Phonon
In der Physik ist ein Phonon eine quantisierte Gitterschwingung. Das Wort quantisiert wird in der Physik verwendet, um zu bedeuten, dass nur bestimmte Werte von etwas erlaubt sind. Etwas, das quantisiert ist, kann man sich als Treppe vorstellen; man kann sich nur von Stufe zu Stufe bewegen und kann nicht zwischen den Stufen stehen. Etwas, das nicht quantisiert ist, kann man sich als Rampe oder sanfte Steigung vorstellen; man kann sich jede beliebige Strecke nach oben oder unten bewegen. Ein Gitter ist die sich wiederholende oder periodische Struktur eines Kristalls. Ein Kristall setzt sich aus Atomen oder Molekülen in einem bestimmten Muster zusammen. Der Punkt auf dem Muster, an dem sich die Atome oder Moleküle befinden, ist das Gitter. Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase können Schwingungen erfahren. Eine Schwingung, die quantisiert wird, bedeutet, dass nur bestimmte Schwingungsfrequenzen zulässig sind.
Intuitiv gibt es keinen Grund, Gitterschwingungen zu quantisieren. Die makroskopischen oder großräumigen Schwingungen eines Materials werden nicht quantisiert und können im Wesentlichen jede Frequenz annehmen. Erst wenn wir die winzigen Schwingungen der Teilchen, aus denen ein Material besteht - Atome und Moleküle - betrachten, wird das Konzept der Quantisierung und der Phononen wichtig. Um zu verstehen, warum es Phononen gibt, bedarf es einer komplizierten Quantenmechanik. Ohne zu sehr ins Detail zu gehen, werden die Wechselwirkungen zwischen den Atomen oder Molekülen, aus denen ein Kristall besteht, quantenmechanisch analysiert. Aufgrund ihrer Anordnung in einem Muster, das sich wiederholt, wenn man zu einem mathematischen Ausdruck für die Schwingungsfrequenz gelangt, stellt man fest, dass nur bestimmte quantisierte Werte zulässig sind. Es gibt leider keine einfache Möglichkeit, dies zu erklären.
Fragen und Antworten
F: Was ist ein Phonon?
A: Ein Phonon ist in der Physik eine quantisierte Gitterschwingung.
F: Was bedeutet das Wort "quantisiert" in der Physik?
A: In der Physik bedeutet das Wort quantisiert, dass nur bestimmte Werte von etwas erlaubt sind.
F: Wie kann man sich etwas, das quantisiert ist, vorstellen?
A: Etwas, das gequantelt ist, kann man sich wie eine Treppe vorstellen: Sie können nur von Stufe zu Stufe gehen und nicht zwischen den Stufen stehen bleiben.
F: Was ist ein Gitter?
A: Ein Gitter ist die sich wiederholende oder periodische Struktur eines Kristalls, die aus Atomen oder Molekülen in einem bestimmten Muster mit Punkten auf dem Muster besteht, an denen sich die Atome oder Moleküle befinden.
F: Können Festkörper, Flüssigkeiten und Gase alle Schwingungen erfahren?
A: Ja, Festkörper, Flüssigkeiten und Gase können alle Schwingungen erfahren.
F: Warum gibt es Phononen?
A: Um zu verstehen, warum es Phononen gibt, ist eine komplizierte Quantenmechanik erforderlich. Ohne zu sehr ins Detail zu gehen, werden die Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Atomen oder Molekülen eines Kristalls quantenmechanisch analysiert. Wenn man zu einem mathematischen Ausdruck für die Schwingungsfrequenz kommt, stellt man fest, dass es aufgrund ihrer Anordnung in einem sich wiederholenden Muster nur bestimmte quantisierte Werte gibt.
