@mastermindKlingt schon fast richtig
mastermind schrieb:Die Gruppengeschwindidkeit eines Wellenpaketes ist die Geschwindigkeit, mit der sich eine Änderung der Amplitude der Wellen ausbreitet.
Gruppengeschwindigkeit ist nicht die Ausbreitung der Änderung sondern die Ausbreitung des Maximums der Amplitude.
Ich versuch es mal möglichst anschaulich zu erklären, damit auch andere was davon haben.
Man nehme zwei unendliche Sinuswellen mit verschiedener Wellenlänge (und zur Vereinfachung gleicher Amplitude). Bei diesen ist es noch egal welchen Punkt man sich aussucht um die Phasengeschwindigkeit zu erklären. Ich nehme mir aber einen der Schnittpunkte mit der X-Achse, was später noch wichtig ist.
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit dieses Schnittpunktes ist gerade die Phasengeschwindigkeit. Im Vakuum ist diese bei allen Wellenlängen gleich.
Lege ich nun zwei Sinuswellen übereinander, so interferieren diese. Durch die unterschiedliche Wellenlänge gibt es Bereiche an denen Wellenberg der einen Welle und Wellental der anderen aufeinandertreffen (destruktive Interferenz), an anderen Stellen treffen jeweils Wellenberg und Wellenberg bzw Wellental und Wellental aufeinander (konstruktive Interferenz). Es entsteht ein Welle deren Amplitude sich ändert von 0 bis 2 (Addition der Amplituden der beiden Sinuswellen). Man kann dazu auch Wellenpakete sagen.
Die Phasengeschwindigkeit ist nun wieder die Ausbreitungsgeschwindigkeit eines Schnittpunktes der Welle mit der X-Achse. Die Gruppengeschwindigkeit ist hingegen die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Maximums.
Ist die Phasengeschwindigkeit der beiden Sinuswellen gleich, wie es im Vakuum der Fall ist, so bewegen sich z.B. auch die Wellenberge bzw. Maxima der beiden Wellen mit gleicher Geschwindigkeit, und somit bewegt sich das Maximum des Wellenpaketes mit der gleichen Geschwindigkeit. Phasen- und Gruppengeschwindigkeit sind gleich.
In Materie kommt es zur Dispersion, das heißt abhängig von der Wellenlänge wird die Phasengeschwindigkeit beeinflußt. Da sich dann die beiden Sinuswellen verschieden schnell bewegen, und sich somit die Bereiche in denen konstruktive und destruktive Interferenz auftritt relativ zur Phasengeschwindigkeit verschieben, ist auch die Gruppengeschwindigkeit nicht mehr gleich der Phasengeschwindigkeit des Wellenpaketes. Normalerweise ist die Phasengeschwindigkeit der größeren Wellenlänge etwas größer, die Gruppengeschwindigkeit nimmt ab. Bei anomaler Dispersion ist aber die kleinere Wellenlänge schneller, und die resultierende Gruppengeschwindigkeit ist schneller als die Phasengeschwindigkeit des Wellenpaketes.
Anschaulich ist das auf
http://www.chemgapedia.de/vsengine/vlu/vsc/de/ch/13/vlu/spektroskopie/theorie/dispersion.vlu/Page/vsc/de/ch/13/pc/spektroskopie/theorie/dispersion/disp6.vscml.htmlsehr schön dargestellt.
Die unendliche Sinuswelle ist aber nur eine idealisierte Vorstellung, quasi das mathematische Ergebnis der Aufspaltung eines Wellenpaketes. In der Natur haben wir es aber auch nur mit Wellenpaketen zu tun, die man zwar wie in einem Prisma relativ weit aufspalten kann, aber bis zum mathematischen Konstrukt der unendlichen Sinuswelle/Elementarwelle kommt man aber nicht.
http://www.quantenwelt.de/licht/photonen/Man muss also eigentlich das Wellenpaket als Überlagerung von Teilpaketen betrachten. Unterscheiden sich die Phasengeschwindigkeiten der Teilpakete, wie bei der anomalen Dispersion, so wird zwar die Gruppengeschwindigkeit schneller als Lichtgeschwindigkeit im Vakuum, aber je größer die Gruppengeschwindigkeit, desto schneller entfernen sich die Teilpakete voneinander und das große Wellenpaket "zerfließt".
So und nu hab ich nen Knoten im Hirn
;)