Tatsächlich ist Licht nicht wirklich eine Welle oder ein Teilchen.Es ist was es ist;Es ist diese seltsame Sache, die wir als als Welle oder Teilchen modellieren, um ihr Verhalten je nach dem interessierenden Szenario zu verstehen.

Letztendlich ist es die gleiche Geschichte mit allen Theorien in der Physik.Planeten "wählen" nicht, um der Newtonschen Mechanik oder der allgemeinen Relativitätstheorie zu folgen.Stattdessen können wir ihre Bewegung als Newtonsche modellieren, wenn wir berechnen möchten, wo sich der Mars in zwei Wochen befindet. Wir müssen jedoch die allgemeine Relativitätstheorie verwenden, um zu erklären, warum die Atomuhr auf einem Satelliten im Vergleich zu einer am Boden langsam läuft.

Licht "wählt" nicht, um eine Welle oder ein Teilchen zu sein.Stattdessen modellieren wir es als Welle, wenn wir Interferenzen erklären (oder berechnen) möchten, müssen es jedoch als Partikel modellieren, wenn wir den photoelektrischen Effekt erklären (oder berechnen) möchten.

Wie wählt Licht aus, wo eine Welle und wo ein Teilchen sein soll?

Das tust du nicht. Das ist wirklich die ganze "Verrücktheit" des Quanten genau dort.

Es ist nicht ganz verrückt. Wenn Sie ein Auto mit einer Waage messen, werden 1200 kg angezeigt, und wenn Sie es mit einem Spektrometer messen, wird rot angezeigt. Dies ist völlig natürlich.

Was Quanten seltsam macht, ist, dass Sie dasselbe zweimal messen und zwei unterschiedliche Antworten erhalten können. Seltsamer ist, dass einige dieser Messungen miteinander verknüpft sind. Wenn Sie also eine messen, ändert sich die andere.

Es ist, als hätten Sie das Gewicht Ihres Autos gemessen und die Länge geändert. Und dann haben Sie die Länge gemessen und das Gewicht geändert. Genau das passiert im Quantum, zum Beispiel sind die Position und der Impuls eines Teilchens auf diese Weise verknüpft

In jedem Fall liegt die Wellen- oder Teilchennatur ganz bei Ihnen . Welche Natur Sie sehen, hängt vom verwendeten Experiment ab, nicht vom Photon selbst.

Die Idee, dass etwas, das Sie tun, diesen "radikalen" Effekt auf das Ergebnis hat, macht alle im QM verrückt.

Licht verhält sich immer wie eine Welle. Teilchen können als eine Kombination von Wellen, ein Wellenpaket, betrachtet werden. Was bestimmt, welches Verhalten Sie erhalten, ist die Längenskala des Systems, mit dem das Licht interagiert, und die Wellenlänge des auftreffenden Lichts.

Angenommen, Sie haben eine Reihe von Bowlingkugeln in der Luft, die eine Wand bilden, aber Zwischenräume dazwischen haben. Schießen Sie ein paar Kugellager mit einem Durchmesser von 2 mm auf die Bowlingkugeln. Einige werden durch die Wand gehen und keine Bowlingkugeln treffen. Einige schlagen einen Ball und springen in eine Richtung.

Achten Sie genau darauf, woher die BBs kommen, wie schnell sie sind und wo sie landen, und Sie können die Form, Größe und Position der Bowlingkugeln erkennen.

Kehren Sie das Problem um. Habe ein paar schwebende BBs in der Luft und schieße Bowlingkugeln auf sie. Jede Bowlingkugel trifft mehrere BBs. Die ausgehende Flugbahn sagt nicht viel über die BBs aus.

Schlagen Sie auf eine Stimmgabel, sie vibriert und erzeugt ein charakteristisches Geräusch. Wenn Sie diese Note mit hoher Lautstärke spielen, können Sie die Stimmgabel auf Vibration einstellen. Es beginnt nicht bei jeder Wellenlänge zu vibrieren.

Sie können einem Partikel die De Broglie-Wellenlänge $ h / p $ span> zuordnen, wobei $ p $ ist der Impuls. Je höher der Impuls, desto niedriger die Wellenlänge, desto partikelähnlicher. Während im Doppelspaltexperiment makroskopische, aber kleine Öffnungen mit Licht verwendet werden können, benötigen Sie eine Elektronenkristallographie, um die gleichen Effekte mit Elektronen zu demonstrieren: Elektronenbeugung

Wenn Sie eine große Lichtwellenlänge haben, interagiert diese abhängig von diesem System mit mehreren Partikeln eines Systems. Wenn die Wellenlänge ausreichend klein und damit die Energie ausreichend hoch ist, kann sie mit einem einzelnen Elektron anstelle mehrerer Elektronen interagieren, einem Elektron ihre gesamte Energie verleihen und den photoelektrischen Effekt, einen Partikel-Partikel-Streueffekt, hervorrufen. Ändern Sie die Wellenlänge und die Wechselwirkung nimmt eine klassischere Form an.

Zusätzlich zu den beteiligten Wellenlängen möchten Sie auf die Anzahl der verfügbaren Photonen achten. Je weniger Photonen mit dem System interagieren, desto quantenähnlicher ist es. Je höher die Dichte der Photonen ist, desto klassischer verhält sich das Licht. Eine detailliertere Erklärung der Barriere zwischen Quanten- und klassischem Verhalten finden Sie im Intro und im ersten Kapitel von Griffiths Text zum Elektromagnetismus.

Kurz gesagt, das Verhalten, das Sie erhalten, hängt von der De Broglie-Wellenlänge des Lichts / Partikels ab, wie viele Partikel eingehen und wie die Längenskalen des Ziels mit der De Broglie-Wellenlänge verglichen werden.

Wie wählt Licht aus, wo eine Welle und wo ein Teilchen sein soll?

Das tut es nicht.Es verhält sich immer wie eine Welle (nach dem Prinzip der Überlagerung) und es verhält sich immer wie ein Teilchen (Teilchenzahl wird quantisiert).

Es hört sich so an, als ob Sie von jemandem beeinflusst wurden, der Ihnen gesagt hat, dass sich Licht in einigen Experimenten wie ein Teilchen und in anderen wie eine Welle verhält.Das ist falsch.

Licht verhält sich immer wie ein Teilchen und Wellen. Es gibt also keine bestimmte Zeit, in der es sich wie ein Teilchen verhalten kann, aber nicht wie eine Welle und umgekehrt. Dieses Licht trägt beide dieser beiden Naturen (Teilchen und Welle) mit sich (Licht) )für immer. Warum ist mein Denken eigentlich so, als hätte Licht für alle Zeiten zwei dieser Eigenschaften?

Gründe, es als * Welle *

1. James Clerk Maxwell hat bewiesen, dass die Geschwindigkeit der elektromagnetischen Wellen im freien Raum der Lichtgeschwindigkeit entspricht. c = 2.998 × 10 ^ 8m / s. Dabei kam er zu dem Schluss, dass Licht aus elektromagnetischen Wellen besteht. Es hat also für alle Zeiten Wellennatur
2. Licht zeigt auch * Interferenz *, * Beugung *, * Polarisation *. Und all diese Eigenschaften zeigen, dass Licht Wellennatur hat und für alle Zeiten gilt.
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Gründe, Licht als Partikel

zu betrachten
1. Max Plank führte 1900 das Konzept des Energiequanten ein. Der Energieaustausch zwischen Strahlung und Umgebung erfolgt in * diskreter oder * quantisierter * Form, dh der Energieaustausch zwischen elektromagnetischen Wellen ist ein ganzzahliges Vielfaches von (Plankenkonstante * Wellenfrequenz) .As Licht besteht aus elektromagnetischen Wellen, dann besteht Licht aus diskreten Energiebits, dh Photonen mit Energie (Plankenkonstante * Lichtfrequenz). Dabei zeigen der photoelektrische Effekt und der Compton-Effekt alle die Teilchennatur des Lichts ol>

   Strahlung (elektromagnetische Wellen) zeigt also Partikelnatur, während Materialpartikel eine wellenartige Natur aufweisen, die von de Broglie eingeführt wurde (ein sich bewegendes Partikel hat Welleneigenschaften). Dies wird experimentell von Davisson und Germer bestätigt Die Eigenschaft von Wellen kann durch Materialteilchen wie Elektronen erhalten werden

   So wie Strahlung Partikel wie Natur zeigt, zeigen Partikel auch wellenartiges Verhalten. Dabei zeigt Licht immer zwei Arten von Naturen, sowohl als Wellen als auch als Teilchen.

Das grundlegende Experiment, das den offensichtlichen Widerspruch zeigt, ist der Doppelspalt von Young: Wie können Partikeleigenschaften übertragen werden, wenn nur eine Störwelle zwischen dem Emissionspunkt A und dem Absorptionspunkt B liegt?

Für Photonen im Vakuum (Bewegung bei c) gibt es jedoch eine einfache Antwort: Das Raumzeitintervall zwischen A und B ist leer, es ist Null! Das bedeutet, dass beide Punkte A und B benachbart sind. A und B können durch Massenteilchen (Elektronen usw.) dargestellt werden, die einen Impuls austauschen. Die Übertragung erfolgt direkt ohne Zwischenpartikel.

Im Gegensatz dazu kann ein Raumzeitintervall von Beobachtern nicht beobachtet werden. Wenn ein Lichtstrahl von der Sonne zur Erde übertragen wird, sieht niemand, dass A (Sonne) und B (Erde) benachbart sind. Stattdessen beobachten sie einen Raumabstand von acht Lichtminuten und ein Zeitintervall von acht Minuten, selbst wenn das Raumzeitintervall Null ist. In dieser Situation nimmt die Lichtwelle die Rolle einer Art "Platzhalter" ein: Es wird beobachtet, dass sich Lichtwellen bei c ausbreiten (gemäß dem zweiten Postulat der speziellen Relativitätstheorie), aber dies ist nur eine Beobachtung.

Übrigens benötigen wir für Licht, das sich mit einer niedrigeren Geschwindigkeit als c ausbreitet (z. B. Licht, das sich durch ein Medium bewegt), die Quantenmechanik für die Antwort.

Das Licht hat nicht gewählt.Sie als Experimentator haben ausgewählt, welches Observable Sie messen möchten und welchen Operator Sie verwenden.Eine solche Messung führt dazu, dass eine Wellenfunktion in einen der Eigenzustände dieses Operators kollabiert. Z.B.Ein Positivoperator gibt Ihnen eine Position, d. h. ein Partikel. Ein Impulsoperator gibt Ihnen einen Impuls, d. H. Ein wellenförmiges Objekt.

Es wird angenommen, dass Licht ein Teilchen oder eine Welle ist, um das beobachtete Phänomen zu beschreiben.Licht ist was es ist und wählt nicht.Man kann Licht jedoch als Teilchen betrachten, wenn die Wechselwirkung mit Materie & als Welle erfolgt, wenn es mit sich selbst interagiert.

Nicht.

Wie Sie vielleicht wissen, besteht Licht aus Photonen, und Photonen sind Teilchen.Gleichzeitig sind alle Teilchen Wellen.Ja, das ist richtig - Partikel sind keine Punkte oder Kugeln oder irgendetwas anderes, das sich wirklich fest bewegt, sondern Wellen, die auf verschiedene Weise miteinander interagieren.

Nun, diese Wellen verhalten sich manchmal ununterscheidbar von Punkten, die sich im Raum bewegen, und können daher als solche angenähert werden - was wir gerne als Punktteilchen bezeichnen -, aber im Grunde sind sie immer noch Wellen.

Ein Photon ist also immer sowohl eine Welle als auch ein Teilchen.Diese schließen sich nicht gegenseitig aus (tatsächlich sind Partikel, wie ich jetzt erklärt habe, eine Teilmenge von Wellen).Dies ist die sogenannte Wellen-Teilchen-Dualität.

Es ist nicht die kurze Antwort, da es wirklich keine ist.Grundsätzlich sind Wellen und Teilchen Dinge, die Sie auf der klassischen Skala sehen. Sie modellieren das Verhalten auf makroskopischen Skalen.

Objekte verhalten sich nicht mehr klassisch, wenn wir auf sehr kleine Maßstäbe verkleinern, und sie gehorchen sehr unterschiedlichen Dynamiken, die uns seltsam erscheinen, weil wir nicht auf diesem Maßstab leben und nur auf Dinge in diesem Maßstab zugreifen könnenüber Theorie und Experiment ziemlich düster skalieren.Es ist eine Art gesunder Menschenverstand, wenn Sie darüber nachdenken. Hören Sie einfach auf zu erwarten, dass sich die Dinge klassisch verhalten, wenn Sie auf diese Längenskalen gehen.

Auch die Welle-Teilchen-Dualität vergessen, da sie nicht einmal Sinn macht.Es ist wie wenn eine blinde Person einen Elefanten am Rüssel berührt und ihn dann wieder am Bein berührt und sagt, dass der Elefant der Dualität von Rüssel und Bein folgt.

binaryfunt und Ben Crowells Antwort ist der Wahrheit am nächsten. Lassen Sie mich ein paar Dinge hinzufügen.

Sie werden verwirrt, weil Sie Sätze lesen wie: Licht verhält sich wie eine Welle, wenn es sich im Raum bewegt, und wie ein Teilchen, wenn es die Materie stört. Das ist nicht wahr. In Wirklichkeit hat Licht gleichzeitig Eigenschaften von Wellen und Teilchen. Die Wahrheit ist, wir wissen nicht, was Licht eigentlich ist oder woraus es wirklich besteht.

In Wirklichkeit entscheidet oder verhält sich Licht nicht auf unterschiedliche Weise, sondern wir, die die Experimente vorbereiten, entscheiden, ob wir aus der beobachteten (sowohl wellen- als auch partikelähnlichen) Natur die interessantere wellen- oder partikelähnliche auswählen Merkmale und analysieren diese für bestimmte Zwecke.

Wir versuchen, mit unseren mathematischen Methoden das reale Phänomen in unserer physischen Welt, das Licht selbst, zu modellieren.

Der Grund, warum Sie verwirrt sind, ist, dass es zwei Möglichkeiten gibt, dieses Phänomen wirklich zu modellieren:

1. klassische EM-Wellen

2. QM-Partikel, Photonen

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Sie würden denken, dass sie nicht übereinstimmen, aber das ist nicht wahr. In Wirklichkeit passen die beiden Methoden perfekt zusammen, da wir die klassischen EM-Wellen aus Herden von QM-Photonen aufbauen.

In unserer derzeit akzeptierten Theorie, dem Standardmodell, sprechen wir über Elementarteilchen, die weder eine interne Struktur noch eine räumliche Ausdehnung haben, und nennen sie punktförmige Teilchen. Eines dieser Teilchen ist das Photon. Wir nennen es die Quanten der EM-Welle.

Es ist sehr wichtig zu sehen, dass die grundlegende Verwirrung darin besteht, ob Sie die Wellen- oder Partikeleigenschaften von Licht in einem bestimmten Experiment analysieren möchten.

Wir modellieren Licht normalerweise auf zwei Arten, und das ist es, was Sie verwirrt. Dies sind Möglichkeiten, ob es sich bewegt oder wann es mit Materie interagiert. Dies ist im Grunde ein Missverständnis, da Licht analysiert werden könnte, um Wellen- und Partikeleigenschaften sowohl auf Reisen als auch bei Wechselwirkungen mit Materie zu zeigen.

Es ist ein Missverständnis, zwischen Reisen und Interaktion zu wählen, aber aus Gründen der Argumentation sehen wir:

1. reisen
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Sie können Maxwells ursprüngliche Gleichungen verwenden oder QFT verwenden, um Photonen und Licht als Anregung des EM-Feldes zu behandeln, das sich durch den Raum bewegt, und diese Ausbreitung wird in unseren Theorien als Welle modelliert. Dies liegt daran, dass dieses Wellenmodell am besten zu den experimentellen Daten passt. Jetzt können wir zeigen, dass das QM- oder QFT-Feldanregungsmodell des sich durch den Raum ausbreitenden Photons das gleiche ist, das perfekt zu den Daten aus den Experimenten passt.

Sie sehen also, dass Licht sowohl Wellen- als auch Teilcheneigenschaften hat, selbst wenn es sich durch den Raum bewegt.

2. Interaktion mit Materie
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Wenn ein Photon mit einem Atom interagiert, können drei Dinge passieren:

1. elastische Streuung, das Photon gibt dem Atom seine gesamte Energie und ändert den Winkel

2. unelastische Streuung, das Photon gibt einen Teil seiner Energie an das Atom ab und ändert den Winkel

3. Absorption, das Photon gibt seine ganze Energie an das absorbierende Atom / Elektron

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Bei allen drei können Sie sehen, dass Licht sowohl Wellen- als auch Partikeleigenschaften aufweist. Es ist ein Missverständnis, dass es bei den Experimenten zur Wechselwirkung nur um die Partikeleigenschaften geht. Selbst in diesen drei Fällen, wenn Licht mit Materie interagiert, verhält es sich wie eine Welle, in bestimmten Fällen ändert es den Winkel, geht durch Schlitze, spaltet sich in Teilwellen auf, diese Teilwellen interagieren mit sich selbst und erzeugen Interferenzmuster. Selbst im Fall der Absorption zeigt das Photon, wenn es existiert und sich in die kinetische Energie des Elektrons umwandelt, Wellennatur und Teilchen, da sowohl das absorbierende Atomsystem als auch das Elektron Wellen- und Teilcheneigenschaften aufweisen

Es gibt also keinen Grund, wirklich eine schwierige Entscheidung zu treffen, ob Licht wählen würde, nicht.Es hat sowohl Wellen- als auch Partikeleigenschaften als intrinsisch, und es liegt an uns, das Experiment vorzubereiten und die Daten zu analysieren, auf die wir uns konzentrieren möchten.