher. Sie zeigen nur auf, wie wir etwas symbolisch erfassen können. Die QED geht dabei so weit, dass sie die Wechselwirkungen der Materie durch den Austausch von »Feldteilchen« beschreibt. Da man die Photonen als Grundbaustein von elektromagnetischen Feldern ansieht, lässt sich beispielsweise die Abstoßung zwischen zwei Elektronen durch den Austausch von »Lichtbotenteilchen« beschreiben. Wie in der Abbildung schematisch gezeigt, »feuern« Elektronen bei gegenseitiger Annäherung Photonen ab. Die dabei wirkenden Kräfte aus Stoß und Rückstoß sowie die übertragene Energie bewirken, dass sich die Elektronen nicht zu nahe kommen.

Die hier ausgetauschten Photonen lassen sich jedoch experimentell nicht nachweisen. Sie sind nur Gedankenkonstrukte, »Ausgeburten der Theorie«, und werden deshalb virtuelle Photonen genannt. Sie verdeutlichen aber, weswegen sich Atome mit ihren Hüllen nicht gegenseitig durchdringen können. Lässt sich also die »Härte der Materie« durch den Austausch von (gedachten) Lichtteilchen erklären? Ist, überspitzt formuliert, virtuelles Licht dafür verantwortlich, dass es schmerzt, wenn wir uns den Kopf stoßen? – Im Prinzip ja. Spätestens jetzt sehen wir, wie abstrakt und umfassend unsere Bilder vom Licht werden können.

Doch kehren wir zum messbaren, unmittelbar erfahrbaren Licht zurück. Hier werden die Dinge auch nicht viel besser, je länger man forscht. Besonders krasse Phänomene treten auf, wenn wir einzelne Photonen untersuchen. Gehen wir dazu von einem alltäglichen Beispiel aus: Licht fällt auf eine Glasscheibe. Ein kleiner Teil des Lichts wird reflektiert, der größere geht hindurch. Der Einfachheit halber wollen wir uns im Weiteren eine speziell beschichtete Glasscheibe vorstellen, die einen Lichtstrahl in zwei gleiche Strahlen mit jeweils halber Intensität aufteilt. Die beiden Detektoren in der Abbildung liefern daher das gleiche Signal.

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