Licht en fotonen
Luc stelde deze vraag op 05 januari 2009 om 08:48.
Hoi, ik zit met een vraag over fotonen.
Het 'twee spleten' experiment laat zien dat licht een golfkarakter heeft. Nochtans beschouwt men fotonen als deeltjes.
Als iemand nu op een afstand van mij een lamp doet branden, dan zie ik die fotonen naar mij toe komen. Een andere toeschouwer ziet hetzelfde. Als de fotonen nu vertraagd afgeschoten worden, dan zou, als het deeltjes zijn, een foton dat mijn oog treft, niet dat van de andere persoon mogen treffen.
Er moeten dus 2 fotonen vertrekken, willen we beiden 1 zien. Nu maken we een grote cirkel met allemaal toeschouwers. Er moeten dus vele fotonen vertrekken. Logisch.
In de ruimte zijn er sterren die duizenden lichtjaren van ons verwijderd zijn. Stel u een bol voor met in het midden zo'n ster en de aarde als toeschouwer op de rand van die bol.
Kan een ster zoveel fotonen uitzenden en elke vierkante mm van die bol te beschijnen ? Verdubbel de straal van de bol en het aantal zal nog eens gigantisch stijgen...
Mij lijkt het dus dat die fotonen helemaal geen deeltjes zijn maar een golf die zich voortplant in alle richtingen en stilaan zwakker wordt.
In het geval van deeltjes, zouden een aantal toeschouwers niets zien wanneer in het midden van onze mensenkring de lamp even opflitst ?
Het 'twee spleten' experiment laat zien dat licht een golfkarakter heeft. Nochtans beschouwt men fotonen als deeltjes.
Als iemand nu op een afstand van mij een lamp doet branden, dan zie ik die fotonen naar mij toe komen. Een andere toeschouwer ziet hetzelfde. Als de fotonen nu vertraagd afgeschoten worden, dan zou, als het deeltjes zijn, een foton dat mijn oog treft, niet dat van de andere persoon mogen treffen.
Er moeten dus 2 fotonen vertrekken, willen we beiden 1 zien. Nu maken we een grote cirkel met allemaal toeschouwers. Er moeten dus vele fotonen vertrekken. Logisch.
In de ruimte zijn er sterren die duizenden lichtjaren van ons verwijderd zijn. Stel u een bol voor met in het midden zo'n ster en de aarde als toeschouwer op de rand van die bol.
Kan een ster zoveel fotonen uitzenden en elke vierkante mm van die bol te beschijnen ? Verdubbel de straal van de bol en het aantal zal nog eens gigantisch stijgen...
Mij lijkt het dus dat die fotonen helemaal geen deeltjes zijn maar een golf die zich voortplant in alle richtingen en stilaan zwakker wordt.
In het geval van deeltjes, zouden een aantal toeschouwers niets zien wanneer in het midden van onze mensenkring de lamp even opflitst ?
Reacties
Jan
op
05 januari 2009 om 21:54
Dag Luc,
Je stuit hier op de golf-deeltje dualiteit. Heel je redenering is correct, op één deel na:
Mij lijkt het dus dat die fotonen helemaal geen deeltjes zijn
Dat zijn ze wel degelijk. Ze vertonen er alle gedrag van, inclusief de vreemd lijkende dingen die jij beschrijft. Ja, een foton dat in jouw oog valt wordt daar omgezet in een andere vorm van energie en verdwijnt dus. Een ander zal datzelfde foton niet zien. Ja, zelfs na al die afstand komen er nog voldoende fotonen binnen om een signaaltje naar je hersens te sturen.
De energie van één enkel foton zichtbaar licht is om en nabij de
13·10-28 J. (500 nm)
Een sterretje als de zon heeft een vermogen van om en nabij de 4·1026 J per seconde.
Kun je eens schatten hoeveel fotonen dat ongeveer zijn per seconde, en eens uitrekenen hoeveel er dan elke seconde op een mm² vallen op verschillende afstanden. Zelfs héél ver weg zijn dat er nog geweldig veel. Maar inderdad, op den duur worden dat er te weinig om nog met het blote oog te zien. Dan pak je een telescoop, concentreert een brede bundel tot een smalle en kijk je er zo naar. Hoe groter de telescoop, hoe meer sterren je ziet.
Groet, Jan
Je stuit hier op de golf-deeltje dualiteit. Heel je redenering is correct, op één deel na:
Mij lijkt het dus dat die fotonen helemaal geen deeltjes zijn
Dat zijn ze wel degelijk. Ze vertonen er alle gedrag van, inclusief de vreemd lijkende dingen die jij beschrijft. Ja, een foton dat in jouw oog valt wordt daar omgezet in een andere vorm van energie en verdwijnt dus. Een ander zal datzelfde foton niet zien. Ja, zelfs na al die afstand komen er nog voldoende fotonen binnen om een signaaltje naar je hersens te sturen.
De energie van één enkel foton zichtbaar licht is om en nabij de
13·10-28 J. (500 nm)
Een sterretje als de zon heeft een vermogen van om en nabij de 4·1026 J per seconde.
Kun je eens schatten hoeveel fotonen dat ongeveer zijn per seconde, en eens uitrekenen hoeveel er dan elke seconde op een mm² vallen op verschillende afstanden. Zelfs héél ver weg zijn dat er nog geweldig veel. Maar inderdad, op den duur worden dat er te weinig om nog met het blote oog te zien. Dan pak je een telescoop, concentreert een brede bundel tot een smalle en kijk je er zo naar. Hoe groter de telescoop, hoe meer sterren je ziet.
Groet, Jan
Luc
op
06 januari 2009 om 07:49
Dag Jan,
Bedankt voor je antwoord.
Ja, ik lees momenteel over de kwantumtheorie en daar gaat men dus ook uit van deeltjes. En wie ben ik om dat te weerleggen ;-) ?
Maar, wanneer ik nu 1 enkele golf, laat ons zeggen draaggolf 100Mhz, naar een antenne stuur, dan zal je het er toch mee eens zijn dat die 1 enkele golf ontvangen kan worden door verschillende radio's ?
Worden er dan voor 1 enkele golf ook weer massa's fotonen verstuurd ? Want daarvoor heb ik toch een sinus nodig ? Hoe weten die fotonen dan dat ze moeten vertrekken, ook al zend ik maar een vierde van die golf door ?
mvg
Luc
Bedankt voor je antwoord.
Ja, ik lees momenteel over de kwantumtheorie en daar gaat men dus ook uit van deeltjes. En wie ben ik om dat te weerleggen ;-) ?
Maar, wanneer ik nu 1 enkele golf, laat ons zeggen draaggolf 100Mhz, naar een antenne stuur, dan zal je het er toch mee eens zijn dat die 1 enkele golf ontvangen kan worden door verschillende radio's ?
Worden er dan voor 1 enkele golf ook weer massa's fotonen verstuurd ? Want daarvoor heb ik toch een sinus nodig ? Hoe weten die fotonen dan dat ze moeten vertrekken, ook al zend ik maar een vierde van die golf door ?
mvg
Luc
Luc
op
06 januari 2009 om 12:37
Ik heb het idd eens berekend... fenomenaal.
Zo zouden er 4.5 lichtjaar van hier nog steeds 1.4 biljoen fotonen per mm² aankomen, afkomstig van onze zon.
Maar met een zonnepaneel van 1m² zou slechts 18 nano Watt kunnen opgewekt worden. Ongeveer uiteraard.
Zo zouden er 4.5 lichtjaar van hier nog steeds 1.4 biljoen fotonen per mm² aankomen, afkomstig van onze zon.
Maar met een zonnepaneel van 1m² zou slechts 18 nano Watt kunnen opgewekt worden. Ongeveer uiteraard.
David
op
24 mei 2009 om 16:34
Met het laatste antwoord ben ik het niet helemaal eens. Als het vermogen van de zon 4*10^26 W is, dan zendt het 10^45 fotonen per sec uit (gem. golflengte van 500 nm genomen).
Want de energie van foton met een golflengte van 500 nm is 2,48 eV en dat is 4,0 * 10^-19 J.
Het fluentietempo van fotonen op aarde (150 miljoen km afstand van de zon) is dan: 10^(45) / (4*Pi*(150*10^12)^2)) = 3,5*10^15 fotonen per vierkante mm per sec.
Het fluentietempo van fotonen op 4,5 lichtjaar hier vandaan is dan: 10^(45) / (4*Pi*(4,5*365,25*24*3600*3,0*10^11)^2) = 43844 fotonen per vierkante mm per sec.
Op 800 lichtjaar van de zon vandaan is het fluentietempo nog maar 1,4 fotonen per vierkante mm per sec.
Want de energie van foton met een golflengte van 500 nm is 2,48 eV en dat is 4,0 * 10^-19 J.
Het fluentietempo van fotonen op aarde (150 miljoen km afstand van de zon) is dan: 10^(45) / (4*Pi*(150*10^12)^2)) = 3,5*10^15 fotonen per vierkante mm per sec.
Het fluentietempo van fotonen op 4,5 lichtjaar hier vandaan is dan: 10^(45) / (4*Pi*(4,5*365,25*24*3600*3,0*10^11)^2) = 43844 fotonen per vierkante mm per sec.
Op 800 lichtjaar van de zon vandaan is het fluentietempo nog maar 1,4 fotonen per vierkante mm per sec.
