fotonen
Lisa stelde deze vraag op 01 maart 2011 om 17:45.Een foton heeft geen massa, maar wel energie.
Maar er geldt toch; massa = energie?
Is een foton hetzelfde als een elektron?
Bedankt!
Reacties
Einstein heeft inderdaad gelijkwaardigheid van massa en energie gevonden volgens de fameuze E = mc2 formule. Deze geldt voor elke massa die minder dan de lichtsnelheid beweegt. En daarmee voor alles, behalve voor die deeltjes die wel met lichtsnelheid bewegen... licht zelf: fotonen.
Voor fotonen geldt dat ze altijd met snelheid c bewegen en daarbij een energie hebben die afhankelijk is van hun frequentie: E = h.f waarbij f de frequentie is en h de constante van Planck.
Dus als 4 "trage" deeltjes zoals protonen samenbotsen tot 1 heliumkern dan is het beetje massaverschil m dat een heliumatoom lichter is dan 4 protonen omgezet in energie volgens E = mc2 . En die energie wordt dan door een hoogenergetisch foton (gammastraling) getransporteerd met frequentie f = E/h
Een foton is een massaloos deeltje met snelheid c, een electron een geladen deeltje met meetbare massa en snelheid kleiner dan c. Ze zijn dus niet hetzelfde. Maar als een electron zijn tegenpool (positron) tegenkomt dan kunnen ze wel annihileren (ophouden te bestaan) en komt hun gezamelijke massa van 2me vrij als energie in de vorm van een foton.
Duidelijker zo?
Enerzijds E = m x c2 en anderzijds E = λ x f , doet toch haast vermoeden dat er een dieper verband tussen m en f bestaat......
Stephan plaatste:
Enerzijds E = m x c2 en anderzijds E = λ x f ,ik weet niet waar je die vandaan hebt.
v=λ·f , ja, maar niet E=λ·f
voor fotonen geldt E = hf = hc/λ
met h de constante van Planck
groet, Jan
Stephan plaatste:
het maakt de vraag niet anders of je voor planck-constante nu λ of h schrijft......(?) groet, StephanStephan plaatste:
hoe komt de foton aan zijn energie wanneer je niet over een frequentie kunt spreken omdat de tijd voor de voortsnellende foton stil staat?Nemen we voorbeeld uit de klassieke mechanica, een kanonskogel, massa 5 kg, snelheid 200 m/s. Bewegingsenergie dus E= ½ x 5 x 200² = 100 000 J.
Geen pretje voor de stilstaande waarnemer die die klap energie tegen zijn stilstaande hoofd krijgt
Maar als die waarnemer zelf een snelheid heeft van 199,9 m/s, in dezelfde richting als de kanonskogel, dan is de "klap" slechts E= ½ x 5 x 0,1² = 0,025 J
Het heeft dus weinig zin om te spreken van de frequentie of energie van een foton bezien vanuit dat foton.
Groet, Jan
Maar een foton verwijdert zich altijd met de lichtsnelheid. Voor de foton (of ieder ander object dat zich met de snelheid van het licht zou voortplanten door de ruimte) is er geen tijd. Dus is het - en daar is je punt volkomen terrecht inderdaad - vanuit het perspectief van de foton zinloos om te spreken over bijvoorbeeld afstanden of frequentie (of enig ander begrip dat samenhangt met tijd).
Dus op het moment dat het open universum op enig moment alleen nog maar straling zou bevatten, zou het dus ook zinloos zijn om over tijd, afstanden, frequenties of entropie (de tijdpijl) te praten.
Je gaat er verder niet op in, maar is er enig verband tussen massa en frequentie (anders dan dat ze beide klaarblijkelijk de energie van materie danwel de energie van straling definieren)?
Nogmaals, dank voor je antwoorden. Stel ik zeer op prijs.
Groet,
Stephan
stephan plaatste:
@Arno, tjonge.....dat iemand per ongeluk ..//..Stephan plaatste:
is er enig verband tussen massa en frequentie (anders dan dat ze beide klaarblijkelijk de energie van materie danwel de energie van straling definieren)?Stephan plaatste:
Ben geen zelf absoluut geen natuurkundige, alleen geinteresseerdWil je toch hierop verder gaan, dan is Wetenschapsforum.nl overigens een geschiktere plaats voor dit soort discussies.
Groet, Jan
DeBroglie kent zoiets in de quantum mechanica: λ = h/p (met p = mv en v < c) als "golflengte" van massadeeltjes omdat die blijken te interfereren met zichzelf (dubbele spleetexperiment van Young).
En ja, λ ziet elke halve natuurkundige als golflengte en nooit als constante van Planck. Maar dat hoeft je niet te weerhouden tegen de gebruiken in toch λ ervoor te gebruiken zolang je dat dan maar tevoren meldt. En op de koop toe neemt dat anderen "voorgeprogrammeerd" het toch misvatten. Dus is het handiger om je conformeren aan de gebruikelijke symbolen.
In "dagelijks" gebruik is een foton vaak een lichtdeeltje. Althans: er zijn experimenten/situaties waarin licht zich gedraagt als stroom deeltjes (bijv. foto-elektrisch effect, compton-verstrooiing). Maar in andere situaties gedraagt het zich als golf met bepaalde frequentie (zoals interferentie en buigingsverschijnselen).
Licht is noch het één noch het ander, maar heeft beide aspecten (en misschien nog wel meer waarvan we ons nog niet bewust zijn). Een foton "bestaat" dus niet, een lichtgolf ook niet.
Daar waar bij een verklaring het licht in discrete energiepakketjes wordt gezien, wordt de term "foton" gebruikt. Dat deeltje heeft een energie E die we koppelen aan wat het licht als golf aan energie zou hebben, E = hf waarbij f de frequentie is van het licht als het een golf zou zijn.
Bij een lichtdeeltje visualiseren we dit door aan te nemen de frequentie niet exact te kennen, maar van alles te kunnen zijn tussen frequentie f (van E = hf) en een interval Δf eromheen. Als die golven samen interfereren dan ontstaat een klein gebiedje waar je golf wezenlijk van de 0-waarde van de amplitude afwijkt en dit als de lengte van het foton kan worden gezien.

"Yesterday is history, tomorrow a mystery, today is a present." (Eleonor Roosevelt)


Een foton tekenen vereist enige lenigheid van geest.
Als je ergens een foton neerlegt om het te bekijken, is het geen foton meer.
Fotonen bewegen met de lichtsnelheid, en het is niet eenvoudig om ze al rennend bij te benen teneinde ze te bekijken.
Bestaan fotonen eigenlijk wel of zijn het alleen verzinsels? In de natuurkunde is een foton een model waarmee we ons een voorstelling trachten te maken van licht (ruimer: elektromagnetische straling). In zo'n model gebruiken we alledaagse begrippen. Maar alledaagse taal is nauwelijks geschikt om uit te drukken wat licht in wezen is. Zo'n model schiet vroeg of laat tekort.
We gebruiken voor licht in hoofdzaak twee modellen.
a. Licht als een stroom van bewegende 'deeltjes', fotonen genaamd. Zo'n foton is niet een balletje dat bestaat uit een of ander 'spul'. Maar als licht iets treft (netvlies, lichtgevoelige chip in een camera, muur), gedraagt het licht zich tot op zekere hoogte als een stroom deeltjes (fotonen) die ergens tegenaan botsen en dan ophouden te bestaan. In die zin zou je een foton als een bewegend balletje kunnen tekenen.
b. Licht als een golfverschijnsel, dat tot op zekere hoogte vergelijkbaar is met een golf in het badwater. In dit model zijn er geen fotonen en trilt of golft er geen 'spul', maar neemt de elektrische en magnetische sterkte beurtelings toe en af: een elektrische en magnetische trilling die zich uitbreidt in de ruimte. In dit model zou je licht kunnen tekenen als een golflijntje.
Groet, Jaap
Jaap
b. Licht als een golfverschijnsel, ..//.. neemt de elektrische en magnetische sterkte beurtelings toe en af: een elektrische en magnetische trilling die zich uitbreidt in de ruimte. en als je dat dan googlet dan vind je dit soort voorstellingen:
Groet, Jan
Kan iemand mij wat vertellen over de formule: En = n² × h² / 8 × m × L², met betrekking tot de quantumtheoretische stelling van het golf-deeltje dualisme?
En ik heb nog maar kort geleerd over de speciale relativiteitstheorie, dus bij deze de vraag: Hoe zit het met een foton en zijn eigentijd? Als een foton met de snelheid van het licht gaat, verliest het dan de dimensie tijd? Hoe kan dat?
Ik ben benieuwd.
Groet, Jurre
Die quantum formule vertelt je hoe de energieniveau's verdeeld zijn als een deeltje met massa m in een potentiaalput zit (alleen maar tussen 2 wanden kan bewegen) en waarbij blijkbaar alleen bepaalde energiewaarden mogelijk zijn (En bij putbreedte L, niveau nummer n). Om het te doorgronden zou ik eens een boek over quantum mechanica lezen. (https://www.roelhendriks.eu/Natuurkunde/w456H%20quantummechanica/potentiaalsprongen.pdf, https://natuurkundeuitgelegd.nl/videolessen.php?video=energieput e.d.)
Fotonen hebben wel een tijd, maar de klok staat stil. De tijd verstrijkt niet - dus het wordt een filosofische discussie of je dan nog over tijd kunt praten. Bij alles wat langzamer dan licht gaat verstrijkt de tijd wel - maar van "normaal" (zoals we dagelijks waarnemen) tot zeer vertraagd. De relativiteitstheorie heeft het ook over ruimte-tijd waarin de drie richtingen x,y,z en tijd t (feitelijk ook een afstand ct) niet onafhankelijk van elkaar zijn en samen een vier-dimensionale ruimte-tijd opspannen.
En een foton gaat alleen maar met lichtsnelheid. Niet sneller, niet langzamer.
Dag Jurre,
Er is inderdaad een verband tussen je quantumformule en de golf-deeltjedualiteit.
In de formule staat $m$. Dat kan alleen de massa van een deeltje zijn. De golf in het dualiteitsbegrip heeft geen massa, want het is een wiskundige voorstelling, geen fysieke golf. Bij de afleiding van de formule stellen we het deeltje voor als een staande golf en eisen we dat de halve golflengte een geheel aantal malen $n$ moet passen binnen de lengte $L$ van de doos waarin het deeltje is opgesloten.
De formule geeft een vereenvoudigde voorstelling van de werkelijkheid. De formule geldt alleen voor een eendimensionale doos, bij voorbeeld een langgerekt kleurstofmolecuul waar langs een elektron kan bewegen. Verder wordt aangenomen dat het deeltje geen interactie heeft met andere deeltjes.
Goedemiddag,
Als ik het dus goed begrijp is de m in de formule van E(n) een bewijs voor het deeltjes-karakter van een foton (en elk ander deeltje met een massa). Is hierbij de massa van het foton volledig afhankelijk van de energie van het foton?
Tevens had ik vernomen dat als een elektromagnetische golf (foton) door een medium gaat, dat deze dan niet met de lichtsnelheid zich voortplant. Wet van Snellius en dergelijke gaan hierop door. Is het dan wel waar dat een foton alleen maar met de lichtsnelheid gaat, of is dat alleen in vacuüm zo?
En hoe aanschouwen jullie tijd als een dimensie? Wat stel je je daarbij voor? Hoe kan het dat een foton, zich bewegend met de snelheid van licht en geen tijd ervarend, zich buiten deze dimensie kan verkeren?
Hartelijk dank voor de snelle antwoorden, ik hoor graag meer!
Groet, Jurre
Nee, zoals Jaap al zegt: de m is de massa van een DEELTJE dat zich in een potentiaalput bevindt. De kans het deeltje ergens aan te treffen kan als een staande golf (buik: grootste kans) worden weergegeven en daaruit is de energieformule af te leiden omdat alleen bepaalde energieen een staande golf qua aantrefkans geeft.
Die golven zijn dus waarschijnlijkheidsgolven, geen lichtgolven. En m staat dus niet voor de massa van een foton. Een foton heeft geen (rust)massa.
Dag Theo,
Heeft een foton dan geen enkele eigenschap met betrekking tot een massa? Hoe werkt de formule E = m × c² dan?
E = mc2 geldt voor deeltjes met (rust)massa m (en deeltjes gaan altijd langzamer dan lichtsnelheid volgens huidige inzichten). Fotonen hebben E = hf . Fotonen hebben geen rustmassa en ook geen eigenschappen daartoe.
Materie heeft massa en zodoende ook een eigenschap die we traagheid noemen.
Traagheid betekent hier niet dat materie sloom beweegt, maar dat de snelheid alleen verandert van grootte of richting indien er een kracht op werkt.
Een foton heeft voor zover bekend geen massa, maar wel traagheid.
a. Door zijn traagheid kan een foton een impuls $p$ overdragen als het foton van richting verandert, wordt geabsorbeerd of teruggekaatst. Praktische realisaties hiervan zijn bij voorbeeld de 'Nichols radiometer' (niet te verwarren met de 'Crookes radiometer') en het lichtzeil, zie Wikipedia.
De formules $E_\text{f}=h\cdot f=c\dot p$ gelden voor elektromagnetische straling, niet voor materie.
b. Door zijn traagheid is een foton gevoelig voor de gravitatiekracht.
• Zo verliest een foton dat vanaf het aardoppervlak omhoog gaat, energie (Wikipedia: Pound-Rebka experiment).
• Een foton van een verre ster dat dicht langs de zon scheert en op aarde wordt gedetecteerd, wordt in het gravitatieveld van de zon afgebogen (Wikipedia: Eddington experiment).
• Een foton dat in radiale richting vanaf de waarnemingshorizon van een zwart gat wordt uitgezonden, kan niet ontsnappen.
Voor de vragen 'Hoe zit het met een foton en zijn eigentijd? Als een foton met de snelheid van het licht gaat, verliest het dan de dimensie tijd?': zie
https://www.quantumuniverse.nl/het-probleem-van-de-tijd
https://www.quantumuniverse.nl/wat-is-ruimte-wat-is-tijd
en andere artikelen bij quantumuniverse.nl
15.36 uur
Het rechter lid van de formule lijkt mislukt. Tweede poging:
$E_\text{f}=h\cdot f=c\cdot p$