Die "Natur" des Photons

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TechnikFan

Anmeldungsdatum: 05.11.2024
Beiträge: 278

TechnikFan Verfasst am: 14. Aug 2026 16:17 Titel: Die "Natur" des Photons

Meine Frage: Die Frage nach den grundlegenden Eigenschaften, d.h. nach der "Natur" des Photons beschäftigt mich seit dem Beitritt in dieses Forum. Ich habe dieses Problem mit meinem Beitrag https://www.physikerboard.de/ptopic,414904,d5bfc067cbc603e7f96442b7d6a5ee7f.html#414904 mal wieder angesprochen und folge hier dem Vorschlag von Jakito ( https://www.physikerboard.de/ptopic,414909,d5bfc067cbc603e7f96442b7d6a5ee7f.html#414909 ) einen neuen, eigenen Thread dazu zu eröffnen. Meine Ideen: a) Der Kern des Photons muss die Teilcheneigenschaft repräsentieren. So lassen sich lokale Detektor-Ereignisse erklären. b) Die elektromagnetische Welle muss eine Form haben, die über einen viele Lichtjahre langen Weg erhalten bleibt. c) Die elektromagnetische Welle muss mit genügendem Abstand nach einer Lochblende oder einem Doppelspalt wieder die Form gemäß der Forderung b) haben. d) Die Wellenlänge muss natürlich erhalten bleiben (eine Forderung, die trivialerweise von allen mir bekannten Theorien eingehalten wird) Edit: Mit "elektromagnetische Welle" meine ich "elektromagnetisches Wellenpaket". Es geht ja schließlich um Photonen. Zuletzt bearbeitet von TechnikFan am 15. Aug 2026 13:32, insgesamt einmal bearbeitet

Jakito

Anmeldungsdatum: 30.05.2024
Beiträge: 205

Jakito Verfasst am: 14. Aug 2026 18:29 Titel:

TechnikFan hat Folgendes geschrieben:

mal wieder angesprochen und folge hier dem Vorschlag von Jakito

Dann muss ich wohl versuchen, irgendwie zu antworten:
https://www.physicsforums.com/threads/building-intuition-for-waves-quantum-waves.1085995/post-7319194

Zitat:

... to focus on that aspect, one considers the quasi-monochromatic case.
The best way to visualize a single photon for that case is as a solution to the time-harmonic Maxwell equations for the given frequency (i.e. energy) of the photon. ...

TechnikFan hat Folgendes geschrieben:

a) Der Kern des Photons muss die Teilcheneigenschaft repräsentieren. So lassen sich lokale Detektor-Ereignisse erklären.

Die Teilcheneigenschaft des Photons hat mehr mit diskreten Detektor-Ereignissen zu tun, als mit lokalen. Die Lokalität hat einen anderen Ursprung, und hat mehr was mit quasi-stationären Zuständen zu tun. Man detektiert Photonen ja meist dadurch, dass sie ein Atom oder Molekül irgendwie aus "seinem quasi-stationären Zustand" in einen angeregten Zustand überführen, was dann zu messbaren Konsequenzen führt. Das Elektron-Orbitat (mit dem dabei eine Wechselwirkung stattfand) war es, was lokalisiert war. Und der Grund für seine Lokalisierung hat mehr mit "seinem quasi-stationären Zustand" zu tun, als mit seinen Teilcheneigenschaften.

TechnikFan hat Folgendes geschrieben:

b) Die elektromagnetische Welle muss eine Form haben, die über einen viele Lichtjahre langen Weg erhalten bleibt.

Hier wird es schwierig. Denn wenn man die "elektromagnetische Welle" über "einen viele Lichtjahre langen Weg" betrachtet, dann ist sie vermutlich nicht mehr gut als quasi-monochromatic zu beschreiben. Wobei, vielleicht schon, aber man muss sich dann mit wenigstens mit der Welle als Wellenpacket beschäftigen.

TechnikFan hat Folgendes geschrieben:

d) Die Wellenlänge muss natürlich erhalten bleiben (eine Forderung, die trivialerweise von allen mir bekannten Theorien eingehalten wird)

Genau, das wäre schon besser. Wie gesagt, eine quasi-monochromatic Beschreibung wäre schon wichtig, weil es sonst schwierig wird.

Insgesammt ist es beim Welle-Teilchen Dualismus eines Photons problematisch, den die Teilcheneigenschaft zu sehr als Punktteilchen oder Lokalisierung zu interpretieren. Das Photon hat Teilcheneigenschaften, nur eben nicht im Sinne von starker Lokalisierung. Die Lichtgeschwindigkeit+Beschreibung als Wellenpacket führt schon zu einer gewissen Lokalität, aber nicht lokal im Sinne eines Teilchens, oder einer Form.

Telefonmann

Anmeldungsdatum: 05.10.2011
Beiträge: 496

Telefonmann Verfasst am: 14. Aug 2026 22:19 Titel: Re: Die "Natur" des Photons

TechnikFan hat Folgendes geschrieben:

Meine Ideen:
a) Der Kern des Photons muss die Teilcheneigenschaft repräsentieren. So lassen sich lokale Detektor-Ereignisse erklären.
b) Die elektromagnetische Welle muss eine Form haben, die über einen viele Lichtjahre langen Weg erhalten bleibt.
c) Die elektromagnetische Welle muss mit genügendem Abstand nach einer Lochblende oder einem Doppelspalt wieder die Form gemäß der Forderung b) haben.
d) Die Wellenlänge muss natürlich erhalten bleiben (eine Forderung, die trivialerweise von allen mir bekannten Theorien eingehalten wird)

"Klassische" Vorstellungen von einem Teilchen helfen da nicht weiter. Schon deBroglie hat mit seinen Experimenten gezeigt, dass sich Elektronen ganz ähnlich wie Photonen verhalten und vice versa.

Photonen sind Quantenobjekte und können zu 100% durch Wellenfunktionen oder alternativ auch durch Dichteoperatoren beschrieben werden. Auf dieser grundlegenden Ebene ist dann der Unterschied zwischen Elektron und Photon eben nur noch der Masseparameter und der Spin.
_________________
Freundliche Grüße, T.

TomS
Moderator

Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 21593

TomS Verfasst am: 15. Aug 2026 00:19 Titel: Re: Die "Natur" des Photons

TechnikFan hat Folgendes geschrieben:

Die Frage nach den grundlegenden Eigenschaften, d.h. nach der "Natur" des Photons beschäftigt mich seit dem Beitritt in dieses Forum.

Die Natur des Photons an sich werden wir nie zweifelsfrei erkennen können, da wir nur indirekten Zugang haben, durch das Experiment, also durch Messergebnisse (Detektorsignale), und durch die Mathematik. Damit können wir aber zumindest einige irreführende Ideen ausschließen, insbs. die von klassischen Teilchen.

TechnikFan hat Folgendes geschrieben:

Der Kern des Photons muss die Teilcheneigenschaft repräsentieren. So lassen sich lokale Detektor-Ereignisse erklären.

Das ist eine Idee, die von keiner etablierten Theorie gestützt wird.

Nach meinen Dafürhalten sollten anschauliche Erklärungen – insoweit das überhaupt möglich ist – aus etablierten Theorien abgeleitet sein. Im vorliegenden Fall ist das die Quantenelektrodynamik, und in der gibt es keine Teilchen. Klassische elektromagnetische Felder liefern zwar auch keine Quantenphänomene, aber wir sind mit dem – leider unanschaulichen – Quantenfeld näher bei klassischen Feldern als bei Teilchen.

Wichtig dabei ist, dass wir überhaupt keine klassischen Teilchen benötigen, wir benötigen lediglich eine Erklärung von lokalisierten Detektorereignissen, die man aber nicht mit Teilchen selbst verwechseln sollte. Letztere darf man bei Quantenphänomenen getrost vergessen.

Jakito und ich haben da etwas abweichende Meinungen, aber wir haben sicher eine Schnittmenge, was wir eher ablehnen.

Ich sollte hier nicht verschweigen, dass es auch Physiker gibt, die es vollständig ablehnen, aus den physikalischen Theorien irgendetwas über die "Natur des Photons" herauslesen zu wollen. Sie benutzen Theorien zur Berechnung von Messergebnissen, nicht zur Erklärung von tatsächlich stattfindenden Vorgängen. Ich lehne diese Haltung strikt ab, aber das ist eine philosophische Diskussion, keine der Physik.
_________________
Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.

Zuletzt bearbeitet von TomS am 15. Aug 2026 15:17, insgesamt einmal bearbeitet

Yoshi2000
Gast

Yoshi2000 Verfasst am: 15. Aug 2026 11:30 Titel: Re: Die "Natur" des Photons

TechnikFan hat Folgendes geschrieben:

Meine Frage:
Die Frage nach den grundlegenden Eigenschaften, d.h. nach der "Natur" des Photons beschäftigt mich seit dem Beitritt in dieses Forum.
Ich habe dieses Problem mit meinem Beitrag

mal wieder angesprochen und folge hier dem Vorschlag von Jakito ( 14909 ) einen neuen, eigenen Thread dazu zu eröffnen.

Meine Ideen:
a) Der Kern des Photons muss die Teilcheneigenschaft repräsentieren. So lassen sich lokale Detektor-Ereignisse erklären.
b) Die elektromagnetische Welle muss eine Form haben, die über einen viele Lichtjahre langen Weg erhalten bleibt.
c) Die elektromagnetische Welle muss mit genügendem Abstand nach einer Lochblende oder einem Doppelspalt wieder die Form gemäß der Forderung b) haben.
d) Die Wellenlänge muss natürlich erhalten bleiben (eine Forderung, die trivialerweise von allen mir bekannten Theorien eingehalten wird)

Welches Ziel verfolgst du denn?
Wir können nur indirekt Informationen über ein Photon gewinnen, nämlich durch seine Beeinflussung der Umwelt an die es koppelt.
Nach dem gegenwärtigen Stand der Physik gibt es in der Raumzeit ein omnipräsentes Quantenfeld, das Photonenfeld. Das was wir als Photon bezeichnen, sind elementare Anregungen dieses Feldes. Wenn man das mathematisch ausformuliert und die ganzen Stolpersteine löst (bspw Renormierung), kommt man zu einer Theorie, die Messergebnisse korrekt vorhersagt, nämlich der Quantenelektrodynamik, wobei der Name bereits andeutet, dass das Elektron und das Photon immer zusammen gedacht werden müssen.

Was verstehst du unter einer elektromagnetischen Welle? Wenn du damit EM Welle nach Maxwell meinst, dann reicht das nicht, weil du dort klassische Felder betrachtest. Außerdem stellt das Quantenpendant der klassischen elektromagnetischen Welle keinen Ein-Photonenzustand dar, sondern einen kohärenten Zustand, d.h. eine Überlagerung von Photonenzuständen unterschiedlicher Photonenzahl. Das sichtbare Licht zum Beispiel hat demnach keine definierte Anzahl an Photonen. Da spielt eine Phasen-Teilchenzahl-Unschärfe eine Rolle.

Wovon man sicher aber komplett befreien sollte, ist der Welle-Teilchen-Dualismus. Das ist ein historisches Artefakt zu einer Zeit als die Physik von der Klassik noch dominiert war und man versuchte die Konzepte der klassischen Physik irgendwie zu retten.
Es ist leider im Bildungssystem noch sehr präsent, trägt aber zu keinem besseren Verständnis bei und führt nur zur Verwirrung.

Auch sollte man im Hinterkopf haben, dass in der Physik der Begriff Teilchen leider doppelt belegt ist. Im Alltagsgebrauch versteht man unter Teilchen ein klassisches Teilchen, also ein kleines Kügelchen mit klar definiertem Ort und Impuls.
Wenn man in der Physik von dem Photon als Teilchen spricht ist das damit nicht gemeint, sondern eben Elementaranregungen der zugrundeliegenden Felder. Mathematisch wendet man einen Erzeugunsoperator auf den Vakuumzustand an und erzeugt damit ein Teilchen. So redet man jedenfalls in der Physik darüber.

Ich glaube aber keiner kann dir eine befriedigende Antwort auf die Frage der Natur des Photons geben, die kein abstraktes mathematisches Modell ist. Jegliche Anschauung versagt hier einfach.

MBastieK

Anmeldungsdatum: 06.10.2012
Beiträge: 1497
Wohnort: Berlin-Wedding

MBastieK Verfasst am: 15. Aug 2026 11:34 Titel: Re: Die "Natur" des Photons

TomS hat Folgendes geschrieben:

Die Natur des Photons an sich werden wir nur zweifelsfrei erkennen können, da wir nur indirekten Zugang haben, durch das Experiment, also durch Messergebnisse (Detektorsignale), und durch die Mathematik.

Soll das wirklich ein 'nur' sein anstatt ein 'nie'?
_________________
Ohne Rekursion ist Bewusstsein oder Kognition nur rudimentär.

TechnikFan

Anmeldungsdatum: 05.11.2024
Beiträge: 278

TechnikFan Verfasst am: 15. Aug 2026 13:36 Titel:

Zunächst einmal Danke für Euer Feedback. Um Missverständnisse zu vermeiden: mit "elektromagnetische Welle" meine ich "elektromagnetisches Wellenpaket". Ich habe meine Fragestellung entsprechend editiert. An meiner inhaltlichen Antwort auf Euer Feedback arbeite ich noch.

TomS
Moderator

Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 21593

TomS Verfasst am: 15. Aug 2026 15:18 Titel: Re: Die "Natur" des Photons

MBastieK hat Folgendes geschrieben:

TomS hat Folgendes geschrieben:

Soll das wirklich ein 'nur' sein anstatt ein 'nie'?

Nein, war ein schlimmer Typo, danke für's aufmerksame lesen!!
_________________
Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.

TomS
Moderator

Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 21593

TomS Verfasst am: 15. Aug 2026 15:20 Titel:

Die Antwort von Yoshi2000 ist sehr gut und wichtig. _________________ Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.

TechnikFan

Anmeldungsdatum: 05.11.2024
Beiträge: 278

TechnikFan Verfasst am: 15. Aug 2026 15:27 Titel:

Jakito hat Folgendes geschrieben:

TechnikFan hat Folgendes geschrieben:

d) Die Wellenlänge muss natürlich erhalten bleiben (eine Forderung, die trivialerweise von allen mir bekannten Theorien eingehalten wird)

Genau, das wäre schon besser. Wie gesagt, eine quasi-monochromatic Beschreibung wäre schon wichtig, weil es sonst schwierig wird.

Der Begriff "quasi monochromatisch" deutet schon auf ein Problem hin, welches ich seit einiger Zeit habe.
Eine genaue Frequenz erhalt ich nur, wenn ich sehr viele Wellenlängen in einem Paket habe - genau genommen nur bei unendlich vielen Wellen. Bei der Fouriertransformation vom Zeit- in den Frequenzbereich habe ich als Ingenieur für Nachrichtentechnik gelernt, dass eine zeitliche Begrenzung eines Sinus-Signals aus der scharf definierten Frequenz ein verteiltes oder verschmiertes Frequenzspektrum macht. Ich vermute, dass dies bei einer Transformation einer endlich langen Welle ähnlich ist; aus einer langen Welle mit scharf definierten Frequenz wird ein Wellenpaket mit mehreren Frequenzanteilen. Zwischenfrage: Wie geht die QFT mit diesem Problem um?

TomS hat Folgendes geschrieben:

Das ist eine Idee, die von keiner etablierten Theorie gestützt wird.

Zwischenfrage: Gibt es eine etablierte Theorie, bei der Realität, Kausalität und Lokalität gewährleistet ist?

Yoshi2000 hat Folgendes geschrieben:

Welches Ziel verfolgst du denn?

Die triviale Antwort ist natürlich: Ich möchte die Quantentheorie besser verstehen - auch wenn mir Feynman wahrscheinlich davon abraten würde ;-)

Yoshi2000 hat Folgendes geschrieben:

Nach dem gegenwärtigen Stand der Physik gibt es in der Raumzeit ein omnipräsentes Quantenfeld, das Photonenfeld.

Gibt es einen experimentellen Beweis für die Existenz diese Photonenfeldes? Oder ist dieses Feld genauso "abstrakt" wie die Wellenfunktion eines Quantenobjekts?

TomS
Moderator

Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 21593

TomS Verfasst am: 15. Aug 2026 18:21 Titel:

TechnikFan hat Folgendes geschrieben:

Genau andersrum: eine exakte Frequenz und Wellenlänge hast du nur bei einer Frequenz, also einer ebene Welle.

TechnikFan hat Folgendes geschrieben:

Zwischenfrage: Wie geht die QFT mit diesem Problem um?

In der Elementarteilchenphysik wird das letztlich ignoriert, man betrachtet ebene Wellen. In der Quantenoptik konstruiert man das quantenmechanische Pendant, z.B. kohärente Zustände. Damit wird auch der Begriff "Photon" präzisiert:ein Photon ist letztlich immer gerade das, was dem elementaren Anregungszustand des el.-mag. Quantenfeldes entspricht, den man in einem gewissen Kontext betrachet. Es gibt also nicht "das Photon", es handelt sich um einen Sammelbegriff wie "das Getränk", was Kaffee, Mineralwasser oder Single Malt Whisky umfassen kann.

TechnikFan hat Folgendes geschrieben:

Zwischenfrage: Gibt es eine etablierte Theorie, bei der Realität, Kausalität und Lokalität gewährleistet ist?

Dazu müssen wir sehr genau diskutieren, wie genau wir die drei Begriffen definieren; das ist keine einfache Zwischenfrage.

TechnikFan hat Folgendes geschrieben:

Gibt es einen experimentellen Beweis für die Existenz diese Photonenfeldes? Oder ist dieses Feld genauso "abstrakt" wie die Wellenfunktion eines Quantenobjekts?

Die Existenz derartiger Felder wird indirekt dadurch bestätigt, dass man mit ihrer Hilfe zu korrekten Aussagen gelangt.

Man muss sie aber nicht zwingend als real ansehen, wenn man sich leichter damit tut, den gesamten Formalismus als Rechenwerkzeug ohne Realitätsbezug zu sehen, ist das auch in Ordnung.

Jakito

Anmeldungsdatum: 30.05.2024
Beiträge: 205

Jakito Verfasst am: 15. Aug 2026 22:01 Titel:

TomS hat Folgendes geschrieben:

Genau andersrum: eine exakte Frequenz und Wellenlänge hast du nur bei einer Frequenz, also einer ebene Welle.

Ich verstehe ja schon, dass Du mir nicht uneingeschränkt zustimmen willst, wenn ich schreibe:

Jakito hat Folgendes geschrieben:

The best way to visualize a single photon for that case is as a solution to the time-harmonic Maxwell equations for the given frequency (i.e. energy) of the photon.

Aber "nur bei einer Frequenz, also einer ebene Welle" ist einfach falsch, im Gegensatz zu "solution to the time-harmonic Maxwell equations for the given frequency".

TechnikFan hat Folgendes geschrieben:

Eine genaue Frequenz erhalt ich nur, wenn ich sehr viele Wellenlängen in einem Paket habe - genau genommen nur bei unendlich vielen Wellen.

Nicht "unendlich vielen Wellen", sondern "unendlich vielen Wellenlängen".

Zitat:

Ich vermute, dass dies bei einer Transformation einer endlich langen Welle ähnlich ist; aus einer langen Welle mit scharf definierten Frequenz wird ein Wellenpaket mit mehreren Frequenzanteilen.

Es ist eher umgekehrt: zuerst existiert die Linienbreite des Lasers (oder allgemeiner der Quelle), und daraus ergibt sich die Kohärenzlänge des Lichts. Die ist meist viele Wellenlängen lang (>30, selbst bei den Linien einer Quecksilberdampflampe), deshalb passt die Modellierung als quasi-monochromatisch meist sehr gut.
Es gibt an dieser Stelle eigentlich kein "echtes Problem", abgesehen davon, dass man meist eine quasi-stationäre mathematische (statistische) Modellierung verwendet, und gar nicht erst versucht, eine "intuitivere" Ortsraumdarstellung der Wellenpackete auszuarbeiten. Ich glaube schon, dass es diese gibt, und man es ausarbeiten könnte. Man braucht es halt in der Praxis nicht.

TomS hat Folgendes geschrieben:

Jakito und ich haben da etwas abweichende Meinungen, aber wir haben sicher eine Schnittmenge, was wir eher ablehnen.

Ich bin halt ein Instrumentalist ("let me calculate and explain") und (Festkörperphysik-)Praktiker, wohingegen TomS eher aus der Hochenergie-Teilchenphysik kommt, und nach mehr als nur "instrumentalistischem Verständnis" strebt.

Yoshi2000
Gast

Yoshi2000 Verfasst am: 15. Aug 2026 22:27 Titel:

TechnikFan hat Folgendes geschrieben:

Yoshi2000 hat Folgendes geschrieben:

Welches Ziel verfolgst du denn?

Die triviale Antwort ist natürlich: Ich möchte die Quantentheorie besser verstehen - auch wenn mir Feynman wahrscheinlich davon abraten würde ;-)

Dann führt kein Weg daran vorbei sich mit dem mathematischen Formalismus zu befassen.
Bevor du dich aber mit dem Photon befasst, was erst in der Quantenelektrodynamik behandelt werden kann, solltest du sattelfest in der Quantenmechanik und der klassischen Elektrodynamik sein. Beide Theorien enthalten keine Photonen, bilden aber die Grundlage.
Du kannst mit der Quantenmechanik den Photoeffekt beschreiben, was bedeutet, dass entgegen anderer Verlautbarungen, Photonen zur Erklärung gar nicht notwendig sind.
Ein bisschen Relativitätstheorie sollte man auch können, da die QED eine lorentzinvariante Theorie ist.

Zitat:

Yoshi2000 hat Folgendes geschrieben:

Nach dem gegenwärtigen Stand der Physik gibt es in der Raumzeit ein omnipräsentes Quantenfeld, das Photonenfeld.

Gibt es einen experimentellen Beweis für die Existenz diese Photonenfeldes? Oder ist dieses Feld genauso "abstrakt" wie die Wellenfunktion eines Quantenobjekts?

Das Quantenfeld ist der Next step zur Wellenfunktion. Die Wellenfunktion kann man auch als klassisches Feld auffassen. Sie sind die Quantisierungen klassischer Felder wie die Wellenfunktion eines Elektrons oder das Maxwellfeld.
Nachweisen lassen sie sich nur indirekt über ihre Wechselwirkung mit der Umgebung
Letztlich nimmt man irgendwelche Objekte an und versucht damit Messungen vorherzusagen. Gelingt dies und sagt dadurch auch noch Dinge vorher, die man vorher nicht kannte und später nachgewiesen wurden, gewinnt man vertrauen in die Theorie und ihre Objekte. Ab diesem Zeitpunkt fängt man an über die Realität der Objekte zu philosophieren.

Es ist völlig offensichtlich und natürlich, dass die Strukturen der Raumzeit nur über ihre Kopplungen uns in Erscheinung treten können. Denn das ist die einzige Möglichkeit wie wir und unsere Messgeräte beeinflusst werden. Alles jenseits der Wirkung der Kopplungen kann nur geraten werden. Theoretisch könnte es ein Quantenfeld geben, das mit keinem Quantenfeld aus denen wir entstehen, koppelt. Über die Existenz dieses Quantenfeldes könnten wir nie etwas erfahren.

Ich fasse abschließend mal ohne Mathemarik zusammen was die Grundidee des heutigen physikalischen Weltbildes nach dem Standardmodell ist, weil das oft nicht so klar kommuniziert wird.

Für jede Teilchenart gibt es ein omnipräsentes Quantenfeld.
Für das Elektron das Elektronenfeld, für das Photon das Photonenfeld, für das up-quark das Up-quark Feld usw.
Die eigentlichen Teilchen sind die Elementaranregungen dieser Felder
Wichtig! Bei zwei Elektronen hat man nicht zwei Elektronenfelder, sondern nur ein einziges Elektronenfeld, das zwei Anregungen hat.
Für die Antiteilchen gibt es keine weiteren Quantenfelder, sondern sie gehören zum selben Feld wie die Teilchen.
Das Positron ist eine andere Art der elementaren Anregung des Elektronenfeldes.

Diese Felder haben einen niedrigsten energetischen Zustand, den Vakuumzustand.
Das Photonenfeld ist auch da, wenn du 0 Photonen hast. Es befindet sich dann nur in seinem Vakuumzustand.

Verschiedene Quantenfelder können miteinander koppeln (mathematisch äußert sich das in produkttermen). Die Stärke der Kopplung wird beschrieben durch Kopplungskonstanten.
Die Kopplungskonstante zwischen Elektronen- und Photonenfeld ist die Elementarladung e (oder besser die Feinstrukturkonstante alpha.).diese Kopplung entspricht der elektromagnetischen Wechselwirkung.

Es gibt grundsätzlich zwei Arten von Feldern. Die Fermionischen und die bosonischen Felder. Das hängt damit zusammen welche Quantisierungsregeln man anlegt.
Fermionische Felder haben halbzahligen Spin und bosonische Felder ganzzahligen Spin.
Elektronen bspw haben Spin 1/2 und das Elektronenfeld ist ein Diracspinorfeld.
Photonen haben Spin 1 und sind Vektorbosonen.
Das fiktive Graviton hätte Spin 2 und wäre ein Tensorboson.

TomS
Moderator

Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 21593

TomS Verfasst am: 16. Aug 2026 08:19 Titel:

Jakito hat Folgendes geschrieben:

TomS hat Folgendes geschrieben:

Genau andersrum: eine exakte Frequenz und Wellenlänge hast du nur bei einer Frequenz, also einer ebene Welle.

Ich verstehe ja schon, dass Du mir nicht uneingeschränkt zustimmen willst, wenn ich schreibe:

Jakito hat Folgendes geschrieben:

The best way to visualize a single photon for that case is as a solution to the time-harmonic Maxwell equations for the given frequency (i.e. energy) of the photon.

Aber "nur bei einer Frequenz, also einer ebene Welle" ist einfach falsch, im Gegensatz zu "solution to the time-harmonic Maxwell equations for the given frequency".

Ich verstehe dein Problem nicht.

Es ging um

TomS hat Folgendes geschrieben:

TechnikFan hat Folgendes geschrieben:

Das hat noch gar nichts mit Photonen zu tun, sondern mit dem üblichen Begriff von monochromatischem Licht.

https://en.wikipedia.org/wiki/Monochromatic_radiation

In physics, monochromatic radiation is radiation with a single constant frequency or wavelength. For electromagnetic radiation, when that frequency is part of the visible spectrum (or near it) the term monochromatic light is often used.
_________________
Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.

Telefonmann

Anmeldungsdatum: 05.10.2011
Beiträge: 496

Telefonmann Verfasst am: 16. Aug 2026 11:14 Titel:

@Technikfan: Ganz allgemein sollte man als Technikfan eventuell wissen, dass man die maxwellschen Gleichungen auf zwei recht grundlegend verschiedene Weisen interpretieren kann: a) Eine Gleichung für das klassische elektromagnetische Feld b) Als Gleichung zur Beschreibung eines Quantenobjektes (Photon) Aus beiden Sichtweisen lassen sich sehr umfangreiche Theorien mit unterschiedlichen Gültigkeitsgrenzen entwickeln _________________ Freundliche Grüße, T.

Jakito

Anmeldungsdatum: 30.05.2024
Beiträge: 205

Jakito Verfasst am: 16. Aug 2026 12:21 Titel:

TomS hat Folgendes geschrieben:

Ich verstehe dein Problem nicht.
…
Das hat noch gar nichts mit Photonen zu tun, sondern mit dem üblichen Begriff von monochromatischem Licht.

Genau das meine ich mit „ist einfach falsch“: Es hat gar nichts mit Photonen, oder unseren etwas abweichenden Meinungen zu tun.
„ebene Welle“ folgt noch nicht allein aus „exakte Frequenz und Wellenlänge“.

Wenn Du in meiner Antwort etwas weiter liest, siehst Du aber, dass Du selbst aufgrund eines reinen Tippfehler von TechnikFan erst dazu kamst, diesen Absatz zu schreiben. Es macht also schon Sinn, erstmal einfache Fehler richtigzustellen, bevor wir in die umstritteneren Themen abtauchen.

Außerdem hatte ich noch klargestellt, dass man sich wegen der Modellierung der Quelle auf quasi-monochromatisches Licht (bzw. eine inkohärente Summe solcher Linien) fokusiert. Hier ein echtes Spektrum einer Quecksilberdampflampe, damit ihr besser sehen könnt, welche Art von Bild mir innerlich vorschwebt.

Es geht mir also explizit nicht um die formalen Therme, die in der QED auftauchen, und die als ebene Wellen mit gegebener Energie und k-Vektor interpretiert werden können.

TechnikFan

Anmeldungsdatum: 05.11.2024
Beiträge: 278

TechnikFan Verfasst am: 16. Aug 2026 15:18 Titel:

Zunächst möchte ich mich entschuldigen, dass ich durch meine (mal wieder) unpräzise Wortwahl, für einige Missverständnisse gesorgt habe. In meinen Ausführungen zur Fourier-Transformation wollte ich den Unterschied zwischen einer unendlich langen Welle (nach Maxwell) und einem Wellenpaket (Photon) adressieren und dem Problem, das ich habe. Jakito, der wie ich von dem Stand am Ende des Threads https://www.physikerboard.de/ptopic,414904.html#414904 ausging, konnte sich etwas schneller in mein Problem hinein versetzen. Es geht um das Photon, das wegen der Längenbegrenzung und damit verbundenen Zeitbegrenzung eigentlich nicht scharf einer einzelnen Frequenz zugeordnet werden kann. Die Energie ist mit h * aber eigentlich exakt, oder? Bevor ich meine nächste Frage zum Photon in der QFT formuliere, konsultiere ich aber erstmal die KI (und beanspruche da nur die noch kostenlose Rechenzeit von Google ;-) Danke für Eure Hilfe bis hierher.

Telefonmann

Anmeldungsdatum: 05.10.2011
Beiträge: 496

Telefonmann Verfasst am: 16. Aug 2026 17:08 Titel:

TechnikFan hat Folgendes geschrieben:

Es geht um das Photon, das wegen der Längenbegrenzung und damit verbundenen Zeitbegrenzung eigentlich nicht scharf einer einzelnen Frequenz zugeordnet werden kann. Die Energie ist mit h *

aber eigentlich exakt, oder?

In der QFT ist die Einteilchenwellenfunktion eines wechselwirkungsfreien Photons in der Ortsdarstellung eine Lösung der maxwellschen Gleichungen und damit auch eine maximal delokalisierte Wellenfunktion mit exakter Energie und exaktem Impuls, also etwas proportional zu

_________________
Freundliche Grüße, T.

Jakito

Anmeldungsdatum: 30.05.2024
Beiträge: 205

Jakito Verfasst am: 16. Aug 2026 17:50 Titel:

TechnikFan hat Folgendes geschrieben:

Es geht um das Photon, das wegen der Längenbegrenzung und damit verbundenen Zeitbegrenzung eigentlich nicht scharf einer einzelnen Frequenz zugeordnet werden kann. Die Energie ist mit h *

aber eigentlich exakt, oder?

Im „schwierigen“ Teil der QFT Rechnung ja. Aber konzeptionell kommst Du ja in Teufelsküche, wenn Du nur den rechentechnisch „schwierigsten“ Teil einer Rechnung betrachtest.

Die Linien im Spektrum einer Quecksilberdampflampe (z.B.) kommen ja durch Übergänge zwischen verschiedenen Anregungszuständen der Quecksilber-Moleküle im Gas zustande. Und diese Anregungszustände haben eine endliche Lebensdauer, wodurch die Linien dann breit werden. Konzeptionell entsteht also sehr wohl ein Wellenpacket, selbst wenn dies bei der QFT Rechnung kaum vorkommt.

Die Lebensdauern der angeregten Zustände selbst zu berechnen ist zwar ebenfalls rechentechnisch „schwierig“, aber zu diesem Zeitpunkt der Rechnung tauchen noch gar keine Wellenpackete auf.

Yoshi2000
Gast

Yoshi2000 Verfasst am: 16. Aug 2026 18:17 Titel:

TechnikFan hat Folgendes geschrieben:

Zunächst möchte ich mich entschuldigen, dass ich durch meine (mal wieder) unpräzise Wortwahl, für einige Missverständnisse gesorgt habe.

Dafür muss man sich nicht entschuldigen. Die Entwicklung einer präzisen Begriffsbildung ist Teil des Lernprozesses.

Zitat:

In meinen Ausführungen zur Fourier-Transformation wollte ich den Unterschied zwischen einer unendlich langen Welle (nach Maxwell) und einem Wellenpaket (Photon) adressieren und dem Problem, das ich habe.
Jakito, der wie ich von dem Stand am Ende des Threads ausging, konnte sich etwas schneller in mein Problem hinein versetzen.
Es geht um das Photon, das wegen der Längenbegrenzung und damit verbundenen Zeitbegrenzung eigentlich nicht scharf einer einzelnen Frequenz zugeordnet werden kann. Die Energie ist mit h *

aber eigentlich exakt, oder?

Bevor ich meine nächste Frage zum Photon in der QFT formuliere, konsultiere ich aber erstmal die KI (und beanspruche da nur die noch kostenlose Rechenzeit von Google ;-)

Danke für Eure Hilfe bis hierher.

Du mischst hier zwei Ebenen. Die Beschreibung als klassisches Feld und die Beschreibung als Quantenfeld.
Die Beschreibung als Quantenfeld ist die fundamentalere Beschreibung und nur da gibt es Photonen.

Sowohl "die unendlich lange Welle" (im Fachjargon ebene Welle genannt) nach Maxwell als auch das Wellenpaket sind klassische Beschreibungen. Das Wellenpaket ergibt sich als Überlagerung ebener Wellen verschiedener Frequenz. Von Photonen ist hier keine Rede.

Um zu verstehen was ein Photon ist, solltest du erst verstehen wie die Quantenmechanik funktioniert, um dann die (kanonische) Feldquantisierung zu verstehen.

Aber kommen wir mal konkret zu deinem Problem
Das was du als unendlich lange Welle nach Maxwell verstehst, sieht in der Sprache der QED so aus

Dabei ist

ein Zustand aus n Photonen der Frequenz omega.
alpha ist ein freier Parameter, der ein Maß für die Amplitude der (klassischen) Welle ist.
Was du hier erkennen solltest ist, dass die klassische unendlich ausgedehnte Welle nicht ein einzelnes Photon repräsentiert, sondern eine Überlagerung von n-Photonenzuständen ist.

Der Erwartungswert des messbaren Elektromagnetischen Feldes eines reinen 1-Photonenzustands wäre 0. Nur eine Konstruktion wie die Obige liefert Erwartungswerte, die den klassischen Feldstärken entsprechen.

Fazit: Auf rein klassischer Beschreibungsebene entsteht dein Problem nicht, weil diese Beschreibungsebene überhaupt nicht von Photonen spricht. Auf Quantenebene basiert dein Problem auf falschen Vorstellungen. z.B klassische EM Welle wird durch 1-Photonenzustand beschrieben, was falsch ist.

Jakito

Anmeldungsdatum: 30.05.2024
Beiträge: 205

Jakito Verfasst am: 16. Aug 2026 18:47 Titel:

Yoshi2000 hat Folgendes geschrieben:

Aber kommen wir mal konkret zu deinem Problem
Das was du als unendlich lange Welle nach Maxwell verstehst, sieht in der Sprache der QED so aus

Dabei ist

Das ist zwar prinzipiell richtig, nur ist für „normale“ Lichtintensitäten alpha so klein, dass die Beiträge für n>1 vernachlässigt werden können. Deshalb macht es schon Sinn, sich ein einzelnes Photon als geeignete Lösung der Maxwell-Gleichungen zu veranschaulichen.

Natürlich könnte man auch noch versuchen sich zu überlegen, was genau es mit alpha oder der Intensität/Normierung der Lösung der Maxwell-Gleichung auf sich hat. Aber TechnikFan hängt aktuell noch an einer ganz anderen Stelle.

Insbesondere hat er ursprünglich versucht, sich ein Photon als eine Art Punktteilchen, oder „endlich ausgedehnte Form“ vorzustellen. Inzwischen scheint er bereit zu sein, sich eventuell von dieser Vorstellung zu verabschieden. Im Vergleich zu diesem Fortschritt ist meine oben begangene Unsauberkeit harmlos.

TomS
Moderator

Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 21593

TomS Verfasst am: 16. Aug 2026 19:29 Titel:

Telefonmann hat Folgendes geschrieben:

TechnikFan hat Folgendes geschrieben:

Es geht um das Photon, das wegen der Längenbegrenzung und damit verbundenen Zeitbegrenzung eigentlich nicht scharf einer einzelnen Frequenz zugeordnet werden kann. Die Energie ist mit h *

aber eigentlich exakt, oder?

Nein!

Ein Photon kann (im mathematischen Sinn) so konstruiert werden, muss aber nicht.

In der QFT ist die Einteilchenwellenfunktion eines wechselwirkungsfreien Photons in der Ortsdarstellung eine beliebige Lösung der maxwellschen Gleichungen. D.h. man muss gerade nicht speziell ebene Wellen verwenden, um 1-Teilchen-Zustände zu konstruieren. Man kann zu jeder beliebigen* Schar von Lösungen 1-Teilchen-Zustände konstruieren, d.h. das, was man mit "Photon" meint, hängt von den gewählten Lösungen der Maxwellschen Gleichungen ab. Ebene Wellen sind üblich für einführende Darstellungen und für die Streutheorie in der QFT, aber man darf auch andere verwenden. In der Quantenoptik betrachtet man gerne kohärente Zustände als 1-Teilchen-Zustände.

* es gibt zwei technische Einschränkungen, die ich hier nicht betrachte
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Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.

TechnikFan

Anmeldungsdatum: 05.11.2024
Beiträge: 278

TechnikFan Verfasst am: 16. Aug 2026 20:02 Titel:

Jakito hat Folgendes geschrieben:

Aber TechnikFan hängt aktuell noch an einer ganz anderen Stelle.

Insbesondere hat er ursprünglich versucht, sich ein Photon als eine Art Punktteilchen, oder „endlich ausgedehnte Form“ vorzustellen. Inzwischen scheint er bereit zu sein, sich eventuell von dieser Vorstellung zu verabschieden. Im Vergleich zu diesem Fortschritt ist meine oben begangene Unsauberkeit harmlos.

Wenn es nur eine Stelle gäbe wäre ich froh ;-)
Zunächst einmal Dank an alle, die versuchen mich auf den richtigen Pfad zu bringen ;-)

Telefonmann hat Folgendes geschrieben:

@Technikfan: Ganz allgemein sollte man als Technikfan eventuell wissen, dass man die maxwellschen Gleichungen auf zwei recht grundlegend verschiedene Weisen interpretieren kann:

a) Eine Gleichung für das klassische elektromagnetische Feld
b) Als Gleichung zur Beschreibung eines Quantenobjektes (Photon)

Aus beiden Sichtweisen lassen sich sehr umfangreiche Theorien mit unterschiedlichen Gültigkeitsgrenzen entwickeln

Ich als Fan der Technik weiß, dass die Maxwell‘schen Gleichungen Differentialgleichungen sind, und dass man als Ingenieur oder Physiker Funktionsgleichungen sucht, welche die von Maxwell gefundenen Zusammenhänge von elektrischem und magnetischem Feld erfüllen müssen.
Für a) habe ich schon einige Funktionsgleichungen mit physikalischen Dimensionen gesehen und auch verstanden.
Für b) habe ich erst wenige gesehen und bisher keine wirklich verstanden.
Der Versuch in
"Solutions of the Maxwell equations and photon wave functions" von Peter J. Mohr
(siehe Gleichung 352)
ist nach meinem Empfinden nicht zufriedenstellend, weil ich da keinen Grund sehe, warum das Photon auf einem Weg von vielen Lichtjahren wegen des huygenschen Prinzips nicht auseinander laufen sollte.
Der Versuch in
- "Einstein’s Photon Concept Quantified by the Bohr Model of the Photon" von Geoffrey Hunter, ([email protected]), Camil Alexandrescu, und Marian Kowalski
sieht zwar vielversprechend aus (weil Soliton) lässt sich aber wahrscheinlich nicht in eine etablierte Quantentheorie einfügen.
In
"Hologram of a Single Photon" von Radosław Chrapkiewicz, Michał Jachura,∗ Konrad Banaszek und Wojciech Wasilewski
bekommt man eine erste Vorstellung von einer Form des Photons, aber auf ein Zeitlupen-Video, das zeigt wie ein Photon auf eine Metallplatte aufschlägt und dabei ein Elektron herauslöst, werde ich wohl noch einige Zeit warten müssen ;-)

Telefonmann hat Folgendes geschrieben:

Ich habe mir von der KI erklären lassen, was "maximal delokalisierte Wellenfunktion". Hier die für mich mal wieder leicht verständliche Antwort von Google:

Google KI hat Folgendes geschrieben:

Eine maximal delokalisierte Wellenfunktion in der Quantenfeldtheorie (QFT) beschreibt einen Zustand, bei dem ein Teilchen einen exakt definierten Impuls besitzt und dadurch über den gesamten Raum gleichmäßig verteilt (delokalisiert) ist. [1]
Aufgrund der Heisenbergschen Unschärferelation ($\Delta x \cdot \Delta p \ge \hbar/2$) führt eine Impulsunschärfe von null ($\Delta p = 0$) zwingend zu einer unendlichen Ortsunschärfe ($\Delta x \rightarrow \infty$).
## Kernkonzepte im Überblick

* Der Impuszustand: Mathematisch wird dieser Zustand durch eine ebene Welle (Plane Wave) mit der Form $\psi(x) \propto e^{ikx}$ dargestellt. Die Aufenthaltswahrscheinlichkeit $\vert{} \psi(x) \vert{}^2$ ist an jedem Punkt im Universum exakt gleich groß.
* Teilchenerzeugung: In der QFT entspricht dies einem Zustand, der durch den Erzeugungsoperator $a^\dagger(\vec{p})$ auf dem Vakuumzustand $\vert{}0\rangle$ definiert ist. Er erzeugt ein Teilchen mit exaktem Impuls $\vec{p}$, das keinen bestimmten Ort besitzt. [2]
* Lokalisierungsproblem: Ein echter, perfekt delokalisierter Zustand ist ein mathematisches Ideal. Er ist im unendlichen Raum nicht normierbar. Physikalische Teilchen werden stattdessen durch Wellenpakete beschrieben. Diese sind eine Überlagerung vieler Impulse und daher leicht lokalisiert. [3, 4]

## Kontrast: Maximale Delokalisation vs. Lokalisierung

| Eigenschaft | Maximal delokalisiert (Impulszustand) | Maximal lokalisiert (Ortszustand) |
|---|---|---|
| Mathematische Form | Ebene Welle ($e^{ikx}$) | Dirac-Delta-Distribution ($\delta(x-x_0)$) |
| Impulsunschärfe ($\Delta p$) | Exakt Null | Unendlich |
| Ortsunschärfe ($\Delta x$) | Unendlich | Exakt Null (In der QFT physikalisch unmöglich) |
| Energie | Exakt definiert | Unendlich |

## Warum perfekte Lokalisierung in der QFT scheitert
Während maximale Delokalisation ein gut nutzbares theoretisches Konstrukt ist (z. B. für Streuprozesse in Feynman-Diagrammen), ist eine perfekte Lokalisierung ($\Delta x = 0$) in der QFT fundamental unmöglich.
Um ein Teilchen an einem exakten Punkt zu konzentrieren, benötigt man unendlich viel Energie. Diese Energie würde laut $E=mc^2$ sofort neue Teilchen-Antiteilchen-Paare aus dem Vakuum erzeugen. Statt eines einzelnen, lokalisierten Teilchens erhält man einen unkontrollierten Teilchenschauer. Die Grenze dieser Lokalisierung wird durch die Compton-Wellenlänge definiert.
Wenn Sie möchten, können wir tiefer in ein bestimmtes Thema einsteigen. Möchten Sie wissen:

* Wie Wellenpakete mathematisch konstruiert werden?
* Was das Newton-Wigner-Lokalisierungsproblem besagt?
* Wie diese Zustände in Streuexperimenten (S-Matrix) genutzt werden?

[1] [https://scilogs.spektrum.de](https://scilogs.spektrum.de/quantenwelt/die-vielen-dimensionen-der-wellenfunktion/)
[2] [https://schneppat.de](https://schneppat.de/unschaerferelation/)
[3] [https://qudev.phys.ethz.ch](https://qudev.phys.ethz.ch/sites/default/files/science/BuchPhysikIV/PhysikIVch9.html)
[4] [https://schneppat.de](https://schneppat.de/unschaerferelation/)

Nach diesen Erklärungen fragte ich mich, warum man in der QFT überhaupt die Fälle "exakter Ort" oder "exakter Impuls" berücksichtigt?
Und dann konnte ich nicht widerstehen die KI noch einmal zu Fragen:

Google KI hat Folgendes geschrieben:

Man nutzt die Extremfälle des exakten Ortes und des exakten Impulses in der Quantenfeldtheorie (QFT) primär aus mathematischen Gründen. Sie dienen als fundamentale Bausteine, um die extrem komplexen Gleichungen der Theorie überhaupt lösbar zu machen. [1]
Hier sind die drei entscheidenden Gründe, warum Physiker mit diesen Idealisierungen arbeiten:
## 1. Sie bilden eine mathematische Basis (Fourier-Transformation)
In der Physik ist es oft unmöglich, ein beliebig geformtes, reales Wellenpaket direkt zu berechnen. Deshalb nutzt man einen mathematischen Trick: Man zerlegt das komplexe Wellenpaket in eine unendliche Summe aus exakten Impulszuständen (ebenen Wellen).

* Das Prinzip: Wenn man weiß, wie sich eine einzelne ebene Welle (exakter Impuls) verhält, kann man durch Superposition (Überlagerung) das Verhalten jedes beliebigen realen Teilchens berechnen.
* Ohne die Zustände mit exaktem Impuls gäbe es keine Fourier-Transformation – das wichtigste Werkzeug der QFT.

## 2. Vereinfachung von Streuprozessen (Feynman-Diagramme)
Wenn Teilchen in einem Teilchenbeschleuniger (wie dem CERN) kollidieren, sind die einlaufenden Teilchen makroskopisch gesehen extrem weit voneinander entfernt, bevor sie aufeinandertreffen.

* Näherung: Auf den atomaren Skalen der QFT wirken die einlaufenden Teilchen in sehr guter Näherung wie freie Teilchen mit einem exakt definierten Impuls.
* Die S-Matrix: Die gesamte Berechnung von Kollisionen (S-Matrix und Feynman-Diagramme) basiert darauf, dass man Zustände mit exaktem Impuls in die Wechselwirkungszone hineinschickt und mit exaktem Impuls wieder herausholt. Das vereinfacht die Integrale dramatisch.

## 3. Der exakte Ort als "Sondierung" (Kausalität und Propagatoren)
Obwohl ein exakter Ort ($\Delta x = 0$) physikalisch unmöglich ist, braucht man das Konzept, um die Wechselwirkung an einem Punkt zu definieren.

* Punktförmige Wechselwirkungen: Die Quantenfeldtheorie geht davon aus, dass Felder lokal miteinander interagieren. Ein Elektron und ein Photon treffen sich exakt an einem raumzeitlichen Punkt (einem "Vertex" im Feynman-Diagramm).
* Der Propagator: Um zu berechnen, wie sich eine Störung im Feld von Punkt A zu Punkt B ausbreitet, nutzt man den sogenannten Propagator (eine Green'sche Funktion). Dieser mathematische Operator berechnet die Wahrscheinlichkeitsamplitude dafür, dass ein am exakten Punkt A erzeugtes Teilchen am exakten Punkt B wieder vernichtet wird.

## Zusammenfassung
Exakter Ort und exakter Impuls verhalten sich in der QFT wie die Ziffern 0 und 1 in der Informatik: Kein reales Computerprogramm besteht nur aus einer Null, aber man benötigt sie als elementare Basis, um komplexe Software zu schreiben.
Wenn Sie tiefer in die Mathematik dahinter blicken möchten, kann ich Ihnen gerne erklären:

* Wie der Feynman-Propagator mathematisch den Transport von Punkt A nach Punkt B beschreibt.
* Warum die LSZ-Reduktionsformel exakte Impulszustände zwingend voraussetzt.
* Wie man in der Praxis den Übergang von idealen Zuständen zu realistischen Wellenpaketen vollzieht.

[1] [https://schneppat.de](https://schneppat.de/mathematische-grundlage-der-quantenfeldtheorie_qft/)

Ok. Dass das Computerbeispiel in der Zusammenfassung etwas hinkt, erkenne ich selber.
Aber ist das, was die KI geantwortet hat, im Wesentlichen richtig?
Und eine vorerst letzte Frage:
Was nervt Euch mehr, unpräzise Fragen von mir oder mein Wunsch KI-Antworten grob zu überprüfen ;-)
Zu guter letzt ein konstruktiver Vorschlag für die Forumregeln:
"Jeder Nutzer darf nur maximal eine KI-Antwort am Tag mit maximal 1000 Zeichen ins Forum stellen."
Der letzte Teil meines Beitrags gehört wohl eher in die Rubrik "Off-Topic"

Telefonmann

Anmeldungsdatum: 05.10.2011
Beiträge: 496

Telefonmann Verfasst am: 16. Aug 2026 21:23 Titel:

TechnikFan hat Folgendes geschrieben:

Der Versuch in
"Solutions of the Maxwell equations and photon wave functions" von Peter J. Mohr
(siehe Gleichung 352)
ist nach meinem Empfinden nicht zufriedenstellend, weil ich da keinen Grund sehe, warum das Photon auf einem Weg von vielen Lichtjahren wegen des huygenschen Prinzips nicht auseinander laufen sollte.

Dann sollte die ebene Welle ja besser passen, weil die nicht weiter auseinanderlaufen kann und schon maximal über den Raum verteilt ist.

Der Fall mit den ebenen Wellen ist natürlich ein mathematisch praktischer Ansatz und damit auch dafür geeignet eine physikalische Diskussion anzuregen. Die verwendeten mathematischen Objekte (ebene Welle, usw.) haben dann eine vergleichsweise einfache physikalische Bedeutung. Im Fall der ebenen Welle ist die Aufenthaltswahrscheinlichkeit (für was auch immer, Photon, etc.) dann überall genau gleich groß. Mag sein, dass so eine Vorstellungen idealisiert erscheint, aber man kann damit trotzdem sehr gut rechnen und hat damit zumindest einen gewissen Einstieg.

(@Tom: Danke für den Hinweis auf den allgemeineren Fall)

Zitat:

Aber ist das, was die KI geantwortet hat, im Wesentlichen richtig?

Grob ja. Vielen Dank für's Teilen dieser KI-Antwort. In dem Fall hat die KI eine Menge Tipparbeit abgenommen, was völlig legitim ist.

Unangenehm wird es für mich genau dann, wenn nicht mehr erkennbar ist, wer der Autor ist, wenn also KI-Antworten als Beiträge eingetragen werden. Da wäre ich dann raus. Solange deine Meinung und dein Wissensstand als Mensch erkennbar bleibt, bleibt es für mich interessant.
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Freundliche Grüße, T.

TomS
Moderator

Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 21593

TomS Verfasst am: 17. Aug 2026 00:34 Titel:

@TechnikFank, die Antwort der Google-KI ist sch...

Zitat:

Es gibt in der QFT keine Wellenfunktion, und das steht so auch nicht in [1]. Es gibt in der QFT auch keine Unschärferelation zwischen x und p, da x und p in der QFT keine Operatoren sind.

Zitat:

Teilchenerzeugung: In der QFT entspricht dies einem Zustand, der durch den Erzeugungsoperator auf dem Vakuumzustand definiert ist. Er erzeugt ein Teilchen mit exaktem Impuls ...

Kannst du jetzt mal mit eigenen Worten erklären, welche Rolle der Erzeugungsoperator in der QFT spielt? Auch das steht so wieder nicht bei [2], dafür findet man dort vieles andere sinnvolle und manches, was besser nie geschrieben worden wäre ...

Den Rest habe ich mir nicht angesehen, mir hat das gereicht.

Also bitte unterlasse soetwas. KI-Beiträge können sinnvoll sein, aber wenn schon die Quellenlage nicht taugt …

Sonnenwind

Anmeldungsdatum: 25.04.2022
Beiträge: 936

Sonnenwind Verfasst am: 17. Aug 2026 12:11 Titel:

Yoshi2000 hat Folgendes geschrieben:

Du kannst mit der Quantenmechanik den Photoeffekt beschreiben, was bedeutet, dass entgegen anderer Verlautbarungen, Photonen zur Erklärung gar nicht notwendig sind.

Das habe ich auch schon mal irgendwo gelesen.

Wenn dem so ist, so ist der Photon-Begriff schwer überbewertet und fast immer unnötig. Notwendig wäre er wohl nur noch für die Verschränkung.
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Das Photon: Eine Geschichte voller Missverständnisse.

TomS
Moderator

Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 21593

TomS Verfasst am: 17. Aug 2026 13:08 Titel:

Yoshi2000 hat Folgendes geschrieben:

Du kannst mit der Quantenmechanik den Photoeffekt beschreiben, was bedeutet, dass entgegen anderer Verlautbarungen, Photonen zur Erklärung gar nicht notwendig sind.

Ja, das sollte mittels zeitabhängiger Störungstheore und Fermi Goldener Regel funktionierten

Sonnenwind hat Folgendes geschrieben:

Das habe ich auch schon mal irgendwo gelesen.

Wenn dem so ist, so ist der Photon-Begriff schwer überbewertet und fast immer unnötig. Notwendig wäre er wohl nur noch für die Verschränkung.

Das mag für den Photoeffekt gelten, alles mögliche andere funktioniert halt nicht.

Der erste Punkt ist, dass man letztlich eine relativistische Theorie benötigt, und die zwingt einen wiederum zu einer Quantenfeldtheorie.

Der zweite Punkt ist, dass Berechnungen wie spontane Emission über ein klassischen Feld und Gleichgewicht mit Absorption und induzierter Emission letztlich ad hoc und inkonsistent sind (so wie es Quatsch ist, in der Newtonschen Mechanik die Fluchtgeschwindigkeit c für Schwarze Löcher zu berechnen; es ist eher Zufall, dass das passt). Also auch wenn man derartiges berechnen kann, ist es konzeptionell unbefriedigend.

Der dritte Punkt ist ein Sammelsurium aus Planck-Spektrum und Compton-Streuung, Lamb-Verschiebung und anomale magnetische Momente, Casimir-Effekt, non-classical light (squeezing, antibunching ...), verschränkte Photon-Paare und alles was man damit machen kann.

Vereinfacht gesagt reicht die semiklassische Näherung (QM für Materie, klassische el.-mag. Strahlung), wenn eine größere Materieansammlung mit Licht wechselwirkt, während man die QED benötigt, wenn einzelne Quantenobjekte untereinander wechselwirken. Der Grund ist einfach, die klassische Elektrodynamik folgt als nullte Ordnung in hquer aus der Quantenelektrodynamik.

Am einfachsten sieht man das am Compton-Effekt: Nutzt man ein klassisches elektromagnetisches Feld, wird das Ergebnis schlicht falsch. Nutzt man Quanten mit Energie hf, dann erhält man die richtige Kinematik (Winkel, Compton-Verschiebung), jedoch ist das natürlich inkonsistent (im obigen Sinne, weil man eben nicht weiß, wieso man jetzt plötzlich Lichtquanten betrachten soll). Außerdem folgt nichts für den differentiellen Streuquerschnitt = Klein-Nishina-Formel, man muss ihn raten*. Wirklich berechnen kann man ihn nicht ohne QED.

* https://s3.cern.ch/inspire-prod-files-7/7adc1776166f02a6a57e7cc7b903977b

Sonnenwind hat Folgendes geschrieben:

Wenn dem so ist, so ist der Photon-Begriff schwer überbewertet und fast immer unnötig.

Der Photon-Begriff bzw. die QED sind genau dann unnötig, wenn man sich für Effekte interessiert, für die man sie nicht benötigt. Das gilt schon seit Newton (weil z.B. keine Astronomie-Software die Newtonschen Gleichungen löst sondern Kepler-Ellipsen plus ggf. Korrekturen zugrundelegt)

377 Ohm

Anmeldungsdatum: 14.05.2024
Beiträge: 95

377 Ohm Verfasst am: 17. Aug 2026 14:20 Titel:

Eher zufällig habe ich bemerkt, dass physikerboard.de doch noch nicht am "software rot" gestorben ist. Schön. @TechnikFan, zur Frage nach der "Natur des Photons" habe ich eine kurze und eine etwas längere Antwort. Die kurze: Photonen gibt es nicht. Jedenfalls nicht in dem Sinne eines Objekts, das sich kontinuierlich durch die Raumzeit bewegt. Weder als Teilchen auf einer Bahn (oder allen möglichen Bahnen), noch als Welle, die sich ausbreitet und plötzlich auf einen Punkt zusammenschnurrt. Auch Wellenpakete helfen nicht weiter. In einem früheren Post hatte ich schon versucht zu erklären, dass "Photon" ein widersprüchlicher Begriff ist, metaphysischer Ballast wie einst im 19. Jahrhundert der Äther. Besonders deutlich zeigt sich das bei den Bell-Experimenten. Die Korrelationen zwischen den Detektoren werden dadurch "erklärt", dass die Photonen in der Quelle mit entgegengesetzter Polarisation erzeugt werden. (Mit einer normalen Glühbirne als Quelle funktionieren die Experimente ja nicht.) Bell hat aber gezeigt, dass man den Photonen auf dem Weg von der Quelle zu den Detektoren keine definierte Polarisation zuschreiben kann. Ich sehe darin einen Widerspruch: hat ein Photon nun Polarisation oder nicht? Andere ignorieren das und halten es für ganz normal, dass die Eigenschaft eines Photons völlig "unbestimmt" sein kann. Für manche ist Quantenelektrodynamik ganz einfach eine Theorie von Elektronen und Photonen. Sie sollte also etwas aussagen über die Natur des Photons. Sie sagt aber überhaupt nichts darüber, wo sich die Energie des Photons befindet. Die ist ganz allgemein "im Quantenfeld", also überall und nirgends. In der Quelle verliert ein Atom ein Quantum Energie, die etwas später von einem Elektron des Detektors wieder aufgenommen wird. Das Wort Photon-Propagator ist irreführend, weil es nur ein metaphysisches Bild ist, dass sich etwas von der "Quelle" zum "Detektor" bewegt. Im Grunde ist es nur eine Korrelationsfunktion, die den Parallelismus der Ströme in "Sender" und "Empfänger" beschreibt. Die "Verschränkung" von Photonen ist nur dem Umstand geschuldet, dass man sie als eigenständige Objekte betrachtet, die Information übertragen. Wenn man nur die Ströme betrachtet, lassen sich die Korrelationen mit ganz gewöhnlicher (klassischer) Statistik beschreiben. Quanteninformation oder Quantenlogik sind überflüssig.

TechnikFan

Anmeldungsdatum: 05.11.2024
Beiträge: 278

TechnikFan Verfasst am: 17. Aug 2026 14:56 Titel:

@ Telefonmann und TomS: Danke für Euer Feedback und insbesondere die klaren Worte zu den KI-Zitaten.

TomS
Moderator

Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 21593

TomS Verfasst am: 17. Aug 2026 15:16 Titel:

377 Ohm hat Folgendes geschrieben:

In einem früheren Post hatte ich schon versucht zu erklären, dass "Photon" ein widersprüchlicher Begriff ist, metaphysischer Ballast wie einst im 19. Jahrhundert der Äther.

Es gibt zwei Unterschiede:
1) Den Äther gibt es nicht, das haben alle verstanden, aber das dem klassischen elektromagnetischen Feld entsprechende Quantenfeld mit seine Zuständen sowie diverse damit verbundene Phänomene gibt es irgendwie.
2) Der Begriff des Photons mag problematisch sein, aber du wirst ihn nicht mehr loswerden; du wirst ihn umdeuten müssen, als Platzhalten stehentlassen o.ä.

377 Ohm hat Folgendes geschrieben:

Besonders deutlich zeigt sich das bei den Bell-Experimenten. Die Korrelationen zwischen den Detektoren werden dadurch "erklärt", dass die Photonen in der Quelle mit entgegengesetzter Polarisation erzeugt werden. (Mit einer normalen Glühbirne als Quelle funktionieren die Experimente ja nicht.) Bell hat aber gezeigt, dass man den Photonen auf dem Weg von der Quelle zu den Detektoren keine definierte Polarisation zuschreiben kann.
Ich sehe darin einen Widerspruch: hat ein Photon nun Polarisation oder nicht? Andere ignorieren das und halten es für ganz normal, dass die Eigenschaft eines Photons völlig "unbestimmt" sein kann.

Das alles macht nur Sinn, wenn man präzise definiert hat, was man mit "Photon" meint. Vieles, aber natürlich nicht alles, löst sich dann dadurch, dass das, was sich mancher unter "Photon" vorstellt, undefiniert war, sinnlos oder widersprüchlich ist, im Widerspruch zum Experiment steht, oder falsch im Sinne der QED ist.

Was dann übrig bleibt, darf man gerne mit "Photon" bezeichnen. Da, wo ich herkomme, war klar, was ein "dressed quark" ist, oder ein "constituent quark" im Gegensatz zum "Stromquark".

377 Ohm hat Folgendes geschrieben:

Für manche ist Quantenelektrodynamik ganz einfach eine Theorie von Elektronen und Photonen. Sie sollte also etwas aussagen über die Natur des Photons. Sie sagt aber überhaupt nichts darüber, wo sich die Energie des Photons befindet.

Keine Ahnung, was du jetzt mit Photon meinst, aber die QED sagt exakt, wo sich welche und wieviel Energie befindet:

wobei die Auswertung der rechte Seite den Wert der Energiedichte epsilon am Ort x ausgehend vom freien Hamiltondichteoperator der QED nach Eichfixierung, ausgedrückt durch elektrische Feldoperatoren E(x) und ausgewertet in einem bestimmten Zustand liefert.

377 Ohm hat Folgendes geschrieben:

Die ist ganz allgemein "im Quantenfeld", also überall und nirgends.

Nein, man kann genau ausrechnen, wo sie ist - siehe oben.

377 Ohm hat Folgendes geschrieben:

Das Wort Photon-Propagator ist irreführend, weil es nur ein metaphysisches Bild ist, dass sich etwas von der "Quelle" zum "Detektor" bewegt.

Nein, das ist es nicht, oder höchstens dann, wenn etwas in die Wellenlinien in den Feynmandiagrammen hineinliest, was nicht drinsteht. "Propagator" ist halt ein Begriff, dessen Bedeutung man mathematisch verstehen muss, so wie "Operator" oder "Geist".

377 Ohm hat Folgendes geschrieben:

Im Grunde ist es nur eine Korrelationsfunktion, die den Parallelismus der Ströme in "Sender" und "Empfänger" beschreibt.

Nee, nicht so ganz.

377 Ohm hat Folgendes geschrieben:

Die "Verschränkung" von Photonen ist nur dem Umstand geschuldet, dass man sie als eigenständige Objekte betrachtet, die Information übertragen. Wenn man nur die Ströme betrachtet, lassen sich die Korrelationen mit ganz gewöhnlicher (klassischer) Statistik beschreiben. Quanteninformation oder Quantenlogik sind überflüssig.

Nein, letzteres ist falsch, man kann sowohl Theoreme beweisen (Bell, CHSH, GHZ ...) als auch auch Experimente entwickeln (CHSH, Aspect, GHZ ...), die zeigen, wo klassisches Denken und Logik explizit falsch wird.

Was du sagst, bestätigt nur meine o.g. Aussagen, der Begriff des Photons mag problematisch sein ... du wirst ihn umdeuten müssen ... das alles macht nur Sinn, wenn man präzise definiert hat, was man mit Photon meint.

Nachdem, man QED verstanden hat, ergibt manches von dem keinen Sinn mehr, anderes ergibt wieder oder neuen Sinn, insgesamt aber anders, als man sich vorher gewünscht hat.
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377 Ohm

Anmeldungsdatum: 14.05.2024
Beiträge: 95

377 Ohm Verfasst am: 17. Aug 2026 18:14 Titel:

TomS hat Folgendes geschrieben:

die QED sagt exakt, wo sich welche und wieviel Energie befindet

Energie, die sich aber nicht einem einzelnen "Photon" (in dem Sinne, wie ihn die meisten Physiker benutzen) zuordnen lässt.

TomS hat Folgendes geschrieben:

Was du sagst, bestätigt nur meine o.g. Aussagen, der Begriff des Photons mag problematisch sein ... du wirst ihn umdeuten müssen ... das alles macht nur Sinn, wenn man präzise definiert hat, was man mit Photon meint.

Natürlich ändert sich damit die Ontologie. Was ist es eigentlich, was die Theorie beschreibt?

TomS hat Folgendes geschrieben:

Nachdem, man QED verstanden hat, ergibt manches von dem keinen Sinn mehr, anderes ergibt wieder oder neuen Sinn, insgesamt aber anders, als man sich vorher gewünscht hat.

Wie wahr. Und unsere Wünsche (oder metaphysischen Vorurteile) unterscheiden sich deutlich.

TomS
Moderator

Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 21593

TomS Verfasst am: 17. Aug 2026 18:45 Titel:

377 Ohm hat Folgendes geschrieben:

TomS hat Folgendes geschrieben:

die QED sagt exakt, wo sich welche und wieviel Energie befindet

Energie, die sich aber nicht einem einzelnen "Photon" (in dem Sinne, wie ihn die meisten Physiker benutzen) zuordnen lässt.

Doch, natürlich. Wenn da ein einzelnes Photon ist, oder auch mehrere Photonen, und wenn der Physiker weiß, was mit Photon im Rahmen der QED gemeint ist, dann natürlich.

377 Ohm hat Folgendes geschrieben:

Was ist es eigentlich, was die Theorie beschreibt?

Daraus wirst Diu verschiedenen Antworten bekommen.-

Wenn du eine Physiker fragst, der wie ich der Meinung ist, die Theorie beschreibe ein möglichst zutreffendes Modell der tatsächlich stattfindenden realen Vorgänge, dann wirst du eine Antwort wie von mir bekommen.

Wenn du Physiker fragst, die der Meinung sind, die Theorie enthielte lediglich Methoden, um Messergebnisse zu berechnen, und sonst nichts, dann ist die Frage an ihn sinnlos.

377 Ohm hat Folgendes geschrieben:

Und unsere Wünsche (oder metaphysischen Vorurteile) unterscheiden sich deutlich.

Erklärt du mir deine?

Und evtl. auch meine, weil du ja auch meine Vorurteile zu kennen scheinst? Hast du ein Problem damit, Vorurteile durch Haltung zu ersetzen, die man dadurch gewinnt, sich mit unterschiedlichen Haltungen auseinanderzusetzen, so dass es eben keine Vorurteile mehr sind?

antaris

Anmeldungsdatum: 12.12.2022
Beiträge: 1413
Wohnort: In einem chaotischen Universum

antaris Verfasst am: 18. Aug 2026 07:59 Titel:

TomS hat Folgendes geschrieben:

377 Ohm hat Folgendes geschrieben:

Was ist es eigentlich, was die Theorie beschreibt?

Gibt es, bis auf diese beiden "Extreme", nicht noch ganz viele "Meinungen" dazwischen? Allein was man schon alles unter "Realismus" verstehen kann, ist doch sehr vielfältig.

Die interessantere Frage wäre für mich deshalb weniger "Realismus oder Instrumentalismus?", sondern welche Bestandteile des Formalismus welche ontologische Last tragen sollen und wodurch genau diese Zuordnung begründet ist.

@377 Ohm
Mich würde auch interessieren, was du als ontisch ansiehst.
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Hinterfrage alles! Warum?
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377 Ohm

Anmeldungsdatum: 14.05.2024
Beiträge: 95

377 Ohm Verfasst am: 18. Aug 2026 11:20 Titel:

antaris hat Folgendes geschrieben:

Die interessantere Frage wäre für mich deshalb weniger "Realismus oder Instrumentalismus?", sondern welche Bestandteile des Formalismus welche ontologische Last tragen sollen und wodurch genau diese Zuordnung begründet ist.

Ich betrachte mich ganz entschieden als Realisten. Was nicht bedeutet, dass ich Photonen oder deren Polarisation als real hinnehmen muss. (Für Maxwell war der Äther real; heute ist es das elektromagnetische Feld, obwohl das ja im Prinzip auch nur ein theoretisches Konstrukt ist, das sich nur manifestiert, wenn "Probeladungen" dort hineingeraten. Realismus ist ein mehrdeutiger Begriff.)

Hat Zeilinger eine genaue Definition von "Photon", die TomS zufriedenstellen würde? Es ist ja nicht so, dass nur die Theorie der Interpretation bedarf, sondern auch die Experimente. Für mich sind nur die Vorgänge in der Quelle und in den Detektoren real: mikroskopische Stromstöße, deren Richtungen korreliert sind. Den Versuch, kausale Verbindungen zwischen diesen Vorgängen herzustellen durch "Objekte", die "Quanteninformation" übertragen, halte ich für einen Irrweg. Wir sollten uns damit begnügen, die Korrelationen zwischen den Stromstößen zu konstatieren, ohne die Theorie mit zusätzlichem widerspruchsbehafteten Inventar zu belasten.

antaris

Anmeldungsdatum: 12.12.2022
Beiträge: 1413
Wohnort: In einem chaotischen Universum

antaris Verfasst am: 18. Aug 2026 13:09 Titel:

377 Ohm hat Folgendes geschrieben:

antaris hat Folgendes geschrieben:

Ich bin ziemlich bei dir. Ich würde mich als Strukturrealist bezeichnen.

Wenn du bei Quelle Q und Detektor D zunächst nur die Vorgänge selbst und ihre Korrelation als ontisch ansiehst, finde ich das vernünftig.

Du würdest dann eher schreiben

,

wobei das ? gerade das bezeichnet, was wir über die ontische Grundlage dieser Korrelation nicht wissen. Du lässt lieber solange das Fragezeichen stehen, bis es belastbar ersetzt werden kann, ohne auszuschließen, dass sich dort tatsächlich eine weiter ableitbare Struktur finden lässt?

377 Ohm hat Folgendes geschrieben:

Wir sollten uns damit begnügen, die Korrelationen zwischen den Stromstößen zu konstatieren, ohne die Theorie mit zusätzlichem widerspruchsbehafteten Inventar zu belasten.

Wobei selbst das natürlich auch Ballast tragen kann, der gerade die Beantwortung/das Ersetzen des ? erschweren oder gar verhindern kann.

Letztlich sind Quelle und Detektor ja auch aus Objekte bestehend, die wir nur zu gern als Teilchen o.ä. bezeichnen, die wir nur zu gern als Teilchen o.ä. bezeichnen, obwohl wir wissen, dass die klassische Vorstellung eines individuellen Teilchenobjekts in der Quantenphysik so nicht allgemein trägt.

Darum würde ich einzelne Objekte weniger als ontisch ansehen, was aber nichts zum Realismus sagt. Ich kann das Objekt, an dem ich mir mein Kopf stoße als genauso real ansehen, wie den Schmerz, den ich danach spüre aber ich muss lange nicht davon ausgehen, dass dies gleichbedeutend mit fundamental ontisch ist.

Ontisch heißt ja zunächst nur „zur Wirklichkeit bzw. zum Seienden gehörend“. Aber nicht alles Reale muss deshalb auch ontologisch fundamental sein – siehe etwa thermodynamische Größen. Wir können thermodynamische Strukturen auf eine zugrunde liegende Mikrostruktur zurückführen, ohne deshalb auf die Effektivbeschreibung „Thermodynamik“ verzichten zu müssen. Temperatur oder Druck können vollkommen reale Eigenschaften sein, obwohl sie nicht ontologisch primitiv sind. Die Mikrostruktur ist in diesem Sinn fundamentaler als die effektive thermodynamische Beschreibung.
Man könnte wohl sagen, dass ein coarse graining der Mikrostruktur zur beschreibenden Effektivtheorie führt aber was sagen die Wassermoleküle dazu? Würden diese unsere Effektivbeschreibung ihrer Welt teilen?
Die Natur muss unsere, durch die Epistemik begrenzten Effektivbeschreibung nicht "kennen", damit sie hervorragend funktioniert.

Wo ziehst du dann die Grenze dessen, was du ontisch ansetzt? Bei den empirisch zugänglichen Vorgängen in Quelle und Detektor? Oder würdest du auch eine nicht unmittelbar beobachtbare Struktur als ontisch akzeptieren, wenn sich irgendwann zeigen ließe, dass sie die Korrelation zwischen Q und D tatsächlich begründet und sich bis dahin mit dem ? begnügt (bzw. das ? erforscht)?
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Hinterfrage alles! Warum?
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TechnikFan

Anmeldungsdatum: 05.11.2024
Beiträge: 278

TechnikFan Verfasst am: 18. Aug 2026 13:52 Titel:

@ 377 Ohm: Ich glaube nicht, dass ich bei der Quantenphysik der richtige Sparringspartner für Dich bin, möchte aber trotzdem Deine Aussagen aus meiner (noch sehr unausgereiften) Sicht kommentieren.

377 Ohm hat Folgendes geschrieben:

@TechnikFan, zur Frage nach der "Natur des Photons" habe ich eine kurze und eine etwas längere Antwort. Die kurze: Photonen gibt es nicht. Jedenfalls nicht in dem Sinne eines Objekts, das sich kontinuierlich durch die Raumzeit bewegt. Weder als Teilchen auf einer Bahn (oder allen möglichen Bahnen), noch als Welle, die sich ausbreitet und plötzlich auf einen Punkt zusammenschnurrt. Auch Wellenpakete helfen nicht weiter.

Ich weiß nicht was Du mit "kontinuierlich" meinst, aber ich gehe von einem Wellenpaket mit Anfang und Ende in Ausbreitungsrichtung sowie quer zur Ausbreitungsrichtung aus, das eine ganze Weile durch das Universum von einem Stern bis zu meinem Auge fliegt, und zusammen mit anderen Photonen von dem Stern in meiner Netzhaut eine physikalische Reaktion auslöst und so eine Nervenzelle reizt.
Eine "Welle, die sich ausbreitet und plötzlich auf einen Punkt zusammenschnurrt" (also Kugelwelle im Kollaps) schließe ich auch aus.

Mit einem Quasi-Teilchen a la Bohm könnte ich mich abfinden, auch wenn dies nach Ansicht vieler Physiker (TomS u.a.) in etablierten Theorien nicht unterzubringen ist.

Ein Soliton gemäß "Einstein’s Photon Concept Quantified by the Bohr Model of the Photon" von Geoffrey Hunter, Camil Alexandrescu, and Marian Kowalski hört sich für mich vielversprechend an, wobei ich allerdings die wissenschaftliche Qualität dieses Papers nicht beurteilen kann.

377 Ohm hat Folgendes geschrieben:

Ich sehe darin einen Widerspruch: hat ein Photon nun Polarisation oder nicht?

Ich erkläre mir das Phänomen "Polarisation " des Photons wie folgt:

a) Photonen haben Eigenschaften (ich bin mir allerdings nicht sicher, ob der Begriff "beables" von Bell hier passt)

b) Wenn Photonen auf Polarisation getestet werden, z.B. mittels Polarisationsfiltern und Detektoren, dann führen diese Eigenschaften zu Testergebnissen (H, V, R oder L)

c) wenn eine Photon z.B. auf V getestet wird und von dem Filter nicht absorbiert wird, dann hat das Photon nach dem Filter die Polarisation V solange bis es im Detektor registriert oder evtl. noch einmal anders manipuliert wird (z.B. gedreht)

d) wenn ein verschränktes Photon erzeugt wird, dann hat das Photon eine Eigenschaft, die nicht nur wie bei b) aussieht, sondern darüber hinaus etwas (Hidden Variable), was zu bestimmen Korrelationen mit anderen Photonen führt.
Hinweis: Bell u.a., sowie die Experimente dazu, haben bisher nur eine bestimmte Klasse von HV's widerlegt.

377 Ohm hat Folgendes geschrieben:

Andere ignorieren das und halten es für ganz normal, dass die Eigenschaft eines Photons völlig "unbestimmt" sein kann.

Mir geht das quer runter, und mich tröstet, dass auch Einstein "Fernwirkung" nicht mochte.
Wie QED und die QFT's mit dem Problem umgehen, kann ich, der noch nicht einmal in der QM sattelfest bin, nicht kommentieren oder gar beurteilen.
Das sind meine 5 Cent. (Und bitte betrachte das Feedback von TomS, antaris u.a. mit höherer Priorität)

Sonnenwind

Anmeldungsdatum: 25.04.2022
Beiträge: 936

Sonnenwind Verfasst am: 18. Aug 2026 15:06 Titel: Back to the Roots

Ich habe da eine Back-to-the-Roots-Frage. Wenn man eine klassische EM-Welle annimmt (nennen wir sie KlEM-Welle) und ein klassisches Elektron (nennen wir es KlElektron), so sollte doch folgendes passieren: Die KlEM-Welle trifft auf ein ruhendes KlElektron. Das KlElektron wird beschleunigt und sendet dabei Bremsstrahlung aus, die sich linear mit der KlEM-Welle überlagert. Vorher: KlEM-Welle und ruhendes KlElektron. Nachher: KlEM-Welle und bewegtes KlElektron und Bremsstrahlung. Klassisch hätte man folglich Energieerzeugung aus dem Nichts. Das kann aber auch klassisch nicht stimmen. Wo liegt der Fehler? _________________ Das Photon: Eine Geschichte voller Missverständnisse.

377 Ohm

Anmeldungsdatum: 14.05.2024
Beiträge: 95

377 Ohm Verfasst am: 18. Aug 2026 15:47 Titel:

antaris hat Folgendes geschrieben:

Du würdest dann eher schreiben

,
wobei das ? gerade das bezeichnet, was wir über die ontische Grundlage dieser Korrelation nicht wissen. Du lässt lieber solange das Fragezeichen stehen, bis es belastbar ersetzt werden kann, ohne auszuschließen, dass sich dort tatsächlich eine weiter ableitbare Struktur finden lässt?

Braucht eine Korrelation eine ontische Grundlage? Es ist mir schon klar, dass wir einen natürlichen Drang verspüren, Dinge zu erklären. Die Evolution hat uns (wie viele Lebewesen) mit der Fähigkeit ausgestattet, Korrelationen zu entdecken. (Pavlovs Hund wusste, wann es Futter gibt!) Es ist ein klarer Überlebensvorteil. Wir haben auch gelernt, Korrelation von Kausation zu unterscheiden. Kontinuität und Kausalität, dass Dinge nur auf unmittelbar benachbarte Dinge wirken können und dass sich Dinge nur vorwärts in der Zeit entwickeln, gehören zu unserer metaphysischen Grundausstattung.

Ich glaube aber nicht, dass das für die gesamte Physik gelten muss. Im Mikrokosmos gibt es eher Granularität (Atome) statt einem Kontinuum, und Kausalität sehen dort vor allem Leute, die sie unbedingt sehen wollen. Deinen Pfeil mit dem Fragezeichen würde ich durch einen Doppelpfeil ersetzen. Die Entwicklung ist sowohl vom Anfangszustand als auch vom Endzustand abhängig. Wie ist das mit dem "Photon", das einer ungewissen Zukunft entgegen eilt? Von welchem Detektor wird es wohl registriert? Da es nur von einem registriert werden kann, war ich ein Anhänger der Transactional Interpretation, die zu jeder vorwärts laufenden Welle eine zeitlich rückwärts laufende Welle vorsieht. Diese Wellen halte ich aber nicht für real, sondern nur für mathematische Ausdrücke, mit denen wir die Wahrscheinlichkeiten dieser Vorgänge berechnen können.

antaris hat Folgendes geschrieben:

Letztlich sind Quelle und Detektor ja auch aus Objekte bestehend, die wir nur zu gern als Teilchen o.ä. bezeichnen, die wir nur zu gern als Teilchen o.ä. bezeichnen, obwohl wir wissen, dass die klassische Vorstellung eines individuellen Teilchenobjekts in der Quantenphysik so nicht allgemein trägt. Darum würde ich einzelne Objekte weniger als ontisch ansehen, was aber nichts zum Realismus sagt.

Richtig. Wenn man das zuende denkt, landet man bei der "flash"-Ontologie a la GRW. "Objekte" sind dann emergente Muster von mikroskopischen Ereignissen.

antaris hat Folgendes geschrieben:

Wo ziehst du dann die Grenze dessen, was du ontisch ansetzt? Bei den empirisch zugänglichen Vorgängen in Quelle und Detektor? Oder würdest du auch eine nicht unmittelbar beobachtbare Struktur als ontisch akzeptieren, wenn sich irgendwann zeigen ließe, dass sie die Korrelation zwischen Q und D tatsächlich begründet und sich bis dahin mit dem ? begnügt (bzw. das ? erforscht)?

Was heißt "empirisch zugänglich"? Ich glaube an Atome, auch wenn ich noch keins gesehen habe. smile

Bei der Entwicklung von Theorien stellt sich manchmal etwas vom Mobiliar als entbehrlich heraus: Phlogiston, Caloric, Äther, ... Für mich ist real, was zur Minimalausstattung unserer besten Theorien gehört, und natürlich das, was sich als daraus emergent herausstellt.

377 Ohm

Anmeldungsdatum: 14.05.2024
Beiträge: 95

377 Ohm Verfasst am: 18. Aug 2026 18:10 Titel:

TechnikFan hat Folgendes geschrieben:

Das ist ein durch und durch klassisches Bild, und statt von Photonen könntest Du einfach von Strahlung sprechen. In der klassischen Physik ist Strahlung ein kontinuierlicher Prozess: ohne Pause wird gleichmäßig Energie abgestrahlt. Und ein klassischer Physiker kann sich eine Quelle von grünem Licht mit beliebig kleiner Leistung vorstellen, etwa 1 pW. In einem Kilometer Entfernung würde er dann etwa 10^-19 W/m^2 erwarten, und bei einer Detektorfläche von 100 cm^2 eine kontinuierliche Leistung von 10^-21 W . Der Detektor registriert dann aber keine kontinuierliche Leistung, weil die Strahlung nur in Portionen von 3,6×10^-19 Ws ankommt. Nur im Mittel alle 360 Sekunden macht der Detektor mal Klick.

Sterne strahlen natürlich viel mehr Energie ab, und das Licht nehmen wir als gleichmäßig war, obwohl es im Prinzip in unzähligen winzigen Portionen ankommt. Die 1 pW Quelle liefert etwa 2,8 Millionen Quanten pro Sekunde. Aber wie diese Quanten genau aussehen, können wir nicht sagen. Wir können nur konstatieren, dass ein Detektor eine gewisse Menge Energie aufgenommen hat, oder in einem Film eine bestimmte Stelle geschwärzt wurde.

TechnikFan hat Folgendes geschrieben:

Ich erkläre mir das Phänomen "Polarisation " des Photons wie folgt:

a) Photonen haben Eigenschaften (ich bin mir allerdings nicht sicher, ob der Begriff "beables" von Bell hier passt)
b) Wenn Photonen auf Polarisation getestet werden, z.B. mittels Polarisationsfiltern und Detektoren, dann führen diese Eigenschaften zu Testergebnissen (H, V, R oder L)
c) wenn eine Photon z.B. auf V getestet wird und von dem Filter nicht absorbiert wird, dann hat das Photon nach dem Filter die Polarisation V solange bis es im Detektor registriert oder evtl. noch einmal anders manipuliert wird (z.B. gedreht)
d) wenn ein verschränktes Photon erzeugt wird, dann hat das Photon eine Eigenschaft, die nicht nur wie bei b) aussieht, sondern darüber hinaus etwas (Hidden Variable), was zu bestimmen Korrelationen mit anderen Photonen führt.

Die klassische Physik wurde durch die Quantenmechanik ja nicht völlig entwertet. Die klassische Physik ist viel einfacher anzuwenden, und wenn man es mit sehr vielen Quanten zu tun hat auch völlig ausreichend. Polarisation bedeutet Korrelation

der elektrischen Feldkomponenten (bei einer Welle die in z-Richtung läuft). Das ist auch beim "Photon" so: eine Tendenz, Ströme in x- oder y-Richtung auszulösen. Wenn man unter 45° polarisiertes Licht auf ein vertikal orientiertes Filter schickt, kommt nur die Hälfte des Lichts durch. Klassisch ist das ganz einfach zu verstehen. Aber quantenmechanisch kommt das Licht ja nur "stotternd" an, und nur etwa jedes zweite Photon kommt durch. Genauer gesagt, 100 ankommende Photonen werden verschluckt, und 50 mit vertikaler Polarisation neu erzeugt. Da ist Zufall im Spiel!

Es wird oft gesagt, die Polarisation werde "gemessen". Wenn bei einer Filterstellung von 60° der Detektor anspricht, hätte das Photon auch (mit etwas geringerer Wahrscheinlichkeit) unter 50° oder 30° polarisiert sein können. Wir können dem Photon nur dann eine bestimmte Polarisation zuschreiben, wenn wir wissen, aus welcher Quelle es kommt. Polarisation ist eine statistische Eigenschaft, die wir nur für eine große Zahl gleichartiger Quanten ermitteln können.

TechnikFan hat Folgendes geschrieben:

Mir geht das quer runter, und mich tröstet, dass auch Einstein "Fernwirkung" nicht mochte.

Fernwirkung widerspricht unserer Intuition. Aber der Mikrokosmos ist auf ganz erstaunliche Weise geordnet. Die Natur führt extrem genau Buch. Die aus der Quelle stammende Energie eines Quants kann nur an einer Stelle des photographischen Films absorbiert werden. Wie das mit einer Buchführung klappen soll, die immer nur ein Atom des Films "im Blick" hat, kann ich mir nicht vorstellen. Für mich ist Quantentheorie nicht-lokal.

antaris

Anmeldungsdatum: 12.12.2022
Beiträge: 1413
Wohnort: In einem chaotischen Universum

antaris Verfasst am: 18. Aug 2026 18:19 Titel:

377 Ohm hat Folgendes geschrieben:

antaris hat Folgendes geschrieben:

Du würdest dann eher schreiben

,
wobei das ? gerade das bezeichnet, was wir über die ontische Grundlage dieser Korrelation nicht wissen. Du lässt lieber solange das Fragezeichen stehen, bis es belastbar ersetzt werden kann, ohne auszuschließen, dass sich dort tatsächlich eine weiter ableitbare Struktur finden lässt?

Braucht eine Korrelation eine ontische Grundlage?

Na ja, wenn die Korrelation „zur Wirklichkeit bzw. zum Seienden gehörend“ bedeutet, dann irgendwie schon oder?

377 Ohm hat Folgendes geschrieben:

Es ist mir schon klar, dass wir einen natürlichen Drang verspüren, Dinge zu erklären. Die Evolution hat uns (wie viele Lebewesen) mit der Fähigkeit ausgestattet, Korrelationen zu entdecken. (Pavlovs Hund wusste, wann es Futter gibt!) Es ist ein klarer Überlebensvorteil. Wir haben auch gelernt, Korrelation von Kausation zu unterscheiden. Kontinuität und Kausalität, dass Dinge nur auf unmittelbar benachbarte Dinge wirken können und dass sich Dinge nur vorwärts in der Zeit entwickeln, gehören zu unserer metaphysischen Grundausstattung.

Ja richtig aber gleichzeitig engte uns die Evolution mit unseren Sinnen und damit auch mit unseren Denken ein, obwohl das Denken bei uns Menschen auf der Erde natürlich am weitesten entwickelt ist.

377 Ohm hat Folgendes geschrieben:

Ich glaube aber nicht, dass das für die gesamte Physik gelten muss. Im Mikrokosmos gibt es eher Granularität (Atome) statt einem Kontinuum, und Kausalität sehen dort vor allem Leute, die sie unbedingt sehen wollen. Deinen Pfeil mit dem Fragezeichen würde ich durch einen Doppelpfeil ersetzen. Die Entwicklung ist sowohl vom Anfangszustand als auch vom Endzustand abhängig. Wie ist das mit dem "Photon", das einer ungewissen Zukunft entgegen eilt? Von welchem Detektor wird es wohl registriert? Da es nur von einem registriert werden kann, war ich ein Anhänger der Transactional Interpretation, die zu jeder vorwärts laufenden Welle eine zeitlich rückwärts laufende Welle vorsieht. Diese Wellen halte ich aber nicht für real, sondern nur für mathematische Ausdrücke, mit denen wir die Wahrscheinlichkeiten dieser Vorgänge berechnen können.

Von der Transactional Interpretation hatte ich noch nicht gehört. Warum bist du nicht mehr Anhänger dieser Interpretation?
Ich bin nicht festgelegt auf "Vorwärtskausalität" aber es ist erstmal das naheliegendste, was unsere eingeschränkten Sinne mutmaßen lassen aber genau das muss ja nicht richtig sein. Mein Problem ist, dass ich gar nicht alle Konzepte kenne und insofern finde ich dahingehend auch für mich Neues interessant und schaue es mir dann an. Ehrlich gesagt finde ich es nicht mal abwegig, dass da "etwas vor und zurückfließen" könnte. Ich halte es sogar sehr wahrscheinlich, dass reale Beschreibung ganz und gar nicht in unseren Alltagsbild passen könnte.
Vielleicht sind Anfangs- und Endzustand im gewissen Sinne auch nur Perspektiven/verschiedene Blickwinkel?

377 Ohm hat Folgendes geschrieben:

antaris hat Folgendes geschrieben:

Was heißt "empirisch zugänglich"?

Empirisch zugänglich ist alles was wir direkt (mit unseren Sinnen) oder indirekt (mit unseren Messgeräten) messen/beobachten können. Das bedeutet aber nicht, dass jede Messung eine Aussage über die wahre Gestalt zulässt. Wenn man mir die Augen verbindet kann ich alleine mit meinem Tastsinn viele alltägliche Dinge u.U. nicht mehr auseinanderhalten und ein Blinder kann mit einem klicken seine Umgebung komplett ohne Tastsinn, quasi via Echo mit "den Ohren sehen".
Neben der Evolution ist das Gehirn selbst sehr anpassungsfähig und vielleicht halluziniert es auch ganz gerne mal, wenn wir gerade einen natürlichen Drang verspüren, Dinge zu erklären, uns dafür aber Fakten fehlen?

377 Ohm hat Folgendes geschrieben:

Ich glaube an Atome, auch wenn ich noch keins gesehen habe. smile

Ja aber Glauben ersetzt kein Wissen. Ich will versuchen gar nicht glauben zu müssen und darum setze ich lieber ein ganz deutliches "?", wenn etwas "unverstandenes" oder im Spiel ist oder gar ganze Äquivalenzklassen möglicher aber nicht voneinander abgrenzbarer Beschreibungen existieren. Nur weil ein Formalismus präzise ist und sehr gut funktioniert und zusätzlich sogar praktisch anwendbar ist, bedeutet das für mich noch lange nicht zwingend "fertig!".
Mit der Emergenz ist es so eine Sache. Ich verwende den begriff selber viel zu oft und mache mir keine Gedanken, welche Last darin eigentlich steckt. Leider versteckt man damit auch nur das eigentliche Fragezeichen, als es konkret zu benennen. Ich denke auch nicht, dass starke Emergenz bewiesen werden kann und die Emergenz eben darauf fusst, dass der (Doppel)-Pfeil mit dem Fragezeichen nicht genügend aufgelöst wurde.
Ich finde es sehr vernünftig immer offen zu halten, dass aktuell unentbehrliche Objekte auch abgelöst werden könnten, man ergebnisoffen bleiben sollte (auch dem eigenen Weltbild gegenüber), da eine "absolute Wahrheitsfindung" wahrscheinlich sowieso unerreichbar ist. Sonst wäre es ja auch langweilig, wenn man sich bei Diskussionen nirgends mehr reiben könnte.
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