Photonen gehören zu den Bosonen. Wie alle Bosonen bewirken auch Photonen Kräfte, nämlich die elektrischen und magnetischen Kräfte. Elektromagnetische Kräfte treten in zwei recht unterschiedlichen Formen auf. Zum einen wirkt zwischen zwei elektrisch geladenen Körpern eine Kraft, zum anderen ist Licht eine elektromagnetische Welle und kann geladene Objekte beeinflussen.
In alltäglichen Situationen tritt die elektrische Kraft nicht als Teilchen auf, die man Photonen nennen könnte. Es gibt vielmehr kontinulierliche elektrische und magnetische Felder, die man recht genau vermessen kann. Zwei geladene Objekte bewirken eine Kraft aufeinander, die stetig zunimmt, wenn sich die Körper annähern. Es gibt aber Experimente, in denen die Wirkung der elektrischen Kraft tatsächlich gut durch Photonen beschrieben werden kann. Bei solchen Streuexperimenten werden geladene Elementarteilchen aufeinander geschossen und man misst wieviel "Energie und Impuls die Teilchen miteinander austauschen. Ein solches Paket von Energie und Impuls kann als Photon aufgefasst werden, das von einem Teilchen auf das andere Übertragen wird.
Licht, das als klassische Wellenerscheinung bekannt ist, hat zudem die Eigenschaft, dass es von Materie nur in bestimmten Portionen aufgenommen oder abgegeben werden kann. Auch die von Materie aufgenommenen Lichtportionen werden als Photonen bezeichnet. Wie Licht aus Photonen aufgebaut ist beschreibe ich auf der Seite "Licht aus Photonen"
Nimmt ein Atom ein Photon aus dem Licht auf, so gibt es feste Auswahlregeln, die festlegen, welche Eigenschaften des Atoms sich ändern dürfen. Die stärkste dieser Regeln ist, dass sich bei der Lichtaufnahme der Drehimpuls das Atoms immer um genau eine Quantenzahl ändert. Das liegt daran, dass Photonen die Spinquantenzahl 1 haben.
Es gibt zwei verschiedene Eigenschaften, die man als Teilcheneigenschaften bezeichen könnte. Zum einen bilden Teilchen eine Einheit, sie werden als ganzes erzeugt und vernichtet. Zum anderen stellt man sich Teilchen als kompakte Gebilde vor, die einen begrenzten Raum einnehmen. Photonen sind Teilchen im ersten Sinne. Licht kann auf atomarer Ebene nur in kleinen Paketen erzeugt und vernichtet werden.
Als einzelne Teilchen im zweiten Sinne kommen Photonen dagegen kaum vor. Es ist zwar im Labor möglich, einzelne Photonen zu erzeugen und nachzuweisen, die von einzelnen Atomen erzeugt wurden. Meistens befindet sich Licht jedoch in einem Zustand, der keine Körnigkeit aufweist. Das liegt daran, dass Photonen als Bosonen dazu neigen einen gemeinsamen quantenmechanischen Zustand einzunehmen (siehe Bose- Einstein- Kondensat).
Licht besteht daher immer aus einer großen Anzahl ununterscheidbarer Photonen. Die Anzahl von Photonen im Licht kann aber grundsätzlich nicht gemessen, meistens nicht einmal berechnet werden. Dies hängt mit der heisenbergschen Unschärferelation zusammen, nach der bestimmte Größen nicht gleichzeitig scharf gemessen werden können. Im Falle eines Lichtfeldes kann die Phasenlage der Welle nicht gleichzeitig mit der Zahl der Photonen bestimmt sein.
Müssten Photonen nicht nach E=mc² Masse haben?
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Letzte Änderung: 02.09.2005