Zuletzt geändert: Sa, 30.09.2006

«K12/K13» 103. Hausaufgabe «PDF», «POD»




0.0.1 103. Hausaufgabe

0.0.1.1 Exzerpt von B. S. 380: Photonenmasse und -impuls

Entgegen unserer Definition von Photonen als Ereignisse, ordnet der Metzler Photonen Teilcheneigenschaften zu, namentlich Masse und Impuls. Die Herleitungsgedanken sind dabei folgende:

\displaystyle\left.\begin{array}{@{}l} {} E = h f; \\ {} E = m c^2; \end{array}\right\} \Leftrightarrow E = h f = m c^2; \Leftrightarrow m = \frac{h f}{c^2}; E = hf; E = mc2; E = hf = mc2; m = hf c2 ;

\displaystyle p = m c = \frac{h f}{c};p = mc = hf c ;

0.0.1.2 Exzerpt von B. S. 380: Compton-Effekt

Laut Metzler kann man den Fotoeffekt so deuten, dass zwischen Photonen und Elektronen ein unelastischer Stoß stattfindet: Die gesamte Photonenenergie E = h fE = hf wird an Elektronen übergeben.

Beim Compton-Effekt findet ein elastischer Stoß zwischen einem Photon und einem Elektron statt. Ankommende Photonen über­tra­gen also einen Teil ihrer Energie und ihres Impulses auf (freie) Elektronen.

Eine mathematische Konsequenz dieses teilweisen Energieübertrags ist, dass sich die Photonfrequenz ändern muss: Wird EE in der Formel E = h fE = hf kleiner, so muss auch ff kleiner werden.

Quantitativ: Wird EE um \Delta EΔE kleiner, so muss ff um \frac{\Delta E}{h}ΔE h kleiner werden.

0.0.1.3 Fragen
  • Ist die Anwendung der Formel E = m c^2E = mc2 bei Photonen zulässig?

  • Wie kann im Metzler von einer Photonenmasse und -impuls gesprochen werden, wo doch Photonen Ereignisse sind – also mathematische Objekte ohne Energie, Masse, Impuls etc.? Wie kann der Metzler von (un-)elastischen Stößen mit Photonen sprechen?

  • Viele Quellen – nicht nur der Metzler, auch die Wikipedia und Vortragsskripte – sprechen Photonen Teilcheneigenschaften zu. Dies ist ein erheblicher Konflikt zu unserer Definition von Photonen als Ereignisse.

    Zusätzlich sehe ich nicht, wie unser Modell den Compton-Effekt erklären könnte, da ja der in der Erklärung im Metzler zentrale Begriff des elastischen Stoßes nicht auf Ereignisse anwendbar ist.

(Benötigte Zeit: 52 min)