Golvend lichtdeeltje

[QED]

Na lang zoeken, is het me gelukt om een experiment te vinden waarin werd "aangetoont" dat licht een golf is. Dit experiment staat hier in de animantie. Nu komen mijn veronderstellingen:

- Licht is een foton (wordt gedacht)

- Een foton is een massaloos deeltje

- Licht golft

En nu loop ik vast. Hoe kan een deeltje golven? Kan iemand dat uitleggen en alsjeblieft ook een voorbeeld geven van een experiment geven waarin wordt aangetoont dat licht een deeltje is? (Heeft iets te maken met het foto-elektrisch effect, maar hoe Einstein tot de conclusie is gekomen dat licht dan een deeltje is, weet ik niet. Misschien zou iemand dat ook kunnen uitleggen?)

[Jan van de Velde]

http://nl.wikipedia.org/wiki/Dualiteit_van...ven_en_deeltjes

Ja, het is merkwaardig, en nee, begrijpelijk is dat niet.

[QED]

Daar had ik ook meerendeel van mijn informatie vandaan, maar daar werd ik niet veel wijzer van . Ik wil me er gerust bij neerleggen DAT het zo is, maar er moet ooit iemand zijn geweest die heeft gedacht dat licht een deeltje was. Dit zou hij niet zomaar hebben gezegd, maar op basis van een bepaalde waarneming. Om mijn vraag drastisch in te korten: welke waarneming is dit? Op basis waarvan heeft Einstein Huygens' theorie (gedeeltelijk) verworpen?

[stoker]

welke waarneming is dit? Op basis waarvan heeft Einstein Huygens' theorie (gedeeltelijk) verworpen?

Volgens die wikipediapagina, is het inderdaad door het fotoelektrisch effect.

dus daar heb je je antwoord zeker?

[QED]

Wacht eens even. Kan een golf energie hebben? Want als dat zo zou zijn, dan kun je het foto-elektrisch effect inderdaad gebruiken. Want stel: als golven geen energie kunnen hebben, dan zouden fotonen geen energie kunnen hebben. Dit is niet waar, dus moet je wel zeggen dat fotonen geen golfjes zijn. Deeltjes echter kunnen geen frequentie hebben, maar kunnen wel energie bevatten. Als je die twee combineert, krijg je een "deeltje" dat energie EN een frequentie heeft. Dan moet mijn eerste veronderstelling (golven kunnen geen energie bevatten) wel kloppen natuurlijk.

Klopt hetgeen wat hierboven staat, want als dat zo is, ben ik uit mijn dilemma .

[stoker]

golven 'hebben' energie. maar nu zit je de dualiteit weer uit elkaar te halen? fotonen zijn zowel deeltje als golf. en een deeltje is wel een (groot) aantal golven!

[QED]

Kan dat wel? Een golf is toch alleen de beweging? Volgende stelling (op basis van opmerkingen): Een foton is een speciaal deeltje, waarbij de energie afhankelijk is van manier waarop die beweegt. Klopt deze dan wel?

[Phys]

Een foton is een speciaal deeltje, waarbij waarvan de energie afhankelijk is van de manier waarop die het foton beweegt.

Dat is nogal een nietszeggende 'stelling', want de energie van een object hangt per definitie af van zijn beweging (denk immers aan kinetische energie).

Eerlijk gezegd ben ik er na al deze berichten nog steeds niet achter wat precies je vraag is. Vraag je je af in hoeverre licht een golfverschijnsel en in hoeverre een deeltjesverschijnsel is? Vermoedelijk niet, want dat is te lezen op de wikipedia-pagina.

Zou je je dilemma nog een keer in heldere bewoordingen kunnen uitleggen?

[QED]

Natuurlijk :

Ik kan een experiment noemen waaruit duidelijk wordt dat licht een golf is (zie de link in de eerste post). Licht bestaat uit fotonen (massaloze deeltjes). Huygens dacht dat licht bestond uit golven, maar Einstein verwierp dit idee (gedeeltelijk), naar aanleiding van proeven met het foto-elektrisch effect. Mijn vraag is eigenlijk (heel concreet dan wel): hoe kram Einstein tot de conclusie dat licht uit deeltjes moest bestaan, naar aanleiding van het foto-elektrisch effect? Of anders: Hoe kun je weten dat licht bestaat uit deeltjes (fotonen).

Hopelijk is het nu WEL een beetje duidelijk.

[Jan van de Velde]

Dat licht een stroom deeltjes is concludeer je uit de UV catastrofe, uit het foto-elektrisch effect, en uit zaken als het zonnezeil. (Planck, Einstein)

Dat licht een golfverschijnsel is concludeer je uit interferentieverschijnselen (Huygens, Young)

Dat we niet voor beide gedragingen één verklaring hebben, is omdat we er nog geen bal van begrijpen, en we noemen dat voorlopig maar dualiteit. Mogelijk zal ooit blijken dat het, goed beschouwd, geen van beide is, en dat zowel golven als deeltjes slechts onbeholpen theorieën van een onderontwikkeld volkje waren .

[QED]

Maar hoezo dan uit het foto-elektrisch effect?

[Phys]

Zeker, een stuk duidelijker!

Mijn vraag is eigenlijk (heel concreet dan wel): hoe kram Einstein tot de conclusie dat licht uit deeltjes moest bestaan, naar aanleiding van het foto-elektrisch effect? Of anders: Hoe kun je weten dat licht bestaat uit deeltjes (fotonen).

In het foto-elektrisch effect maakt een invallende lichtbundel elektronen vrij uit metaal. Wat blijkt echter? Indien het licht een bepaalde, te lage, frequentie heeft worden er helemaal geen elektronen vrijgemaakt. Je kunt die bundel een zo hoge intensiteit geven als je wilt, maar bij die te lage frequentie gebeurt het gewoon niet. Dat is vreemd! Immers, volgens de klassieke golftheorie (Huygens) is de amplitude van de golf evenredig met zijn intensiteit, en onafhankelijk van de frequentie. Dat is een duidelijke tegenspraak.

Einstein postuleerde nu dat de elektronen slechts energie in discrete hoeveelheden (de quanta, oftewel de fotonen) kunnen ontvangen. Die discrete energie hangt dan af van de frequentie volgens E=hf. We stellen ons nu dus voor dat licht uit fotonen bestaat, en dat de fotonen een energie E=hf bezitten. Een hoge frequentie resulteert zo in een grote energie per foton. Een hoge lichtintensiteit resulteert in veel fotonen, met ieder foton nog steeds diezelfde energie E=hf. Als een foton een elektron tegenkomt, zal hij AL zijn energie (E=hf) overdragen aan het elektron. Een elektron wordt pas vrijgemaakt vanaf een bepaalde energie.

Hoogfrequent licht zal dus inderdaad elektronen vrijmaken, want ieder foton heeft een voldoende grote energie om over te dragen aan een elektron. Een grotere intensiteit van het hoogfrequente licht maakt meer elektronen vrij.

Maar dit was het probleem niet.

Laagfrequent licht maakt volgens dit model inderdaad geen elektronen vrij: ieder foton dat zijn energie overdraagt aan een elektron, heeft te weinig energie dus het elektron komt niet los. Je kunt wel meer fotonen eropaf sturen (grote intensiteit), maar nog steeds heeft ieder foton een te lage energie, dus gebeurt er niets.

Et voila: het verschijnsel is verklaard

[Jan van de Velde]

Je kunt nog zó'n intensieve rode laser laten schijnen op een blokje barium, je maakt niet één elektron los. Pak een blauw lampje ( λ < 492 nm) en er is ineens een rechtlijnig verband tussen het aantal losgemaakte elektronen en de intensiteit van de straal.

Licht bestaat dus uit energiepakketjes.

Zijn de afzonderlijke energiepakketjes te klein, dan komen er géén elektronen los, hoeveel van die pakketjes je er ook op afstuurt. Zijn de pakketjes groter dan nodig om een elektron los te slaan, dan komen er ook niet méér elektronen los.

1000 fotonen/s ( λ = 493 nm): geen losgemaakte elektronen

1 bazillion fotonen/s ( λ = 493 nm): nog steeds geen losgemaakte elektronen

1000 fotonen/s ( λ = 491 nm): 1000 losgemaakte elektronen/s

1000 fotonen/s ( λ = 400 nm): nog steeds 1000 losgemaakte elektronen/s

2000 fotonen/s ( λ = 400 nm): 2000 losgemaakte elektronen/s

2 bazillion fotonen/s ( λ = 400 nm): 2 bazillion losgemaakte elektronen/s

[gouwepeer]

Want stel: als golven geen energie kunnen hebben, dan zouden fotonen geen energie kunnen hebben.

Deze golven komen vanuit een bron welke energie omzet in golven.

Het verbruikte enegie is dus gelijk aan de energie in de golf (uitgaande van een rendament van 100% om het verhaal kort te houden).

Om massa voort te blijven bewegen heb je energie nodig,waardoor een golf in amplitude kan verminderen. Een geluidsgolf loopt namelijk ook niet oneindig door.

Aangezien een foton nagenoeg geen massa heeft, heeft het dus ook geen energie nodig om door te kunnen blijven gaan.

[Phys]

Aangezien een foton nagenoeg geen massa heeft

Een foton heeft geen massa.