Hat ein einzelnes Atom einen Schatten?
Ein Mensch wirft einen Schatten. Staub in der Luft wohl auch, aber der Schatten ist nicht lang genug, als dass der Schatten bis an den Boden kommt. Das liegt daran, dass die Lichtquelle breiter scheint als das Objekt ist.
Wenn wir jetzt ein einzelnes Atom betrachten. Ist eine einzelne Lichtwelle breiter oder schmäler als ein Atom?
7 Antworten
Ein Mensch wirft einen Schatten.
Ja, aber nicht in Radiowellen, die viel länger sind als ein Mensch groß ist. Schon »vorher« gibt es einen mit der Wellenlänge zunehmenden Beugungseffekt, einschließlich des so genannten Poisson-Flecks genau hinter dem Menschen (von der Lichtquelle aus betrachtet).
Eine sichtbare Lichtwelle ist typischerweise mehrere tausendmal länger als ein Atom Durchmesser hat.
Natürlich kann ein Atom ein Photon aus der Lichtwelle absorbieren, wenn die Wellenlänge zu einer Energiedifferenz zwischen zwei möglichen Zuständen (von denen der mit höherer Energie frei sein muss) eines Elektrons im Atom passt, aber wirklich ernsthaft als Schattenwurf kann man das auch nicht unbedingt bezeichnen.
Wellenlängen, die wesentlich kleiner sind als ein typisches Atom, gehören zu Röntgen- bzw. Gammastrahlung mit Photonenenergien einer Größenordnung von MeV, und die ist ionisierend.
Wenn denn diese Strahlung nicht durch das Atom hindurch gehen sollte (was ja auch sein könnte, ein durchsichtiger Körper wirft ja auch nur bedingt einen Schatten, besonders, wenn er Licht nicht einmal brechen sollte), wird es eher ein Elektron aus dem Atom herausgekickt haben als sich brav reflektieren zu lassen. Es findet also Compton-Streuung und Ionisation statt.
Bei noch kürzeren Wellen führt die Interaktion zwischen Strahlung und den das Atom zusammenhaltenden elektromagnetischen Feldern sogar zu Paarbildungsprozessen.
Fazit: Ein Atom wirft in dem Sinne keinen Schatten, weil es für sichtbares Licht zu klein und Gammastrahlung zu energiereich ist.
Also wenn das Atom nicht die größe des Photons unterschreitet ja.
Denn es muss ja mindestens ein photon aufgehalten werden.
Stell dir einen Planeten transit vor der Sonne vor. Da "verschwindet" der Planet in der Sonne und es wird kein schatten geworfen. Es wird viel extremer, je kleiner das Teilchen ist.
Denk an das Huygenssche Beugungsprinzip; z.B. die nullte Beugungsordnung direkt hinter dem Hindernis ist immer hell.
" Einige Photonen müssen von dem Atom elastisch gestreut werden, damit überhaupt eine Welle da ist, die destruktiv interferieren kann. "
===> Bornsche Beugungsformel
Ergänzung; ich war Angestellter in der CAD eines Welt-Elektronikkonzerns. Wir hatten einen Mikroplotter, wo Mikrofische entwickelt wurden. Wie du ja weißt, brennt in einem Entwicklerraum Rotlicht, weil nach der Quantenformel E = h v rote Photonen zu wenig Energie haben, um einen Film zu belichten.
In dem Raum machte ich eine überraschende Beobachtung, die ich nicht erwartet hatte; die tischkante war nicht gerade. Sie wirkte, als sei sie in 1 mm dichten Nebel gehüllt oder von einem Mückenschwarm umgeben. Also bei dieser künstlich vergrößerten Wellenlänge erscheinen bereits alltägliche Gegenstände undeutlich.
Du erwähnst Staub; den siehst du übrigens gar nicht im Sonnenlicht. Die Beugungsbilder der Staubkörner, die du beobachtest, sind um ein Erhebliches größer als das ( an sich unsichtbare ) Korn.