Diskussion:Kohärenz (Physik)

Dieser Artikel wurde ab Juni 2012 in der Qualitätssicherung Physik unter dem Titel „Kohärenz (Physik)“ diskutiert. Die Diskussion kann im Archiv nachgelesen werden.

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Einleitungstext unverständlich

Aus dem einleitenden Absatz geht mir als Leihe nicht hervor, was Kohärenz ist (nicht signierter Beitrag von 62.224.111.172 (Diskussion) 08:58, 25. Mai 2016 (CEST))

Ganz offensichtlich falsch

Im Artikel steht: "Kohärenz (v. lat.: cohaerere = zusammenhängen) bezeichnet in der Physik die Eigenschaft von Wellen, im dynamischen Verlauf einer gemeinsamen festen Regel zu folgen." Dies ist aus Sicht der Quantenmechanik ganz offensichtlich falsch, denn es setzt die Existenz von "versteckten Parametern" voraus, deren Existenz in der QM widerlegt ist. Es ist ganz offensichtlich von den Schreibern hier völlig unverstanden was Kohärenz ist. Es wird ganz offensichtlich versucht diese Eigenschaft anhand irgend eines plastisch-anschaulichen Bildes zu erklären als ein zeitlich räumliches Uebereinstimmen irgendwelcher Parameter. Dem ist nicht so. Man sollte bei der Erstellung der Artikel doch mehr zwischen dem Halbwissen von Nichtspezialisten und dem Fachwissen von Fachleuten unterscheiden. Gerade bei solchem Spezialwissen kommt man ohne Fachleute nicht aus. (nicht signierter Beitrag von 2A02:8071:291B:2600:B9D5:4870:D1AA:D792 (Diskussion | Beiträge) 06:33, 11. Okt. 2013 (CEST))

Verwechslung

Offenbar sind in dem Artikel die Begriffe "Kohärenz" und "Korrelation" miteinander verwechselt. Das sind zwei verschiedene Dinge. "Korrelation" beschreibt die Interferenzfähigkeit aus der Uebereinstimmung der Phase. "Kohärenz" beschreibt die Interferenzfähigkeit im Energiespektrum. (nicht signierter Beitrag von 2A02:8071:291B:2600:B9D5:4870:D1AA:D792 (Diskussion | Beiträge) 06:33, 11. Okt. 2013 (CEST))

Falsche Kohärenzbedingung in Kapitel Kohärenz (Physik)#Kohärenz als zeitlich konstante Phasendifferenz

Im Artikel findet sich im Kapitel Kohärenz (Physik)#Kohärenz als zeitlich konstante Phasendifferenz folgende Bedingung für Kohärenz:

Eine stationäre Überlagerung zweier beliebiger Wellen $a_{1}(\phi )$ und  $a_{2}(\phi )$ tritt nur dann auf,
wenn an einem beliebigen Ort r gilt
${\frac {d}{dt}}{\bigl (}a_{1}(\varphi )+a_{2}(\varphi ){\bigr )}=0$
Dies ist offenbar im Allgemeinen nur dann erfüllt, wenn $a_{1}(\phi )+a_{2}(\phi +\Delta \phi )=K$ gilt, wobei $\Delta \phi$ eine
konstante Phasenverschiebung darstellt. Der Amplitudenverlauf der beiden Wellen $a_{1}$ und $a_{2}$ muss
bis auf eine feste Phasenverschiebung identisch sein, damit die Überlagerung beider Wellen
zu einer stationären Interferenzerscheinung führt. Nur dann sind die Wellen kohärent.

Dies ist IMHO in zweierlei Hinsicht falsch:

1. Die Bedingung für Stationarität ist nicht, dass die Überlagerung der zwei Wellen eine Konstante ist. Das Charakteristikum für eine stehende Welle ist, dass sich ihr Profil nicht im Raum bewegt. Die Wellenbäuche einer stehenden Welle schwingen aber, d.h. a1+a2 ist nicht konstant.
2. Im Gegensatz zur Aussage des o.g. Abschnittes Satzes ist die Stationarität keine Voraussetzung für Kohärenz.

Der ganze Absatz ist m.E. irreführend und sollte gelöscht werden.--Belsazar 21:13, 31. Mär. 2008 (CEST)

wurde ja bereits mehrfach vorgeschlagen den Absatz zu entfernen -- Geoemyda 15:59, 2. Apr. 2008 (CEST)

Habe den Absatz entfernt.--Belsazar 20:24, 2. Apr. 2008 (CEST)

Zu Pediadeep 22:59, 2. Apr. 2008:

Ganz, ganz wichtig: Die Photonen eines Lasers sind NICHT IN PHASE zueinander!! Sie sind aber räumlich und zeitlich kohärent zueinander, d.h. sie haben alle DIESELBE WELLENLÄNGE, DENSELBEN RÄUMLICHEN URSPRUNG und die SELBE AUSBREITUNGSRICHTUNG. Diese 3 Kriterien sind notwendig und hinreichend für räumliche und zeitliche Kohärenz und ich weiß nicht, warum das so simpel nicht schon irgendwo im Artikel oder der Diskussion steht!? Statt dessen werden die beiden letzten Kriterien nirgends wirklich erwähnt und wenig hilfreich über Autokorrelationsfunktion etc. debattiert.

Beim "hinreichend" bezogen auf das Kriterium des selben Ursprungs muss ich natürlich ein Stück zurückrudern: die Photonen müssen nicht EXAKT den gleichen Weg beschreiben, um zeitlich und räumlich kohärent zueinander zu sein, aber sie dürfen nicht beliebig weit voneinander entfernt sein. Vielleicht könnte dazu mal jemand vom Fach eine mathematische Beziehung des Abstandes zur "Interferenzfähigkeit" von parallel fliegenden Photonen beisteuern (womöglich mal ohne partielle Ableitungen etc.; das müsste eigentlich ein einfacher Zusammenhang sein, bei dem nur lambda eingeht).

Ich habe übrigens "Photonen" und nicht "Wellen" beschrieben, um erstmal die Betrachtung einer komplexeren Wellenfunktion, die ja immer als Summe mehrerer (bis unendlich vieler) Cosinusfunktionen beschrieben werden kann (siehe Fouriertransformation; Ausnahmen wie die Rechteckfunktion vergessen wir jetzt mal), aufzuschieben. Dazu nun folgendes: Wenn ich Prof. Glauber richtig verstanden habe, können auch nicht monochromatische Wellen räumlich und zeitlich kohärant zueinander sein, aber doch nur deren spektrale Anteile, die die selbe Wellenlänge haben! Oder?

-- Felix Tritschler 12:30, 18. Sep. 2009 (CEST)

Also deine 3 Kriterien sind meiner Meinung nach weder hinreichend noch notwendig. Zum Beispiel können Photonen mit dem selben Ursprung vollständig inkohärent sein (bei unkorrelierter Phase), das ist also nicht hinreichend. Andererseits sind zwei Laserstrahlen weiterhin kohärent, auch wenn einer davon abgelenkt wird -> andere Ausbreitungsrichtung, aber weiterhin Kohärent, ist also nicht notwendig.

Zur letzten Frage: bei paarweiser Kohärenz von Spektralanteilen liegt natürlich auch Kohärenz insgesamt vor. Eine Korrelation zwischen unterschiedlichen Frequenzen ist aber auch möglich z.B. beim Frequenzkamm. Das sind Phasen- und Frequenzgekoppelte Moden, also eine Art Kohärenz. -- Physikinger 15:39, 16. Nov. 2009 (CET)

Ein kurze Frage zum van-Cittert-Zernike-Theorem: Die Fouriertransformierte der Intensitätsverteilung der Quelle müsste doch eigentlich in den inversen Raum, also Einheit 1/x gehen. Das müsste doch eigentlich bedeuteten, dass die Darstellung der Fouriertransformierten der kreisrunden Quelle im inversen Raum ist, also die Kohärenz nicht gegen den normalen Raumursprung, sondern gegen Unendlich wächst. Im Artikel selbst wird aber behauptet, dass die Kohärenz mit der räumlichen Entfernung im Großen und ganzen abnimmt. Eigentlich müsste es aber genau umgekehrt sein! -- 212.183.125.203 00:21, 15. Mai 2010 (CEST)

Mit wachsender Entfernung von der Quelle (z.B. einem fernen Stern), werden die Wellenfronten immer flacher, da die Kugeloberfläche lokal immer flacher wird, und kommen immer mehr aus der gleichen Richtung. Daher sollte sich die räumliche Kohärenz mit der Entfernung verbessern. Aber das steht doch auch im Artikel: "...so dass die räumliche Kohärenz daher mit steigender Entfernung zunimmt." (2. Satz). -- Physikinger 12:08, 30. Jun. 2010 (CEST)

Archivierung

Ich habe mal ein Archiv für diese Diskussionsseite für bereits erledigten Diskussionen angelegt. Oben rechts befindet sich der Link zum Archiv.-- Physikinger 11:37, 2. Jul. 2010 (CEST)

Quantenkryptographie und Kohärenz

Wieso wird Quantenkryptographie als Beispiel für Kohärenz angeführt? Diese müsste doch mit Einphotonenquellen durchgeführt werden...

Dieses?

Hier steht:

Licht entsteht aus diskontinuierlichen Emissionsakten, die Photonen-Wellenzüge aussenden. Diese Wellenzüge sind jeweils mit einem regelmäßig oszillierenden Feld verbunden, das willkürlich seine Phase verändert. „Dieses Intervall ...

Die Sätze vorher erwähnen kein Intervall (weder diskontinuierliche Akte noch willkürliche Phasenänderungen haben "ein Intervall", auf das man sich beziehen könnte). Worauf bezieht sich dann "Dieses"?

Mhm ... die "regelmäßige Oszillation" bedeutet eine feste Frequenz; und an der kann man nun Intervalle festmachen, z.B. zwischen zwei Schwingungsbäuchen. Ist "dieses" Intervall gemeint? Dann muss es, referenzhalber, trotzdem im vorherigen Satz explizit erwähnt werden. --Haraldmmueller (Diskussion) 18:23, 17. Jun. 2020 (CEST)

Kohärenz und Inkohärenz in der Quantenmechanik

In Benutzer_Diskussion:Bleckneuhaus/Sandkasten/Kohärenz habe ich zu dieser Überschrift einen neuen Abschnitt vorbereitet. Es muss noch ein weiterer Unter-Abschnitt zum Dichtoperator dazukommen, aber seht Euch das doch bitte schon mal an! --Bleckneuhaus (Diskussion) 12:25, 5. Mär. 2024 (CET)

Soeben eingefügt. Bitte überprüfen. Unterabschnitt zu Dichteoperatoren noch in der Mache. --Bleckneuhaus (Diskussion) 17:19, 8. Mär. 2024 (CET)

Jetzt steht in Benutzer_Diskussion:Bleckneuhaus/Sandkasten/Kohärenz auch ein erster Wurf zum Dichteoperator. Wie immer - bitte überprüfen! --Bleckneuhaus (Diskussion) 13:45, 10. Mär. 2024 (CET)

ich habe ein paar Kleinigkeiten geändert: (1) "hermitesch selbstadjungiert" ist mE doppelt gemoppelt. Eins der beiden Adjektive genügt. (2) die Charakterisierung von gemischten Zuständen durch $\rho ^{2}<\rho$ ist (sorry für die Beckmesserei) nicht korrekt, da das nur für $\rho$ mit vollem Rang gilt (sonst gilt nur $\rho ^{2}\leq \rho$, was aber auch für reines $\rho$ gilt)). Zwei äquivalente Bedingungen für "die positive Spurklasse Matrix $\rho$ ist eine gemischte Dichtematrix" sind (i) $\rho <1$ und (ii) $\mathrm {tr} (\rho ^{2})<1$. (2) ich fand das "frei wählbar" irritierend, da für gegebenes $\rho$ natürlich nur manche Ensembles zulässig sind. Ich vermute, dass hier gesagt werden soll, dass $(p_{n},P_{\psi _{n}})$ für jede Wahl von $\psi _{n}$ (und $p_{n}>0$, die sich zu 1 summieren), eine Dichtematrix ergibt. (Wenn das nicht gemeint ist, gerne revert.) (4) Wenn man, wie der Ausdruck "Dichteoperator" (statt "Dichtematrix") nahelegt, auch unendlichdimensionale Hilberträume betrachten will, sollte eigentlich der Begriff des Spurklasseoperators verlinkt werden (oder der des Zustands als normiertes positives lineares Funktional...) und ausserdem sollte die Summe dann bis $N=\infty$ gehen (können). Vielleicht wäre es in diesem Artikel besser, sich auf $\mathrm {dim} {\mathcal {H}}<\infty$ zu beschränken? Dann würde ich $\rho$ als Dichtematrix bezeichnen. --Qcomp (Diskussion) 21:39, 10. Mär. 2024 (CET)

Also auf jeden Fall herzlichsten Dank! Bevor ich das näher ansehen kann (ich bin auf dieser Ebene der mathematischen Korrektheit ja keine großer Experte), will ich auf den neuen Absatz "Verschränkte Teilsysteme zeigen sich bei Teilmessungen als inkohärente Gemische" im Sandkasten hinweisen. Das ist der Sache nach alles hoffentlich richtig, und für mich nebenbei auch eine kleine Entdeckung: jetzt ist (mir) klar, dass auch einzelne Expemplare eines Systems durch eine Dichtematrix besxchrieben werden müssen, nicht nur die für die Anschauung hilfsweise so viel bequemeren großen Ensembles. --Bleckneuhaus (Diskussion) 22:36, 10. Mär. 2024 (CET)

sieht alles korrekt aus; ich habe nur ergänzt, dass der HR des zusammengesetzten Systems das Tensorprodukt der Räume der Teilsysteme ist.

Evt wäre am Ende des Abschnitts auch ein Kommentar interessant, der die drei verschiedenen Blickwinkel auf das durch $\rho$ beschriebene System (bzw. drei verschiedenen Präparationsmöglichkeiten für $\rho =\sum _{n}p_{n}P_{\psi _{n}}$ anspricht: (i) Präparation des verschränkten Zustands $|\Psi \rangle =\sum _{n}{\sqrt {p_{n}}}|\psi _{n}\rangle |e_{n}\rangle$ (für beliebige orthonormale $|e_{n}\rangle \in {\mathcal {H}}_{Y}$) (solchen Zustände werden als "Reinigung" von $\rho$ bezeichnet); (ii) probabilistische Präparation: erzeuge $|\psi _{n}\rangle$ mit Wahrscheinlichkeit $p_{n}$ (und "vergiss" $n$) oder (iii) Ensemble: für grosses $N$ präpariere $p_{n}N$ Systeme im Zustand $|\psi _{n}\rangle$ (und dann greife zufällig eines heraus). --- Solange man nur am Teilsystem $X$ sind die drei Wege völlig äquivalent, aber die Art von "Nichtwissen", die ausgedrückt wird, ist verschieden. --Qcomp (Diskussion) 08:11, 11. Mär. 2024 (CET)

+1. Ich fände es gut, wenn Du einen solchen Absatz einfügst. --Bleckneuhaus (Diskussion) 13:31, 12. Mär. 2024 (CET)

Zu den mathematischen Präzisierungen, die Du vorschlägst, kann ich eigentlich nichts sagen. (Vom Begriff Spurklasse habe nur ganz entfernt kürzlich mal gehört.) Korrigiere bitte das nötige. Ich hatte „Dichtematrix “ vermieden, weil das immer gleich an die Wahl einer bestimmten Basis denken lässt. --Bleckneuhaus (Diskussion) 13:46, 12. Mär. 2024 (CET)