Verblasst Licht irgendwann?
Nimmt die Helligkeit eines Lichtstrahls (eines Sterns) irgendwann ab wenn er lange gereist ist
(schall kann man ja nach einer bestimmten Entfernung auch nicht mehr hören)
9 Antworten
Luft hat eigene Dichteschwankungen (thermisch bedingt) und Schall muss lauter sein als diese Eigenschwankungen. Wenn man einen großen Parabolspiegel verwendet, der den Schall sammelt, mitteln sich diese thermischen Bewegungen sehr viel mehr heraus, sodass man Schall aus noch weit größerer Entfernung oder mit weit geringerer Lautstärke hören kann.
Nach den klassischen Theorien des Lichts - insbesondere den Maxwell-Gleichungen - wird eine Lichtwelle nur immer schwächer, ist aber in beliebiger Entfernung noch vorhanen. Unter Berücksichtigung der Quantenmechanik haben wir Lichtquanten - das Licht wird irgendwann so schwach, dass die körnige Struktur, also das Vorhandensein einzelner Quanten, eine Rolle spielt. Aber das bedeutet nur, dass es unwahrscheinlicher ist, dass man überhaupt ein Photon empfängt, nicht, dass es unmöglich wird.
Allerdings haben wir "Vakuum-Fluktuationen", wodurch auch im leeren Vakuum ständig "virtuelle" Photonen (Lichtquanten) erzeugt und vernichtet werden, das entspricht dem thermischen Rauschen der Luft. Auch diese virtuellen Photonen können wahrgenommen werden, solange nur auf andere Weise die Energieerhaltung auf Dauer sichergestellt ist. Eine Lichtwelle darf also nicht so schwach werden, dass sie im "Quantenrauschen" des Vakuums untergeht.
Danke, dass du mich durch deine Frage auf diesen Gedanken gebracht hast!
Jap. Quadratisch zum Abstand der Quelle.
Merkt man ja auch zB am Lagerfeuer: Sitzt man näher, bekommt man mehr Photonen ab. Je weiter weg man geht, desto weniger intensiv ist die Strahlung.
Oh, dann hab ich die Frage falsch verstanden :D
Ein Photon (nicht Proton ;-D) wird niemals aufhören, "Licht abzugeben", da es in der Theorie eine unendliche Lebensdauer hat. Solange es sich ungestört im Raum (Vakuum) fortbewegen kann, wird es auch immer weiter "fliegen". Die Energie nimmt nicht ab.
Licht wird mit der Entfernung schwächer, die Energie eines Photons allerdings nicht.
Okay danke, aber das kommt mir (bin kein Physiker) komisch vor, denn ich habe gelernt, dass Quellen eine Art Entstehungsort für etwas sind. So gesehen wäre ein Photon der Entshungsort des Lichts (ist ja auch richtig so), aber für jedes Produkt müssen auch Edukte vorhanden sein und diese sind nie unendlich. Woher also hat das Photon seine ewigen ,,Edukte" und wieso hat es eine unbegrenzte Lebensdauer?
-Musst die Frage hier nicht beantworten, aber mich interessiert das gerade sehr.-
Für ein Objekt, das sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, ist die Zeit null. Ein Photon kann in dem Sinne also gar nicht altern, da es aus der Perspekte des Photons so aussehen würde, als würde die Zeit stillstehen.
Das liegt an der Zeitdilalation, die von Einstein in der ART formuliert wurde. Sie besagt im Grunde, dass Zeit immer subjektiv ist. Sie verlangsamt sich gemäß der Relativitätstheorie in Relation zu unbewegten Systemen mit zunehmender Geschwindigkeit des betrachteten Systems.
Je näher sich ein bewegendes Objekt der Lichtgeschwindigkeit nähert, desto langsamer vergeht die Zeit des Objektes. Bei einem Photon heißt das, dass die Zeit in dem mit Lichtgeschwindigkeit bewegten System des Photons im Vergleich zum Zeitverlauf in einem ruhenden System eingefroren ist.
Daher ist zB ein Photon der kosmischen Hintergrundstrahlung "genau so alt" wie eins, das gerade erst von der Sonne auf die Erde trifft.
Natürlich kann man das "richtige" Alter anhand andere Techniken, zB anhand der Rotverschiebung usw. berechnen.
ACHTUNG: Ein Photon darf man nicht gleichsetzen mit Licht. Ein Photon ist ein Elementarteilchen, man könnte auch "Lichtquant" sagen. In der Quantenelektrodynamik würde man sagen, dass es wechselwirkt, indem es das elektromagnetische Feld des Raumes anregt.
Licht hingegen ist die (sichtbare) elektromagnetische Strahlung im Raum. Natürlich besteht diese Strahlung aus Lichtquanten, aber man muss dennoch stark differenzieren.
Ich bin selbst auch kein Physiker, und kann da nicht wirklich ins Detail gehen. Aber selbst die größten Wissenschaftler sind sich im Detail uneinig, was genau ein Photon und Licht im Allgemeinen eigentlich sind.
Ist also wirklich ein spannendes Thema, und wir haben noch längst nicht alles geklärt.
Es werden zwei Betrachtungsweisen vermengt:
- Strahlungsenergie, oder: Wieviel Energie wird durch Licht auf ein Objekt/eine Fläche übertragen, vulgo: Wie hell ist es? und Wieviel Energie wird durch Schall OBdA auf mein Ohr übertragen, vulgo: Wie laut ist es?
- Lichtqunat oder Photonen: Die kleinste Portion, mit der Licht sich ausbreitet.
Beim ersten stellen wir uns eine kugelförmige Ausbreitungsfront vor. Diese bläst sich mit der Zeit auf, wie ein Ballon. Also wird mit zunehmenden Radius die Ausbreitung proportional zur Fläche größer und die Energie verteilt sich auf diese Fläche. Das entspricht eine Schwächung des Schalls oder des Lichtscheins für einen Empfänger mit 1/r^2, wenn r die Entfernung zwischen Quelle und Empfänger ist. Der Lichtschein verblasst, die Musik wird leiser. (Anm. fr. Besserwisser: Dispersionseffekte vernachlässigt.)
Dagegen ein wird ein Lichtquant, umgangssprachlich, einmal erzeugt und fliegt dann weiter, bis es auf den Beobachter trifft. Hier wird es bei der Wahrnehmung absorbiert und in einen Nervenimpuls umgewandelt. Auf dem ganzen Weg, hat das Quant genau die Energie, wie zum Start, und überträgt die gesamte Energie auf den Empfänger. "Wie hell es ist", hängt dagegen davon ab, wieviel Lichtquanten "unterwegs" sind, und hierfür gilt wieder die Verteilung der Strahlungsenergie. (Anm. fr. Besserwisser: Absorption durch Materie ausgelassen.)
Ergo, "verblasst Licht" in seiner Menge, aber nicht in seiner Grundstruktur.
Licht hört im Weltall nie auf.
Es wird mit zunehmender Eentfernung allmählich abgeschwächt zu beliebig schwacher Intensität, hört aber nicht auf, weil wir in einem beobachtbaren Universum leben, das endliche Größe hat. Man kann also keine Aussage über unendliche Entfernungen machen, da sie nicht beobachtet werden können.
Die Formeln ergeben theoretisch 0, der Fall ist jedoch nicht beweisbar.
Sicher. Da es sich (solange keine größere Gravitationsquelle in der Nähe ist) geradlinig ausbreitet und es sich normalerweise kaum um kohärentes Laserlicht handelt, streut es mit zunehmender Entfernung und verliert durch diverse Gas- und Staubpartikel auf seinem Weg zusätzlich Energie.
Der Vergleich mit Schall ist weniger zutreffend, denn da ist die Dämpfung einer Schwingung durch das Medium Luft dafür zuständig.
Das ist richtig, aber ich glaube die Frage war, ob denn dieses Lagerfeuer dann irgendwann ausgeht.
Das Lagerfeuer geht auf jeden Fall aus, aber ich wollte das Exempel damit auf das Licht beziehen.
Heißt also:
Der Lichtstrahl an sich, der Millionen von Kilometern weit reist und nie wirklich erlischt, hat der ein Ende? Bzw. ist es möglich dass ein Proton nie aufhört Licht abzugeben?
Wenn man sich vom Lagerfeuer wegbewegt verblasst dieses immer mehr im Auge des wegbewegenden Betrachters. So ist es auch bei einem Lichtstrahl, der immer weiter weg von betrachtet vorbeizieht. Aber geht dieses Licht selbst auch aus?
<Meine Frage und ich glaube auch die des Fragestellers>