Dekohärenz und atomare Energieportionen

   


Auch Energie ist relativ

   





D i s k u s s i o n


  Beitrag 1963-13
Dekohärenz: Hier treffend charakterisiert

 
 
Irena aus 1963-12:
 
... jede Wechselwirkung ist eine Äußerung der Wellenfunktion, die durch diese Äußerung irreversibel wird (Dekohärenz).

Es geht nicht um ständigen Zerfall und Erzeugung der Materie. Es geht nur um ständige ERZEUGUNG der Materie, die durch ständige Wechselwirkungen der Quanten sich manifestiert.


Genau so sehe ich das auch.

grtgrt
 

  Beitrag 1963-32
Wichtige Klarstellung

 
Hi,

hier der Antwort zum mit E... diskutierten Thema Wellenkollaps/Dekohärenz von einem Fachmann Joachim Schulz (siehe auch http://www.scilogs.de/wblogs/blog/quantenwelt/conte...) aus Quantenforum ( http://www.quantenforum.de/viewtopic.php?f=6&t=... ):

Zitat:
Ja, genau. Der neue Zustand nach dem Kollaps ist wieder ein Quantenzustand, der durch eine neue, reduzierte Wellenfunktion beschrieben wird. Es ist nicht so, dass da aus einer Welle ein klassisches Teilchen entsteht, das von da an keine Welleneigenschaften mehr hat. Die Welt bleibt quantenmechanisch.

Gruß Irena

Hinweis von grtgrt:
 
Wichtig noch:

Die Wellenfunktion — bzw. der Zustand nach dem Kollaps — ist nicht wirklich reduziert, sondern  e r s c h e i n t  uns nur so, da man den Zustand ja stets als Linearkombination zweier zueinander orthogonaler Zustände darstellt (gegeben durch die Messfrage). Nach dem "Kollaps" aber ist einer dieser beiden Zustände aber der, in den die "Messung" das Quant gebracht hat.

Der hin und wieder angetroffene Begriff » reiner Zustand « ist stets nur relativ zur Messfrage wohldefiniert, denn Antwort auf eine quantenphysikalische Messfrage kann ganz grundsätzlich stets nur ein JA oder ein NEIN sein.

So kann man z.B. ein Photon nicht nach seiner Polarisierung fragen. Man kann stets nur eine der — unendlich vielen — möglichen Polarisierungsrichtungen R vorgeben und dann fragen: » Liebes Photon, bist du in Richtung R polarisiert? «

Die Antwort wird ein JA oder ein NEIN sein — und das auch dann, wenn das Photon vor seinem Zusammentreffen mit der Messapparatur in einer Richtung polarisiert gewesen sein sollte, die weder R noch senkrecht zu R war:

Ergebnis einer Messung ist eben stets nur Wissen über den Zustand des Photons  n a c h  der Messung.

 

 

  Beitrag 117-1005
Dekohärenz: Nochmals erklärt

 
 
Henry aus 117-1004:
 
da die Wellenfunktion eines isolierten Systems bei Kontakt mit der "Umwelt" auf das neue, Gesamtsystem übertragen wird und jedes System in unserem Kosmos letztlich mit jedem anderen in Kontakt war und weiterhin die Dekohärenz irreversibel ist, macht nur eine Beschreibung des gesamten Universums als System bzgl. der Wellenfunktion Sinn   oder Unsinn, was ich eher annehme.


Ebenso sehe ich das auch, wobei das Wort "Unsinn" sich aber nur auf jeden nur denkbaren Versuch der Menschen beziehen kann, die Wellenfunktion des Universums tatsächlich genau zu errechnen: Die Schrödinger-Gleichung fürs gesamte Universum aufzustellen und zu lösen ist ein völlig aussichtloses Unterfangen.

Sie existiert andererseits wirklich, und unser Universum entwickelt sich ihr entsprechend.

Alle Gesetze, die wir uns ausrechnen, diese Entwicklung zu beschreiben, sind lediglich Approximation davon.

Wo immer ein Elementarereignis passiert, wird jene Wellenfunktion gestört (so wie das Werfen eines Steins in einen See seine Oberfläche stört, so dass sie in der Umgebung der Stelle, an der der Stein das Wasser berührt, neue Form bekommt).

Dekohärenz ist genau das: Ein Abändern der Schrödingergleichung (und daher der Wellenfunktion) mit Auswirkungen, die vor allem an der Stelle, an der das Elementarereignis passiert, groß genug sein können, um durch uns beobachtbar zu sein.


grtgrt
 

  Beitrag 117-1007
-

 
 
C... aus 117-1006:
 
Hmm, Grtgrt, existiert sie nun oder wird sie abgeändert?

Ich meine, der Sinn der (zeitabhängigen) Schrödingergleichung ist doch, eine exakte Berechnung eines Zustands an beliebiger räumlicher und zeitlicher Koordinate. Wenn die Wellenfunktion aber nun ständig unvorhersehbar abgeändert wird, so ist das m.E. äquivalent mit der Aussage, dass es die eine universell gültige Wellenfunktion des Universums eben nicht gibt.


Hi C...,

du siehst die Schrödingergleichung als Konstante, ich aber nehme zur Kenntnis, dass sie eine Variable ist, deren Wert durch jedes in unserem Universum stattfindende Elementarereignis ein klein wenig abgeändert wird.

Aus meiner Sicht also hat die Schrödingergleichung einen zusätzlichen Parameter "Gegenwart".
Da der seinen Wert "Grenze zwischen Vergangenheit und Zukunft" ständig ändert, ändert das auch ständig die Gleichung und deren Lösung (die Wellenfunktion des Universums).

Gruß, grtgrt
 

Der Kollaps der Wellenfunktion wird insofern als irreversibel bezeichnet, als sie sich in der Gegenwart nicht mehr daran erinnert, wie sie zu verschiedenen Zeitpunkten der Vergangenheit definiert war. Martin Carrier (Physiker, Inhaber eines Lehrstuhls für Wissenschaftsphilosophie) sagt es so:

Martin Carrier (S. 89 aus seinem Buch Raum-Zeit, 2009):
 
Messprozesse in der Quantenmechanik werden als Kopplung zwischen einem Quantensystem und einer Messapparatur beschrieben.

Die Schrödinger-Gleichung — die zeitumkehrbare Grundgleichung der Quantenmechanik — liefert für diesen Fall ein Spektrum von möglichen Messwerten und deren Eintretungswahrscheinlichkeiten. Schickt man etwa ein Photon durch einen Polarisator, so erhält man aus der Schrödinger-Gleichung die Wahrschein­lich­keiten dafür, dass das Photon einen Analysator mit unterschiedlichen Winkeldifferenzen zum Polarisator passiert.

Die Schrödinger-Gleichung führt also zu einer Wahrscheinlichkeitsverteilung, nicht aber zur Vorhersage spezifischer Beobachtungen.

Im traditionellen Aufbau der Quantenmechanik wird der Schrödinger-Gleichung das sog. Projektionspostulat hinzugefügt: Es besagt, dass einer der Messwerte tatsächlich angenommen wird.


Dieses unabhängige Postulat beschreibt den irreversiblen Kollaps der Wellenfunktion: Das Spektrum der  M ö g l i c h k e i t e n  kollabiert zu einem Messwert.

Bei Wiederholung gleichartiger Experimente stimmen die beobachteten relativen Häufigkeiten mit den von der Schrödinger-Gleichung antipizierten Wahrscheinlichkeiten überein.

 

  Beitrag 1986-1
Wie physikalische Objekte dekohärent werden (und sich so fortentwickeln) — Lebenszyklus der Elementarteilchen

 
 

Zum Lebenszyklus von Elementarteilchen

und

wie makroskopische Objekte dekohärent werden (und sich so fortentwickeln)



Es ist vernünftig, sich vorzustellen, dass jedes Elementarteilchen
  • durch ein Elementarereignis erzeugt wird
  • und im nächsten Elementarereignis, an dem es beteiligt ist, stirbt.

Ein Elementarereignis in diesem Sinne ist ein Ereignis E, welches
  • zwei virtuelle Teilchen (solche mit extrem kurzer Lebensdauer und entgegengesetzter Ladung) aus dem Nichts entstehen lässt
  • oder Kollision von Elementarteilchen (sein Input ist dann eine Menge sich allzu nahe kommender Elementarteilchen, sein Output ist eine andere Menge von Elementarteilchen).

Mit anderen Worten:

Jedes Elementarereignis E ersetzt eine Menge von Elementarteilchen durch eine andere.

Eine – und nur eine – dieser beiden Mengen kann leer sein (recht oft aber sind beide nicht leer).


Obgleich die Teilchen in Output( E ) denen in Input( E ) oft recht ähnlich sind, sollte man sie dennoch als neue Teilchen begreifen, die als Ersatz der alten ins Leben gerufen werden.

Alle Elemente von Output( E ) existieren zunächst in einem Überlagerungszustand. Erst wenn so ein Teilchen mit anderen kollidiert, — interagiert —, konkretisiert sich sein Zustand (die Kopenhagener Deutung nennt das den Zusammenbruch der Wellenfunktion des Teilchens, in modernerer Sprache sagt man stattdessen auch, das Teilchen werde dekohärent). Der Wert der Eigenschaften, die so als einziger und zugleich letzter Zustand des Teilchen dem Beobachter erfahrbar werden, sind sozusagen die einzige Äußerung, mit der das Teilchen sich seiner Umgebung mitteilt.


Makroskopische physikalische Objekte O, solche also, die aus mehr als nur einem Elementarteilchen bestehen, werden schrittweise und ständig neu dekohärent. Jeder solche Schritt besteht darin, dass ein zu O gehörendes Elementarteilchen dekohärent wird (sich also ersetzt durch andere bzw. durch ein anderes, ihm sehr ähnliches).

Beispiel: Wenn ein Elektron eine Moleküls mit einem daherkommenden Photon hinreichend hoher Energie kollidiert, kann es vorkommen, dass das Elektron ersetzt wird durch eines in einem höheren, also energiereicheren Orbital des Moleküls (oder Atoms). Das Photon hört auf zu existieren oder wird ersetzt durch ein weniger energiereiches.


Aus ein und demselbem Elemetarereignis hervorgehende Elementarteilchen e1 und e2 werden oft (aber – wie man heute erkannt zu haben glaubt – nicht immer) miteinander verschränkt sein. Verschränkung ist eine Art Verwandtschaftsbeziehung, die bewirkt, dass, wenn e1 dekohärent wird, e2 ohne jede Verzögerung in einen Zustand gerät, der bewirkt, dass wenn e2 irgendwann auch dekohärent wird, der Wert des Zustandes, in dem es sich e2 dann zeigt, korrelliert ist zu dem, in dem sich vormals e1 gezeigt hat.

Man könnte also sagen: Sind e1 und e2 miteinander verschränkte Elementarteilchen, und wird e1 dekohärent, so wird e2 virtuell dekohärent, existiert aber weiter (virtuell, d.h. immer noch in einem Überlagerungszustand). Dies gilt unabhängig davon, wie weit e1 und e2 von einander entfernt waren, als e1 dekohärent wurde (und so seine Existenz beendet hat).


Gebhard Greiter (grtgrt)

 

  Beitrag 1972-87
Was die Kollision von Elementarteilchen konkret bedeutet

 
 

Was man unter der Kollision zweier Elementarteilchen versteht


Genau dann, wenn zwei Elementarteilchen einander zwingen, gemeinsam dekohärent zu werden
( d.h. zu verschmelzen und sich neu aufzuteilen )
sagt man, sie kollidieren.



Siehe auch: Lebenszyklus eines Elementarteilchens

 

  Beitrag 2008-1
-

 
 

Zu dem, was Quantenphysiker den » Messprozess « nennen

Er passiert, wo immer Quantensysteme Q und M miteinander kollidieren,



und besteht darin, dass mit einer Messvorrichtung M kollidierende Quanten oder Quantensysteme Q durch sie gebeten werden, sich zu einem bestimmten Zustand Z( M) zu bekennen (man nennt das die durch M definierte Messfrage).

Z( M) ist durch M mehr oder weniger genau definiert und heißt

  • gemischter Zustand, wenn weniger genau gemessen wird (wobei das Messergebnis dann eine Wahrscheinlichkeitsaussage ist, die aber lediglich unsere aus der Ungenauigkeit der Messung resultierende subjektive Unkenntnis ausdrückt — keineswegs aber quantische Unbestimmtheit).

Die Messung selbst besteht darin, dass das mit M kollidierende Quant
  • sich entweder zum Zustand Z( M) bekennt
  • oder von der Messapparatur verschluckt wird.

Wenn sich das Quant zum Zustand Z( M) bekennt, wird es die Messapparatur in diesem Zustand Z( M) verlassen: M hat es dann sozusagen in den Zustand Z( M) gezwungen. Die Wahrscheinlichkeit, mit der das passiert, wird umso kleiner sein, je mehr sich Z( M) vom Zustand Z( Q) unterscheidet (hier bezeichnet Z( Q) den Zustand, in dem Q die Messapparatur M erreicht).

Der spontane Übergang von Z( Q) nach Z( M) ist das, was man als Zustandsprojektion oder — weit dramatischer — als Kollaps der Wellenfunktion bezeichnet: Die Schrödingergleichung von Q — und damit seine Wellenfunktion — werden durch eine neue, etwas abgeänderte Version ersetzt.

Wer betonen möchte, dass dieser Austausch der Schrödingergleichung spontan und ohne jeden Zeitverzug stattfindet, der nennt den Kollaps der Wellenfunktion auch einen Quantensprung. Görnitz (S. 84) weist darauf hin, dass dies stets die kleinstmögliche reale Veränderung ist, die mit oder am System Q geschehen kann.


Da die Messapparatur frei ist, jede mögliche Frage zu stellen, gilt:

Zitat von Görnitz, S. 85:
 
Quantentheorie determiniert die  M ö g l i c h k e i t e n  [ über die Schrödingergleichung , aber NICHT die Fakten.



Ein System wird sich demnach nicht beliebig entwickeln, sondern deterministisch gesetzmäßig, das aber so, dass
  • die Eigenschaft "deterministisch" sich auf die Menge in Zukunft  m ö g l i c h e r  Zustände bezieht;
  • Welche davon dann wirklich eintreten, hängt ab vom Ergebnis der Messfragen, die das System gezwungen sein wird zu beantworten.

Zitat von Görnitz, S 85:
 
Hier eröffnet sich wichtiger Spielraum im Weltgeschehen ... :

Es ist keine Willkür zu erwarten, aber auch keine absolut durchgängige Determiniertheit. [Die Freiheit, die ein Quantensystem Q hat, sich zu entwickeln, steigt mit der Anzahl und der Verschiedenheit der Messfragen, die es gezwungen wird zu beantworten.
 


Meine Zusammenfassung dessen, was
Görnitz auf den Seiten 80-85 seines Buches "Die Evolution des Geistigen" sagt


 

  Beitrag 1995-1
Inwiefern anfassbare Gegenstände nur Illusion sind

 
 

Wie es zur Illusion anfassbarer Gegenstände kommt


Jeder Gegenstand G, den man anfassen und fühlen kann, ist eine Konfiguration von Elementarteilchen.

Jedes dieser Teilchen existiert zunächst nur virtuell, d.h. noch nicht mal an einem genau definierten Ort: Es existiert nur als ein Energiepaket T, für das die Wellenfunktion ψ unseres Universums U zu jedem Punkt P der Raumzeit eine Wahrscheinlichkeit w( P,T ) dafür nennt, dass T in Punkt P als Teilchen beobachtbar wird. Wo solche Beobachtung dann tatsächlich stattfindet, bedeutet das, dass T mit wenigstens einem anderen Teilchen in dem Sinne kollidiert, dass beide miteinander verschmelzen und aus dieser Verschmelzung sehr oft neue Elementarteilchen entstehen.

Das Entstehen zweier Teilchen T aus dem Nichts ebenso wie die eben beschriebene Kollision von Elementarteilchen nennt man ein Elementarereignis E. Versteht man unter input( E) bzw. output( E) die Menge aller durch E vernichteten bzw. neu erzeugten Elementarteilchen, so kann maximal eine dieser beiden Mengen leer sein. Auf jeden Fall aber haben beide identischen Gesamtimpuls.

Der spontane, plötzliche Übergang von input( E) zu output( E) entspricht einer winzigen Äbänderung von G, die sich bemerkbar macht
  • einerseits durch aus G kommende Strahlung – Licht etwa –
  • und andererseits über eine leichte Abänderung der Kräfte, die zwischen den G darstellenden Elementarteilchen wirken in dem Sinne, dass Teilchen, die Ruhemasse haben, sich nicht beliebig nahe kommen können, dass es ihnen aber umgekehrt auch ziemlich schwer fällt, sich allzu weit voneinander zu entfernen.

Mit anderen Worten:

Ständig in G eindringende Strahlung (wenigstens die allgegenwärtige kosmische Hintergrundstrahlung) ist für die meisten in G stattfindenden Elementarereignisse E verantwortlich. Da für sehr viele der in G stattfindendes Elementarereignisse E die Menge output( E) Teilchen enthält, die aus G als Strahlung entweichen — sehr oft als sichtbares Licht —, wird G über sie durch unsere Sinne — entweder direkt oder über geeignet konstruierte Detektoren — beobachtbar.

Mehr noch: Die zwischen den G darstellenden Materieteilchen wirkenden Kräfte führen zu einem Kräftegleichgewicht, welches — da es ja durch jedes Elementarereignis nur ein klein wenig abgeändert wird — zur Folge hat, dass G seine Form i.A. nur langsam ändert (und dass Widerstand spürt, wer den Gegenstand G berührt oder gar versucht in wegzuschieben oder zusammenzudrücken).

Diese Sinneswahrnehmungen also sind es, die — aufsummiert durch unser Gehirn — zu dem führen, was wir als einen uns sichtbaren oder durch uns berührbaren Gegenstand begreifen.


Gebhard Greiter (grtgrt)
 

  Beitrag 1995-10
-

 
 
Harti aus 1995-6:
Hallo Grtgrt,

es wäre zweckmäßig zunächst mal näher zu beschreiben, zu definieren, was unter "Illusion" verstanden werden soll .

Was ich in Beitrag 1995-1 unter dem Begriff Illusion verstehe, ist dort ganz genau beschrieben — es bedarf keiner weiteren Erklärung.

Gruß, grtgrt
 

  Beitrag 1995-11
-

 
 
Horst aus 1995-8:
Hallo grtgrt,

gehe ich dann recht in der Annahme, dass somit auch Illusionen angreifbare Masse besitzen und der Schwerkraft unterliegen?

Masse und Schwerkraft finden sich in dem, für das die Illusion steht (Illusion = Erscheinungsbild).

 

  Beitrag 1995-5
-

 
 

Ein Dachziegel — und doch auch Billiarden von Kathedralen


Erst Rutherford (1871-1937) erkannte, dass jedes Atom fast nur aus Leere besteht. Zu Atom und Atomkern schrieb er:

Zitat von Rutherford:
 der Atomkern — ein Staubkörnchen auf dem Boden einer Kathedrale;

die Elektronen — wie ein paar Fliegen im Gewölbe der Kathedrale.


Dazwischen Leere — nichts.


 

  Beitrag 1995-68
Letztlich besteht unsere gesamte Welt nur aus Energie in Form von Bewegung

 
 

Auch ein Dachziegel ist — letztlich — nur durch Bewegung gegebene Energie



Seit langem weiß man, dass der Atomkern winzig ist im Vergleich zum gesamten Atom. Dennoch sind mehr als 99.9% der Atommasse im Kern konzentriert. Daher ist die Behauptung, jedes Atom sei i.W. leerer Raum, durchaus zutreffend.

Die Aussage allerdings, dort sei Vakuum, wäre falsch (die Experimentalphysik versteht unter "Vakuum" die Abwesenheit von Atomen, und das kann es im Inneren der Atome natürlich nicht geben). Auch der Ausdruck "leerer Raum" ist eher eine Metapher. Wirklich gemeint ist, dass der Raum im Inneren der Atome ausschließlich Orte enthält, an denen man zu gegebenem Zeitpunkt mit bestimmter Wahrscheinlichkeit ein Elektron antreffen könnte.

Auch wenn man noch weiter ins Kleine vordringt, wird es nicht anders: Man liest immer wieder, dass die Nukleonen (die Protonen und Neutronen also, aus denen der Atomkern besteht) aus Quarks bestehen. Jene Quarks aber stellen jeweils nur einen winzigen Bruchteil der Masse eines Protons oder Neutrons dar (nur etwa 2%). Die restlichen 98% der Masse jeden Nukleons sind gegeben durch die Bewegung der Quarks gemäß Einsteins Formel m = E/c2.


Letztlich ist alles in unserer Welt nur Energie in Form von Bewegung:

Energie — auch in Form von Materie — ist nichts anderes als Bewegung (von was auch immer).



Dem Sinne nach zitiert aus
Görnitz: Die Evolutionen des Geistigen, S. 124 und 122



Ein Elektron an einem bestimmten Ort "aufzufinden oder anzutreffen" bedeutet wirklich NUR, dass von diesem Ort ein Signal ausgeht, welches zeigt, dass dort ein Elektron und mindestens noch ein anderes Quant an ein und demselben Elementarereignis beteiligt sind. Wichtig ist, sich darüber klar zu sein, dass

beide Teilchen nicht-lokale Aspekte haben.


Eben das vergisst man allzu oft.

 

  Beitrag 1995-75
-

 
 
Stueps aus 1995-69:
 
ich meine gehört zu haben, dass die meiste Masse in Bindungsenergie gebunden ist.

Hi Stueps,

das scheint falsch zu sein, wie man folgendem Gedankenaustausch im Forum PhysikerBoard entnehmen kann:


Personen jh8979 und Gustav123 behaupten dort, die Masse des Protons käme vor allem durch die Bindungsenergie der starken Wechselwirkung.

Ein gewisser TomS widerspricht dieser Behauptung gleich zwei Mal, indem er schreibt:


Zitat von TomS:
 
Bindungsenergie ist hier irreführend, ...

Die (näherungsweise bzw. exakt) masselosen Quarks und Gluonen im Protonen bewegen sich relativistisch, d.h. die Ruhemasse des Protons entspricht einer hohen kinetischen Energie. Aber auch dieses Bild ist leicht verwirrend; es ist nicht einfach, die Masse des Protons mit unseren Alltagsbegriffen zugleich anschaulich und einigermaßen korrekt zu erklären.

Zitat von TomS:
 
... im Falle der QCD die Bindungsenergie (= die Stabilität des gebundenen Zustandes) einerseits und die Masse (des gebundenen Zustandes) andererseits nichts miteinander zu tun haben.

Bindungsenergie (pro Quark) ist letztlich die Energie, die benötigt wird, den gebundenen Zustand aufzubrechen bzw. ein Quark zu isolieren (vgl. Ionisierungsenergie eines Elektrons im Atom). Das funktioniert mit einem einzelnen Quark aufgrund des Color-Confinements sowieso nicht. Trotzdem liegt natürlich eine Bindungsenergie vor, die die Stabilität des Nukleons beschreibt. Aber diese Bindungsenergie kann man nun nicht einfach mittels E=mc2 in einen Massendefekt umrechnen; diese Vorgehensweise aus der Kernphysik ist in der QCD nicht anwendbar.
 

 

  Beitrag 1995-76
-

 
Hallo Gebhard,

ich bin mir sicher, dass Bindungsenergie eine wesentliche Rolle spielt. Jedoch eben neben der Ruhemasse der einzelnen Komponenten nicht die einzige, wie ich vermute, und in vorigem Beitrag vorgerechnet habe. Die Bindung zwischen den einzelnen Quarks wird mithilfe von Gluonen und deren "Farben" beschrieben und ist zwar schon nicht einfach nachzuvollziehen, aber wenn man sich Mühe gibt, geht es noch. Die Gluonen sind die Teilchen der starken Kernkraft. Diese Kraft hält auch die Nukleonen im Atomkern zusammen, und rührt letztlich auch von den Gluonen her. Dieser Prozess zwischen den Nukleonen ist jedoch für einen Laien fast nicht nachzuvollziehen. Das meint "TomS" wahrscheinlich in deinem Beitrag mit

Zitat:
Trotzdem liegt natürlich eine Bindungsenergie vor, die die Stabilität des Nukleons beschreibt. Aber diese Bindungsenergie kann man nun nicht einfach mittels E=mc2 in einen Massendefekt umrechnen; diese Vorgehensweise aus der Kernphysik ist in der QCD nicht anwendbar.

Die QCD beschreibt den Bindungsprozess zwischen den Nukleonen wesentlich tiefergehender als die Kernphysik und leider auch ungleich komplizierter.

Ich weiß nicht, ich lehne mich mal jetzt weit aus dem Fenster und vermute, dass relativistische Effekte in den Prozessen, die in Atomkernen stattfinden, einen wesentlichen Beitrag zur Gesamt-Ruhemasse eines Atomkerns beitragen. Und da scheinen dann die von dir erwähnten Bewegungsenergien eine weitere wesentliche Rolle zu spielen.

Nebenbei: Quarks haben eine Ruhemasse, sie sind nicht, wie vielleicht die Neutrinos, näherungsweise masselos (mindestens 1 700 000 eV c-2 für ein up-Quark sind ziemlich weit von näherungsweise nichts entfernt). Und die Masselosigkeit der Gluonen wird zwar im Standardmodell angenommen, nachweisen kann man dies jedoch zur Zeit nur experimentell. Und in Experimenten kann eine Ruhemasse von Gluonen derzeit nicht ausgeschlossen werden. Also genieße die Ausagen von "TomS" mit einer gewissen Vorsicht.

Grüße
 

  Beitrag 1995-77
-

 
Stueps aus 1995-76:
Hallo Gebhard,

ich bin mir sicher, dass Bindungsenergie eine wesentliche Rolle spielt. Jedoch eben neben der Ruhemasse der einzelnen Komponenten nicht die einzige, wie ich vermute, und in vorigem Beitrag vorgerechnet habe. Die Bindung zwischen den einzelnen Quarks wird mithilfe von Gluonen und deren "Farben" beschrieben und ist zwar schon nicht einfach nachzuvollziehen, aber wenn man sich Mühe gibt, geht es noch. Die Gluonen sind die Teilchen der starken Kernkraft. Diese Kraft hält auch die Nukleonen im Atomkern zusammen, und rührt letztlich auch von den Gluonen her. Dieser Prozess zwischen den Nukleonen ist jedoch für einen Laien fast nicht nachzuvollziehen. Das meint "TomS" wahrscheinlich in deinem Beitrag mit

Zitat:
Trotzdem liegt natürlich eine Bindungsenergie vor, die die Stabilität des Nukleons beschreibt. Aber diese Bindungsenergie kann man nun nicht einfach mittels E=mc2 in einen Massendefekt umrechnen; diese Vorgehensweise aus der Kernphysik ist in der QCD nicht anwendbar.

Die QCD beschreibt den Bindungsprozess zwischen den Nukleonen wesentlich tiefergehender als die Kernphysik und leider auch ungleich komplizierter.

Ich weiß nicht, ich lehne mich mal jetzt weit aus dem Fenster und vermute, dass relativistische Effekte in den Prozessen, die in Atomkernen stattfinden, einen wesentlichen Beitrag zur Gesamt-Ruhemasse eines Atomkerns beitragen. Und da scheinen dann die von dir erwähnten Bewegungsenergien eine weitere wesentliche Rolle zu spielen.

Nebenbei: Quarks haben eine Ruhemasse, sie sind nicht, wie vielleicht die Neutrinos, näherungsweise masselos (mindestens 1 700 000 eV c-2 für ein up-Quark sind ziemlich weit von näherungsweise nichts entfernt). Und die Masselosigkeit der Gluonen wird zwar im Standardmodell angenommen, nachweisen kann man dies jedoch zur Zeit nur experimentell. Und in Experimenten kann eine Ruhemasse von Gluonen derzeit nicht ausgeschlossen werden. Also genieße die Ausagen von "TomS" mit einer gewissen Vorsicht.

Grüße

http://de.wikibooks.org/wiki/Teilchenphysik:_Erhalt...

Stuebs, Gebhard!

Die "Farben" der Quarks sind nichts anderes als ihre Ladungen. So wie die elektromagnetische Kraft überwunden werden muss, damit z. B. Kerne verschmelzen können, muss die "Farbe" überwunden werden, damit z. B. Up- und Downquarks Nukleonen bilden können.

Um den Begriff "Bindungsenergie" richtig einzuordnen: Es wird die Energie "Bindungsenergie" genannt, die bei der Kernfusion freigesetzt wird, aber auch z. B. beim Beta-Zerfall (Radioaktivität). Aber, Stuebs, mach dir doch mal Gedanken, wie sich die entsprechende Energie innerhalb der Nukleonen verhält, bzw. wie kommt die Energie denn zustande? Wie jede Energie ist sie sinnlos, wenn sie einfach nur vorhanden ist, es muss ein Niveaugefälle vorhanden sein, oder aber, es muss einen Effekt geben, der Energie umwandelt – und das ist in den Nukleonen der Fall.

Die Nukleonen (also Protonen, Neutronen) bestehen aus Quarks, genauer aus Up- und Downquarks. Und diese Quarks werden durch die (masselosen!) Gluonen zusammengehalten, und zwar durch den ständigen Austausch von Gluonen. Gluonen sind dir Übermittler der Starken Wechselwirkung, sie gehören zum Feld der Starken Wechselwirkung, wie die Photonen als Übermittler der elektromagnetischen Wechselwirkung zum elektromagnetischen Feld gehören. Dieser Austausch ist Bewegungsenergie. (Der gesamte Prozess ist ungleich komplexer, es gehören wegen der räumlich kleinen Dimension auch virtuelle Austauschteilchen dazu) und ich maße mir nicht an, ihn auch nur Ansatzweise zu verstehen.)

Wie kommt es denn überhaupt zu einer Kernfusion? Nur aufgrund unseres allseits beliebten Tunneleffektes und wegen der hohen Temperaturen in den Sternen, hervorgerufen durch die Schwerkraft. Die Temperaturen allein würden nicht ausreichen, deshalb der Tunneleffekt, und die Temperatur bedeutet nichts anderes als Bewegungsenergie, denn für ein einzelnes Nukleon kann man nicht von Temperatur sprechen. Durch die Bewegungsenergie und der Tunneleffekt lässt sich die abstoßende Wirkung der gleichartig geladenen Nukleonen überwinden. Die dabei freigesetzte Bindungsenergie wird zum kleinen Teil als Bewegungsenergie auf die Nukleonen übertragen, zum anderen als Gammastrahlung freigesetzt – davon leben wir.

Letztlich ist es also nicht nur die "vordergründige" Wärme (was nichts anderes ist, als die Bewegungsenergie der einzelnen Atome als statistischen Wert darzustellen) der Sonnenoberfläche, die unser Leben auf unserer schönen Erde ermöglicht, sondern sie – die Bewegungsenergie – steht auch ganz am Anfang der Energieerzeugung (jetzt mal von der Gravitation abgesehen).

Und zum Schluss: Relativistische Effekte können keinerlei Einfluss auf eine "Gesamtruhemasse" haben, denn die Ruhemasse ist eine Erhaltungsgröße, so wie die Energie ebenfalls.

Diese Links könnten für uns interessant sein:

http://www.leifiphysik.de/web_ph11_g8/grundwissen/1...
http://www.buw-output.uni-wuppertal.de/ausgabe1/fodor/
http://www.teilchenwelt.de/forum/index.php?page=Thr...
 

  Beitrag 1995-9
Leben wir als Teil einer nur errechneten (simulierten) Welt?

 
 
Zara.t. aus 1995-7:
Heute weiß man, dass die Leere des Vakuums alles andere als leer ist. Jeder Punkt der Raumzeit ist eine Überlagerung von möglichen Teilchen. Besser: von virtuellen Teilchen, die nicht direkt gemessen werden können und von Möglichkeiten "reale" Teilchen zu messen.

Hi Zara,

genau so hat es mein Beitrag 1995-1 ja auch beschrieben.


Zara.t. aus 1995-7:
 
Rutherford hat noch vollkommen klassisch gedacht. Dieses Atommodell konnte nicht funktionieren. Elektronen, die wie Planeten die Sonne, den Kern umkreisen müßten in den Kern stürzen. Auch aus diesem Problem heraus entwickelte sich die Quantenmechanik.


Natürlich: Rutherfords Atommodell war noch nicht so genau, wie wir es heute wissen. Dennoch erscheint mir sein Vergleich recht erhellend.

Deine Aussage aber, dass sich "aus diesem Problem" die Quantenmechanik entwickelt hätte, stimmt so nicht. Ursache ihres Entstehens war die Entdeckung des Wirkungsquantums durch Max Planck (1899, im Dez 1900 der Fachwelt verkündet).

Nebenbei: Anton Zeilinger vermutet, dass die Quantelung aller physikalischen Größen und Prozesse darauf zurückzuführen sein könnte, dass unsere ganze Welt letztlich nur aus Information besteht und die sich eben nur durch Bitfolgen kodieren lässt.

Hätte er recht (und in dem Fall wäre sogar Energie nur Illusion), wäre es gar nicht mehr so abwegig, auch die Möglichkeit in Betracht zu ziehen, dass unser ganzes Universum — und damit sogar wir selbst — vielleicht nur Teil einer gigantisch angelegten Computer­simulation sein könnten (so wie Brian Greene das, als nicht wirklich ausschließbare Möglichkeit, allen E...es in Kap. 10 seines Buches "The Hidden Reality" ja auch schon diskutiert und auf Plausibilität hin zu durchdenken versucht).


Gruß, grtgrt


PS: Anton Zeilinger und Andreas Mücklich gehen noch weiter, indem sie vermuten, dass die Natur jedem physikalischen Objekt nur endlich viele Bits zugesteht, sich selbst zu beschreiben. Dies würde begründen, warum Heisenbergs Unschärfe-Relation gilt: Je genauer eine Eigenschaft des Objekts beschrieben ist, desto mehr jener Bits sind hierfür verbraucht, und desto weniger stehen zur Verfügung, dazu komplementäre Eigenschaften des Objekts wirklich genau zu beschreiben. Wenn das Objekt dann, wie durch Zeilinger vermutet, nur aus seiner Beschreibung besteht, ist klar, dass die Unschärfe in Wirklichkeit  U n b e s t i m m t h e i t  ist: Wirklich scharf also kann kein Objekt existieren.

Wäre unsere Welt nur eine simulierte (d.h. errechnete), müsste man jene begrenzt langen Bitfolgen als die Variablen sehen, die im simulierenden Programm das physikalische Objekt darzustellen haben. Dies würde erklären, warum sie begrenzt sind.


Nach Zeilinger lässt sich das keineswegs nur für Elementarteilchen so sehen, sondern auch für beliebig komplexe Objekte — beispielsweise für ganze Messapparaturen.
Er zeigt das am Beispiel solcher, die einen Mach-Zehnder-Interferometer nutzen, mit dem man für Photonen zwei Arten von Information sammeln kann — niemals aber Information beider Art zugleich: Diese Arten von Information sind zueinander komplementär im Sinne der Unbestimmtheitsrelation (wie Zeilinger auf Seite 202 seines Buches Einsteins Schleier recht überzeugend darlegt).

 

  Beitrag 1995-25
-

 
 
Hi E...,

danke für den Link hin zum Interview mit Anton Zeilinger.

Besonders zwei Definitionen daraus sollte man sich auch ihrer Formulierung nach gut merken:
  • Der quantenmechanische Zustand ist die Information, die wir über die Welt haben [so die Kopenhagener Interpretation
     

  Beitrag 1995-27
-

 
 
E... aus 1995-23:
... komplexe makroskopische Systeme sich in  k e i n e m  Quantenzustand befinden und deshalb auch  k e i n e  Illusion sein können.

Quelle: http://www.heise.de/tp/artikel/7/7550/1.html

Hi E...,

diese deine Aussage ist natürlich falsch, und das in gleich zweierlei Hinsicht. Hier mein Beweis:
  • Da Zeilinger im durch dich gefundenen Artikel sagt, der quantenmechanische Zustand eines Systems sei die Information ist, die wir über das System haben, ist jedes makroskopische, durch uns beobachtbare System doch ganz klar in einem solchen Zustand.
  • Als was uns das System erscheint (sein "Erscheinungszustand", die "Illusion" also) wird hervorgerufen durch uns erreichende Quanten, die — erzeugt durch sein ständiges dekohärent werden — von jenem Objekt ausgehen. Es sind Quanten, die die entsprechenden Elementarereignisse sozusagen "aus dem Objekt heraus­schlagen" (genauer: aus einer Verschmelzung des Objekts mit den Quanten seiner Umgebung, die es dekohärent machen und so auch mit seiner Umgebung verschränken können).

Gruß, grtgrt
 

  Beitrag 1995-26
-

 
Dekohärenz beudet Verschränkung des Systems mit der Umwelt. Nicht mehr und nicht weniger.
 

  Beitrag 1995-31
Zur Wechselwirkung makroskopischer Objekte mit auf sie treffenden Quanten

 
 
Sehr treffend finde ich, was Norbert Hinterberger in einem Leserbrief an die Zeitschrift "Spektrum der Wissenschaft" sagt:

Zitat von Norbert Hinterberger, Hamburg:
 
Der Teilchenbegriff ist vermutlich rein subjektiv – intersubjektiv zwar, aber eben subjektiv für den Teil der Welt, den wir klassisch sehen.

H. Dieter Zeh hat dazu wiederholt in überzeugender Weise argumentiert.

Der Welle-Teilchen-Dualismus scheint physisch diskret nicht vorhanden zu sein. Objektiv beziehungsweise physisch fundamental scheint nur die Welle zu sein.

Unter Laborbedingungen (ohne Dekohärenz) lässt sich das ja auch deutlich zeigen, wie wir hier – insbesondere in dem kleinen Film – sehen. Das Molekül wird von den Experimentatoren selbst als Materiewellenüberlagerung beschrieben, sobald wir seine Welleninterferenzen auf dem Schirm sehen. Warum lassen wir es nicht dabei?

Was uns an dieser Welle erscheint wie ein "Kollaps der Wellenfunktion" zu einem "Teilchen" an einem bestimmten Ort zu einer bestimmten Zeit im Fall einer Messung, ist einfach die inzwischen recht bekannte Tatsache, dass wir mit der Messung wie mit jeder beliebigen anderen Wechselwirkung auch das zu messende System stören oder zerstören beziehungsweise zur Dekohärenz bringen.

Das heißt aber nicht, dass die Superposition » kollabiert «. Im Gegenteil: Sie ist jetzt in einer noch großräumigeren Verschränkung definiert.
 


Nebenbei: Dass Laborbedingungen Dekohärenz ausschließen können, ist natürlich nicht wirklich richtig, denn vor Neutrinos etwa kann uns wohl kein noch so gutes Labor abschirmen.

Dies bringt mich auf noch einen anderen Gedanken:

Wo ein Quantensystem von Bosonen durchquert wird, werden entsprechende Elementarereignisse es wohl nur umbauen. Zu Dekohärenz – im Sinne einer Verschränkung des Objekts mit seiner Umgebung – kommt es wohl erst dann, wenn das Objekt mit  F e r m i o n e n  kollidiert.

grtgrt
 

  Beitrag 1995-38
-

 
 
Stueps aus 1995-37:
 
Da Neutrinos selbst auf großen Skalen so gut wie nie wechselwirken, stören sie auch erst recht nicht Laborexperimente, die sich auf kleinsten räumlichen Skalen in Bruchteilen von Sekunden abspielen. Heißt etwas salopp übersetzt:

Liebe Laborexperimente, keine Angst vor Neutrinos! Die tun nix!
 

Hi Stueps,

was du da sagst, gilt ganz sicher in sehr guter Näherung.

Die Tasache aber, dass es eben NUR in sehr guter Näherung richtig ist, bedeutet doch, dass das eine oder andere der Neurinos, die die Abschirmung des Labors nicht aufhalten konnte, dann — natürlich nur in seltenen Fällen — eben doch mit einem im Labor befindlichen Quant kollidieren kann.

Andere Frage an dich:

Warum bist du so sicher, dass derzeit realistisch machbare Laborabschirmungen wirklich jedes Quant, das nicht gerade ein Neutrino ist, vom Inneren des Labors fernhalten können? Könnte es da nicht noch weitere Ausnahmen geben (wenn man ganz genau ist)? Gravitons etwa, falls sie schon nachweisbar wären? Oder Higgs-Teilchen?

Und was, wenn vielleicht sogar ein Antimaterie darstellendes Teilchen daher käme?

Gruß, grtgrt
 

  Beitrag 1995-48
Klassische Existenz physikalischer Objekte ist eine Illusion

 
 
Stueps aus 1995-43:
 
Es ist meines Wissens nach unter Wissenschaftlern nicht die Frage, dass physikalische Systeme in klassischer Form existieren, sondern wann sie klassisch werden.

Hi Stueps,

physikalische Objekte existieren nicht in klassischer Form — sie  z e i g e n  sich nur in dieser Form (dann nämlich, wenn ein Elementarereignis passiert und zur Folge hat, dass aus dem Objekt Quanten in seine Umgebung entkommen. Sie sind es, was wir sehen bzw. registrieren, und so den Eindruck gewinnen, das Objekt selbst sei sichtbar und würde klassisch existieren).

Die Tatsache, dass pro Sekunde wahnsinnig viele solche Ereignisse passieren, suggeriert uns den Eindruck eines stehenden "Bildes" (eben ganz so, wie wir ja z.B. auch das durch eine gute Fernsehkamera erzeugte Bild eines sich gerade NICHT bewegenden Gegenstandes als stehend empfinden, obgleich doch in Wirklichkeit all die Pixel, aus denen es sich zusammensetzt, pro Sekunde öfters neu geschrieben werden als unsere Augen noch unterscheiden können).

Gruß, grtgrt
 

  Beitrag 1995-34
Was man unter einem Quantenzustand versteht

 

Ein Quantenzustand ist nach Wikipedia:

Zitat:

In der quantenmechanischen Behandlung eines physikalischen Systems ist der momentane Zustand des Systems ein mathematisches Objekt, das für jede am System mögliche (fehlerfreie) Messung und für jedes der dabei möglichen Messergebnisse die Wahrscheinlichkeit festlegt, mit der das betreffende Messergebnis erhalten wird.


Zeilingers Aussage verstehe ich so, dass wir durch die Komplexität der klassischen Systeme sie nie in eine Art quantenmechanischer Gleichung setzen können, durch die alle Teilchen mathematisch in dem System erfasst sind. Nichts anders in der klassischen Welt. Wir haben schon bei zwei makrokosmischen Objekten die Schwierigkeit sie mathematisch zu erfassen. Bei drei Objekten ist es schon praktisch unmöglich. Unterschied nur nur, die drei Objekte können wir jederzeit sehen, die Teilchen sind für unserer Wahrnehmung prinzipielle gesperrt. Hier sind wir angewiesen auf die Mathematik.

Dies bedeutet aber nicht, dass ein klassisches Objekt kein quantenmechanisches System wäre.

LG, Irena

Grtgrt ergänzt:

Was Irena hier sagt, ist schon allein deswegen richtig, weil sich die klassische und die quantenmechanische Beschreibung jeden Objekts ja nur dadurch unterscheiden, dass
  • die klassische einfach nur Fakten beschreibt (die der ständige Kollaps der Wellenfunktion erzeugt),
  • die quantentheoretische aber — als Wellenfunktion des Objekts — zudem noch alle durch solche Fakten geschaffenen Möglichkeiten.
Man lese dazu auch, was genau man under der Quantisierung eines physikalischen Objektmodells versteht.
 

  Beitrag 1972-86
Elementarteilchen sind als Energieportion NICHT verdünnbar

 
 
Wrentzsch aus 1972-84:
 
Was verhindert das Vergehen einer Energieeinheit bei räumlicher Ausdehnung,
hält etwas dagegen, sodass sich das Quant verändert und stabil wird oder die Energie Quantelt?

Hi Wrentsch,

dass ein Quant (= eine Energieportion) sich räumlich ausdehnt, bedeutet nur, dass die Punkte im Raum, an denen man das Quant potentiell wird beobachten können, immer mehr auseinander wandern – so wie seine Wellenfunktion das vorhersagt. Erst wenn das Quant mit anderen kollidiert wird es dekohärent (um sich so an einer mehr oder weniger unscharf definierten Stelle zu zeigen und gleichzeitig zu sterben: siehe Lebenszyklus eines Elementarteilchens).

Mit anderen Worten: Es ist nicht so, dass das Quant (als Energieportion) sich mehr und mehr verschmiert und damit verdünnt. Lediglich der Bereich, der alle Punkte enthält, an denen man es mit einem anderen Elementarteilchen kollidieren kann, wird ständig größer).

PS: Unter "seiner Wellenfunktion" ist — wenn man es ganz genau nimmt — die unter Berücksichtigung der ART formulierte Wellenfunktion unseres gesamten Universums zu verstehen.

Gruß, grtgrt
 

  Beitrag 1999-49
Wie Thomas Görnitz Dekohärenz erklärt

 
 
Vor einiger Zeit kam es hier im Forum zu Meinungsverschiedenheiten darüber, wie Dekohärenz wirkt.
Görnitz wenigstens erklärt sie sehr schön:




Was Thomas Görnitz über » Dekohärenz « sagt



Zitat von Görnitz, S. 196-197:
 
Das Entstehen eines Faktums bedeutet für ein System, dass an diesem alle Möglichkeiten bis auf eine verloren gehen.

Dazu muss natürlich daran erinnert werden, dass sich aus einem Faktum sofort wieder neue Möglichkeiten ergeben, die teilweise auch mit den alten übereinstimmen werden und teilweise von diesen verschieden sind. Es wird also unter den neuen solche geben, die vorher unmöglich waren, und einige der zuvor vorhandenen werden nicht wieder erneuert.

Dieser Vorgang, der früher ... als » Messprozess « bezeichnet worden ist, zerstört den linearen Charakter der quantentheoretischen Systembeschreibung. Die Linearität drückt die mögliche Addition der Zustände innerhalb eines Systems aus (Vektoraddition). Wir hatten [auch] davon gesprochen, dass das Zusammensetzen von Teilsystemen zu einem Ganzen eine » Multiplikation « ist. Daher ist die Zerlegung eines Ganzen in Teile etwas ähnliches wie eine » Division «. Solche eine Zerlegung passiert, wenn ein System von Möglichkeiten abgeschnitten wird, die in das All entfliehen. ...

Es gibt eine Reihe sehr bewährter Näherungsverfahren, die solchen Informationsverlust sehr treffend modellieren. Das wichtigste unter ihnen ist als » Dekohärenz « weithin bekannt geworden:

Bei hinreichend großen und schweren Reaktionspartnern (z.B. winzigste Staubpartikelchen) werden die Quantenkorrelationen zwischen diesen [Reaktionspartnern] sehr schnell sehr klein und können nach kurzer Zeit praktisch ignoriert werden. Dies bedeutet im Rahmen der Schichtenstruktur, dass damit zu einer klassischen Beschreibung des zugeordneten Prozesses übergegangen werden kann,  o h n e  dadurch grundlegend falsch zu werden.
 


Hinweis: Unter der » Schichtenstruktur « versteht Görnitz (S. 88) den ständigen Kollaps der Wellenfunktion in Kombination mit ihrem sofortigen Neu-Aufleben in leicht modifizierter Version. Niemand außer ihm benutzt hierfür dieses wenig passende Wort.


Quelle (auf die sich die Seitenzahlen beziehen): Thomas & Brigitte Görnitz: Die Evolution des Geistigen, 2008
 

 Beitrag 0-211
Kosmologische Konstante und die Energie des Vakuums

 
 

 
Die kosmologische Konstante

 
 
Im November 1915 publizierte Einstein die erste von ihm selbst als fertig erachtete Fassung seiner Feldgleichung der Allgemeinen Relativitätstheorie (ART).
 
Wie ihm erst ein Jahr später bewusst wurde, hatte er darin eine Integrationskonstante stillschweigend weggelassen, d.h. angenommen, ihr physikalisch einzig sinnvoller Wert sei Null.
 
Diese Größe — heute durch den griechischen großen Buchstaben Λ bezeichnet und kosmologische Konstante genannt — hat sich inzwischen als wichtiger Parameter unseres Universums herausgestellt. Physikalisch lässt sie sich auffassen
     
  • entweder als eine Eigenschaft der Raum-Zeit-Geometrie
     
  • oder als Energiedichte des Vakuums.

Jeder positive Wert dieser Konstanten resultiert in beschleunigter Raumexpansion — und seit 1998 weiß man, dass viele unserer astronomischen Beobachtungen auf eben sie hindeuten.

     
    Interessant ist, dass Einstein selbst, diese Konstante zwar zunächst doch berücksichtigt hat, dies aber später — 1931, George Gamov gegenüber — als seine größte Eselei bezeichnete (da sie seinem Glauben an ein statisches Universum widersprach).
     
    Heute aber gilt Λ als die einfachste Erklärung für die Triebkraft der kosmischen Expansion: für das, was man Dunkle Energie nennt (oder auch negative Gravitation).

 
Dieses Beispiel zeigt sehr schön, wie wichtig es zu sein scheint, den Aussagen der Mathematik zu vertrauen — also nicht zu glauben, dass durch sie aufgedeckte Möglichkeiten nicht doch etwas mit physikalischer Realität zu tun haben könnten.
 
 
Ist H der Hubbleparameter und setzt man ΩΛ = Λ/(3H2), so zeigen Einsteins Gleichungen, dass die Expansion des Raumes sich beschleunigt, solange ΩΛ größer als die halbe Massendichte Ωm/2 ist.
 
Die beste Übereinstimmung mit heute vorhandenen Beobachtungsdaten ergibt sich, wenn man Ωm = 0,3 und ΩΛ = 0,7 annimmt, was ganz deutlich die Bedingungen für beschleunigte Expansion des Raumes erfüllt.
 
 

 
Verletzt das Vakuum den Energie-Erhaltungssatz?

 
 
Dass physikalische Größen wie Energie und Impuls in einem geschlossenen System weder verschwinden, noch zusätzlich auftauchen können, ist ein ganz zentraler Grundsatz der klassischen Physik und war wichtiger Ausgangspunkt von Einsteins Entwicklung der ART.
 
Für expandierende Raumzeiten allerdings, lassen sich solche Erhaltungssätze bisher  n i c h t  begründen.
 
Paul Davies und Edward R. Harrison — beides Kosmologen — argumentierten schon in den 80-er Jahren, dass man die Expansion des Raumes als Energiequelle sehen müsse, ohne dass klar sei, woher jene Energie kommt.
 
Und auf der Frühjahrstagung 2015 der Deutschen Physikalischen Gesellschaft wies Gerhard Schäfer (Universität Jena) darauf hin: "Das Thema Energie in der relativistischen Kosmologie ist eine Katastrophe."
 

 
 
Quelle: Rüdiger Vaas: Jenseits von Einsteins Universum (2016), S. 188 bzw. 191-192.
 
Lies auch: Das Rätsel der kosmischen Vakuumenergiedichte und die beschleunigte Expansion des Universums
 
Lies ferner: Dis komologische Konstante


 

 Beitrag 0-65
Sind Dunkle Energie und die Energie des Vakkuums ein und dasselbe?

 
 

 
Ist Dunkle Energie die Energie des Vakuums?

 
 
Wenn Wissenschaftler die durch Forschungssatelliten gesammelten Daten analysieren (insbesondere die von WMAP und neueren Satelliten), kommen sie zu dem erstaunlichen Schluss, dass glatte 73 Prozent des Universums aus sogenannter » Dunkler Energie « bestehen.
 
Sie, so die häufigste Vermutung, sei die Energie des Vakuums.
 
Irritierend aber ist, dass die theoretisch vorhergesagten Werte für die Menge an Vakuumenergie von jenen Beobachtungen um ganze 120 Größenordnungen
abweichen (!).
 
Schon Tesla — der Erfinder des Wechselstroms, der mehr als 700 Patente angemeldet hatte, von denen einige zu Meilensteinen der Geschichte der Techniken zum Erzeugen und Transportieren von Strom geworden sind — hat als erster die Meinung vertreten, dass sich aus dem Vakuum Energie gewinnen ließe. Allerdings machte er sich falsche Vorstellungen über deren Menge: Heute nämlich lässt sich der Betrag Dunkler Energie auf der Erde berechnen und stellt sich dabei als extrem gering heraus.
 
Peinlich ist, dass die Physiker heute keine Idee haben, wie sich die Vakuumsenergie berechnen ließe.
 
Als unerschöpfliche Energiequelle wird sie sich deswegen bis auf weiteres — und vielleicht nie — nutzen lassen. Ob Tesla eine Idee dazu hatte, weiß man nicht; auf jeden Fall hat er nichts dergleichen seinen Notizbüchern anvertraut.

 

  Beitrag 2016-148
Was wir bislang über Dunkle Energie zu sagen wissen

 
 
Struktron in 2016-147:
Hallo alle miteinander,
obwohl ich wenig Zeit habe, habe ich mal das Wichtigste hier gelesen und festgestellt, dass die dunkle Energie etwas in Vergessenheit geraten ist.
Einen eigene Theorie dazu kann ich momentan nicht ausarbeiten, weil ...
Lothar W.


Hi Lothar,

kann Du uns wenigstens bestätigen, dass auch aus deiner Sicht der gegenwärtige Stand der Erkenntnis aussieht wie folgt:



Ist Dunkle Energie nur die Energie des Vakuums?


Einige Forscher vermuten, dass die Vakuumenergie die in der Kosmologie diskutierte Dunkle Energie ist, die wesentlichen Einfluss auf die kosmologische Konstante und damit auf die zeitliche Entwicklung des Universums hat.

John Baez etwa schreibt:

Zitat von Baez:
People talk a lot about
  • » vacuum energy « or » zero-point energy « - that is, the energy density of empty space.
  • In cosmology, people also call this quantity the » cosmological constant «, or » dark energy «.


Dennoch ist heute noch  k e i n e s w e g s  bewiesen, dass sich hinter allen vier dieser Begriffe ein und dasselbe Phänomen verbirgt.

Tatsache ist:

Die absolut größte Abweichung zwischen den Aussagen aktueller physikalischer Modelle einerseits und tatsächlich beobachteter Eigenschaften der Natur andererseits besteht ganz klar darin, dass
  • Unsere Modelle zu eine Energiedichte des Vakuums von 10108 J/cm3 führen,
  • wohingegen Beobachtungen nur auf einen Wert in der Größenordnung 10-9 bis 10-11 J/m3 hinweisen.

Diese geradezu abenteuerliche Diskrepanz — immerhin ein Faktor von etwa 10120 zeigt deutlich, dass hier noch irgendwo ein Zusammenhang sein muss, den weder Physiker noch Kosmologen bisher entdeckt haben.

Und so schreibt Lisa Randall denn auch:


Zitat von Randall auf Seite 416 und 417 in "Die Vermessung des Universums":
 
Die Erklärung des Wertes der dunklen Energie ist das vielleicht größte Rätsel, mit dem Physiker und Kosmologen heute ringen:

Die Quantenmechanik sagt uns, dass das Vakuum — der Zustand, in dem es keine dauerhaften Teilchen gibt — tatsächlich mit flüchtig existierenden Teilchen angefüllt ist, die nur [extrem] kurze Zeit existieren umd dann sofort wieder zu verschwinden. Sie können beliebige Energie besitzen, manchmal sogar eine, die so groß ist, dass Gravitationseffekte nicht mehr vernachlässigbar sind.

Diese hochenergetischen Teilchen tragen extrem viel Energie zum Vakuum bei: weit mehr als die lange Entwicklung unseres Universums zu gestatten scheint: Damit das Universum so aussieht wie wir es wahrnehmen, muss der Wert der Vakuumenergie verblüffende 120 Größenordnungen kleiner sein als die Energie, die wir der Quantenmechanik zufolge erwarten würden.

Mit diesem Problem ist noch eine weitere ungelöste Frage verbunden:

Warum leben wir eigentlich zu einer Zeit, in der Materie, dunkle Materie [= Materie die nicht mit Licht wechselwirkt und dunkle Energie vergleichbare Dichte haben? Die Tatsache, dass diese Dichten so nahe beieinander liegen erscheint rätselhaft, da diese Koinzidenz (grob gesprochen) erst zu unserer Zeit gegeben ist. Im frühen Universum machte die dunkle Energie einen viel größeren Bruchteil des Ganzen aus, und auch in fernerer Zukunft wird sie einen viel größeren Bruchteil ausmachen.
 

Lisa Randall weist auch darauf hin (Seite 414-415 ihres Buches), dass Expansion des Raumes Strahlung und Materie verdünnt, die Dichte dunkler  E n e r g i e  aber bislang nicht verändert hat.

Die Existenz dunkler  M a t e r i e  hält man für bewiesen, da Galaxien größere Anziehungskraft ausüben als durch ihre sichtbare Materie erklärbar (besonders gut beobachtbar ist das, wo sich im Raum Gravitationslinsen finden). Neuerdings vermutet man auch, dass die ISS schon dunkle Materie registriert haben könnte.
Wie nahe Teilchen-Detektoren dem Nachweis dunkler Materie sind, findet sich gut hier beschrieben.

Mehr zu den 20 Größenordnungen Unterschied zwischen Modell und Wirklichkeit findet sich in: Five Answers to the same Question.

 

 Beitrag 0-12
Wie sich Energie definiert

 
 

 
Was ist Energie?

 
 
In Abänderung dessen, was Hans-m in 2132-11 schreibt, würde ich definieren:
 
 
Energie ist dort, wo Zustand sich verändert oder Kraft auf Gegenkraft trifft.

 
Mit anderen Worten:
 
 
Energie ist die Möglichkeit, auf Zustandsveränderung hinzuwirken.

 
Energie ist z.B. dort, wo
  • sich etwas bewegt (kinetische Energie),
  • wo sich Kraftpotential aufbaut oder aufgebaut hat,
  • wo Kohlenstoff- und Sauerstoffatom eine Bindung eingehen (chemische Energie).

 
Schon das erste Beispiel ist ein sehr interessantes, denn wo zwei Objekte — ein Objekt X und sein Beobachter B — sich relativ zueinander gleichförmig bewegen, wird die entsprechende kinetische Energie
  • aus Sicht von B stets nur X zuzuschreiben sein
  • und zudem noch proportional zur Masse von X sein.
Andererseits kann natürlich auch X als Beobachter von B gesehen werden. Was also, wenn X ein riesiges, B aber nur ein winziges Objekt ist?
 
Schon dieses einfache Beispiel also zeigt:
 
 
Energie lässt sich stets nur beobachterspezifisch quantifizieren.


 

 Beitrag 0-124
Wie Einstein entdeckt hat, dass auch Masse einfach nur Energie ist

 
 

 
Begründung der Formel  E  = m c2



Der Physiker von Baeyer schreibt:
 
Als Einstein seine neuen Gesetze der Mechanik aufstellte, fand er, dass sich das Axiom von der Erhaltung der Energie in sich abgeschlossener Systeme nur dann aufrecht erhalten lässt, wenn man die unerwartete Formel
 
E  =  m c2

 
annimmt ( siehe auch wie man das nachrechnet ).
 
Sowohl die Spezielle wie auch die Allgemeine Relativitätstheorie führten somit überraschenderweise zu einer Verallgemeinerung der universellen Gesetze von Rudolf Clausius (dem Entdecker des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik). Ausgedrückt in der Sprache der modernen Physik lauten sie:

 
Die Energie des Universums – einschließlich der Ruheenergie massiver Körper – ist konstant.
 
Die Entropie des Universums – einschließlich der Schwarzer Löcher – nimmt niemals ab.
 


 
Quelle: Hans Christian von Baeyer: Das informative Universum, Verlag C.H.Beck 2005, S 237.


 

 Beitrag 0-217
Gravitation dehnt Zeit und Licht

 
 

 
Formeln für
 
Gravitative Rotverschiebung und entsprechende Dehnung der Zeit

 
 
Im Schwerefeld vergrößert sich die Wellenlänge von Licht, und alle Uhren gehen dort langsamer.
 
So sagt Einsteins Theorie, und 1959 von Pound und Rebka erstmals vorgenommene Messungen haben es bestätigt:
 
 
Gravitative Rotverschiebung führt zu einem optischen Dopplereffekt, der gegenüber der Ruhe-Wellenlänge λ0 zu einer Wellenlängen-Änderung
 
 
Δλ   =   mEGL/2c2rR2

 
führt. Hierin bezeichnen mE und rE Masse und Radius der Erde, L die Höhendifferenz, die das Licht ausgehend vom Erdboden hin zum höher gelegenen Detektor überwinden muss, G Newtons Gravitationskonstante, und c die Lichtgeschwindigkeit.
 
 
Beim Experiment von Pound und Rebka betrug der Höhenunterschied 22,5 Meter, so dass die vorhergesagte Rotverschiebung einer Eisen-57-Spektrallinie Δλ0  =   4,9 • 10-15 betrug — im Einklang mit Messungen, die diesen Wert 1959 mit einer Ungenauigkeit von 10% — bestätigten.
 
 
1964 gelang es Pound und Snider, ihn mit einer Ungenauigkeit von unter 1% zu messen.

 
 
Da die Zeit über eine Frequenz ν definierbar ist und dann ν = c/λ gilt, lässt sich aus der gravitativen Rotverschiebung auf die Zeitdehnung Δt schließen, die für eine Uhr eintritt, welche in der Entfernung r vom Schwerpunkt einer Masse m eines Körpers K vom Radius rS  =  2Gm/c2 retaltiv zur Zeit t0 eines Beobachters fern vom Gravitationsfeld. Man hat
 
 
Δt(r)   =   Δt0 ( 1 – rS/r )1/2

 
 
Die Größe rS ist übrigens der sog. Schwarzschild-Radius des Körpers K.
 
Befindet sich eine Raumsonde   Δt = 1 Jahr lang   r = 35 km   entfernt vom Rand eines Schwarzen Lochs mit 10 Sonnenmassen, so vergehen während dessen für weit entfernt außerhalb des Schwerefeldes weilende Beobachter   Δt0 = 2,5 Jahre  .

 
 
Für eine kreisförmige Umlaufbahn muss der Orbitalradius größer als das 1,5-fache von rS sein.
 
Die gravitative Zeitdehnung für eine Uhr im Orbit ist dann   Δt(r)   =   Δt0 ( 1 – 3rS/2r )1/2  .

 

 
 
Quelle: Rüdiger Vaas: Jenseits von Einsteins Universum (2016), S. 302-303.

 

  Beitrag 2058-1
Wie relativ ist Energie?

 
 

Wie man der kosmischen Rotverschiebung wegen erkennt, haben Photonen, die in einer fernen Galaxis erzeugt werden, aus Sicht ihrer Quelle kürzere Wellenlänge (also höhere Frequenz und deswegen höhere Energie) als aus unserer Sicht.

FRAGE also:
  • Wohin ist ein Teil ihrer Energie verschwunden?
  • Geht solcher Schwund auch nur gequantelt vor sich, oder müssen wir Energie ebenso relativ sehen wie Raum und Zeit?

 

  Beitrag 2058-17
Energie ist relativ (wie Zeit und Raum)

 
Hallo zusammen,

die Frage des Threads lautet: ist Energie relativ.

Meine Antwort: ja, die Energie die wir wahrnehmen ist abhängig vom Bezugssystem des Beobachters. Dafür habe ich Beispiele angeführt die bisher keiner widerlegen konnte. Ich könnte noch weitere Beispiele anführen, erspare mir das aber an dieser Stelle, da es hier scheinbar um etwas anderes geht.
Nur so viel – die Vorstellung, Licht könnte gedehnt oder gestaucht werden, oder sich auf eine größere Entfernung verteilen, halte ich für eine falsche Vorstellung.
Beispiel:
Eine Rakete A sendet ein blaues Lichtsignal aus. Ein in der Nähe befindliches zur ersten RaketeA fortbewegende Rakete B empfängt dieses Signal rotverschoben, also mit weniger Energie. Eine weiter entfernte Rakete C, die zur ersten Rakete A ruht, empfängt das Lichtsignal als Blau, also mit höherer Energie wie Rakete B, obwohl das Licht über eine "längere Strecke", wie du es Henry ausdrückst, verteilt ist.

Mit Energieverlust hat das nichts zu tun und habe ich auch nie behauptet.

mfg okotombrok
 

  Beitrag 2058-20
-

 
 
Okotombrok in 2058-17:
 
Die Frage des Threads lautet: Ist Energie relativ?

Meine Antwort: ja, die Energie die wir wahrnehmen ist abhängig vom Bezugssystem des Beobachters.

Dafür habe ich Beispiele angeführt die bisher keiner widerlegen konnte. Ich könnte noch weitere Beispiele anführen, erspare mir das aber an dieser Stelle, ...


Hallo Okotombrok,

das Beispiel, das Du in Beitrag 2058-3 gegeben hast — die Lage-Energie eines Steines — beweist m.E. keineswegs, dass die Gesamtenergie eines physikalischen Objektes relativ ist:

Es zeigt lediglich, dass der Teil seiner Energie, der aus Sicht des Beobachters in bestimmter  F o r m  vorliegt, seiner Menge nach relativ ist.


Dennoch hast du natürlich recht: Energie ist relativ, was alleine schon daraus folgt, dass die Energie, die ein Objekt darstellt, impulsabhängig ist, sein Impuls aber geschwindigkeitsabhängig, und Geschwindigkeit stets nur als relative Geschwindigkeit existiert (vom der Geschwindigkeit, mit der sich Licht ausbreitet, mal abgesehen).

Gruß, grtgrt


PS: Der Seite http://www.energievergleich.de/energie-lexikon/mech... entnehme ich:

Jeder Körper, an dem Arbeit verrichtet worden ist, besitzt mechanische Energie, die sich in drei Formen manifestiert. Diese sind:
  • kinetische Energie (Bewegungsenergie),
  • potentielle Energie, also der Lageenergie, die sich für jeden Körper aus seiner Position im Schwerefeld ergibt,
  • Spannenergie, die aus der elastischen Verformung eines Körpers resultiert.
Mechanische Energie ist immer das Produkt aus Strecke und in Richtung der Strecke wirkender Kraft.
Darüber hinaus können Teile der Energie eines Körpers vorliegen in Form von
  • Wärmeenergie,
  • Druck-Volumenenergie,
  • Strahlenenergie,
  • Kernenergie,
  • elektrischer Energie.

 

  Beitrag 2058-21
Die einzig sinnvolle Erklärung für den (nur scheinbaren) Energieverlust

 
Okotombrok in 2058-17:
Hallo zusammen,

die Frage des Threads lautet: ist Energie relativ.

Meine Antwort: ja, die Energie die wir wahrnehmen ist abhängig vom Bezugssystem des Beobachters. Dafür habe ich Beispiele angeführt die bisher keiner widerlegen konnte. Ich könnte noch weitere Beispiele anführen, erspare mir das aber an dieser Stelle, da es hier scheinbar um etwas anderes geht.
Nur so viel – die Vorstellung, Licht könnte gedehnt oder gestaucht werden, oder sich auf eine größere Entfernung verteilen, halte ich für eine falsche Vorstellung.
Beispiel:
Eine Rakete A sendet ein blaues Lichtsignal aus. Ein in der Nähe befindliches zur ersten RaketeA fortbewegende Rakete B empfängt dieses Signal rotverschoben, also mit weniger Energie. Eine weiter entfernte Rakete C, die zur ersten Rakete A ruht, empfängt das Lichtsignal als Blau, also mit höherer Energie wie Rakete B, obwohl das Licht über eine "längere Strecke", wie du es Henry ausdrückst, verteilt ist.

Mit Energieverlust hat das nichts zu tun und habe ich auch nie behauptet.

mfg okotombrok

So, da bin ich wieder!

Ich fange noch mal an. Gebhard stellte die Frage, ob die kosmische Rotverschiebung mit einem Energieverlust einhergeht, ob dieser Schwund gequantelt ist.

Mein Antwort darauf: Energie ist immer gequantelt ist (siehe Planck und Einstein), es gibt aber keinen Energieverlust, sondern allenfalls Umwandlung von Energie von einer in eine andere Form.

Energie ist eine Erhaltungsgröße und kann nicht "schwinden".

Die kosmische Rotverschiebung ist nicht mit einem Energieschwund verbunden. Energie ist – wie gesagt - eine Erhaltungsgröße, kann also per se nicht "verlustig gehen".

Die Frage, wo sie denn geblieben wäre, wenn sie denn schwinden würde, ist also nicht sinnvoll, Energie kann in verschiedene Formen umgewandelt werden, wo aber ist die "Energieform", in die sich das Licht gewandelt haben sollte?

Licht verliert keine Energie, wenn es sich durch den Raum bewegt, das ist ein gesichertes Faktum, es sei denn, es tritt in Wechselwirkung mit Materie (Gas, Staub) oder es wird durch Gravitationspotentiale gelenkt, beides lässt sich aber aus der beobachteten Rotverschiebung herausrechnen.

Was bleibt, ist die Rotverschiebung an sich, und die ist auf die Expansion des Raumes zurückzuführen, was heißt, die größeren Wellenlängen sind genau darauf zurück zu führen, die Energie ist auf ein größeres Volumen verteilt und nicht "verschwunden". Als Beispiel denke man z. B. an die kosmische Hintergrundstrahlung : Die Energie der gesamten kosmischen Hintergrundstrahlung war etwa vierhunderttausend Jahre nach dem großen Knall (oder dem wie auch immer gearteten Anfang) auf ein Volumen mit dem Radius von eben vierhunderttausend Lichtjahren verteilt, heute entspricht das Volumen einem Radius von 13,7 Milliarden Lichtjahren, das genau und sonst nichts ist der Grund, warum die kosmische Hintergrundstrahlung heute eine Temperatur von rund 2,7 Grad Kelvin hat mit der entsprechenden Wellenlänge im Mikrowellenbereich.

Weiter ist die Bewegung der Galaxien aufgrund der Expansion des Raumes keine Relativbewegung. Die Rotverschiebung ist von jedem Punkt des Kosmos dieselbe, es handelt sich nicht um eine Bewegung innerhalb der Raumzeit, sondern um eine Bewegung der Raumzeit selbst, und diese Bewegung wäre allenfalls von "außen" betrachtet eine Relativbewegung, für Objekte innerhalb des Kosmos ist sie absolut.

Was ist mit der Rotverschiebung der Galaxien aufgrund ihrer Eigenbewegung? Diese Bewegungen sind natürliche relativ, also nur in Bezug zueinander zu bestimmen. Was heißt das für die Rotverschiebung?

Auch für dieses Licht gilt der Satz der Energieerhaltung.

Licht, das von einem Stern zu uns kommt, ist je nachdem, ob der Stern sich uns nähert oder sich von uns entfernt, blau- oder rotverschoben. Was bedeutet das für die Energie des Lichtes, das uns erreicht? Wenn wir außer Acht lassen, dass das Licht z. B. das Gravitationsfeld des jeweiligen Sternes verlassen muss und aufgrund DESSEN eine Rotverschiebung erfährt, haben wir es auch hier nicht mit einem Energieverlust zu tun. An Doppelsternensystemen kann man nachweisen, dass auch das Licht des Begleiters leicht rot- oder blauverschoben ist, je nach dem, ob er sich in Bezug auf uns zu uns hin oder zu uns weg bewegt, während er sein Muttergestirn umkreist. Da nicht anzunehmen ist, dass sich die Energie des Lichtes ändert, je nachdem, wo sich der Begleiterstern auf seiner Bahn in Bezug auf uns befindet, ist es also auf die größer oder kleinere Entfernung zurück zu führen, mit welcher Wellenlänge das Licht uns erreicht, es kann nicht an einem "Energieverlust" liegen.

Das Beispiel mit der Lichtquelle (Laserkanone) hat einen entscheidenden Haken: Man kann Licht selbst nicht beobachten! Was heißt das? Wir müssen auch am Entstehungsort des Laserstrahles einen Detektor benutzen,um das Licht zu registrieren (das wir Laserlicht z. B. grün sehen, liegt an der Atmosphäre, im Vakuum sehen wir nichts!). Wenn wir also den Laserstrahl verfolgen wollen, müssen wir in bestimmten Entfernungen im Raum Detektoren installieren, sinnvoller Weise Spiegel, anhand des so reflektierten Strahles würden wir aber feststellen, das sich die Detektoren aufgrund unserer Eigenbewegung von uns entfernen, was eine Rotverschiebung des Strahles zur Folge hätte.

Wir sehen also das Licht, wenn wir es registrieren, auf jeden Fall rotverschoben, egal, ob wir es als ursprünglich von einem entfernten Objekt kommend messen, oder ob wir das Licht erst von einer "heimischen" Quelle aussenden.

Es liegt an der Bewegung, dass das Licht rot- oder blauverschoben wird, das ist richtig, aber es hat nichts mit einem Energieverlust zu tun, Energie ist – ich muss mich wiederholen – eine Erhaltungsgröße, wir müssen also erklären, warum es eine Rot- oder Blauverschiebung gibt, und es gibt keine andere Erklärung als die sich vergrößernde bzw. verkleinernde Wegstrecke, die das Licht aufgrund der Bewegung zurückleben muss; und das liegt an der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit, deshalb die Verschiebung.
 

  Beitrag 2058-23
-

 
Die Energieerhaltung bei der Rotverschiebung, auch die durch die Expansion des Universums verursachte, erklärt sich letztendlich dadurch, dass Energie eine relative Größe ist. Und darum geht es im Titel des Threads: Ist Energie ebenso relativ wie Zeit und Raum?

Da meine bisherigen Erläuterungen wohl nicht verstanden wurden, hier folgendes Zitat aus
Wissenschaft Online (Autor ist der Astrophysiker Andreas Müller):

Zitat:
Rot- und Blauverschiebungen bergen ein weiteres Verständnisproblem: Wo bleibt die Strahlungsenergie, wenn z.B. das stark rotverschobene Photon einer entfernten Galaxie auf der Erde ankommt?

Keine Sorge, der Energieerhaltungssatz wird nicht verletzt. Man darf eben nur die Energie im Bezugssystem Galaxie mit derjenigen im Bezugssystem Erde vergleichen, wenn man auch berücksichtigt, dass das Universum zum Zeitpunkt der Emission des Photons in der Galaxie ein anderes Universum war, als zum Zeitpunkt der Ankunft des Photons auf der Erde! Präzise gesagt unterscheiden sich beide Bezugssysteme im Skalenfaktor R(t), auch Weltradius genannt. 'Rotverschobene, kosmologische Photonen' sind ähnlich zu den 'gravitationsrotverschobenen Photonen' in einem Schwerefeld zu sehen. Denn die Strahlungsenergie geht in beiden Fällen an die (dynamische bzw. gekrümmte) Raumzeit verloren. Kosmologische Rotverschiebung und Gravitationsrotverschiebung sind rein geometrische Effekte.

Es spiegelt sich jedoch auch die Relativität des Beobachters darin wider, denn es spielt eine Rolle, in welchem Bezugssystem er sitzt.

mfg okotombrok
 

  Beitrag 2058-24
Die 3 Varianten der Rotverschiebung wirklich genau erklärt

 
 
Danke, Okotombrok,

der Artikel in wissenschaft online ist wirklich hilfreich. Ich sehe die Sache jetzt also so:

Wo Rotverschiebung auftritt, ist sie Summe von insgesamt 3 Ursachen:
  • kosmologischer Rotverschiebung,
  • gravitativer Rotverschiebung (meist zu vernachlässigen) und
  • lokaler Rotverschiebung aufgrund eines Dopplereffekts.

Im ersten Fall ist entsprechender Energieverlust der Photonen Umwandlung eines Teiles ihrer Energie in Druck, der die Raumzeit zunehmend "aufgeblasen" hält.

Im letzten Fall ist entsprechender Energieverlust einzig und allein auf die relative Sicht des Beobachters zurückzuführen, der das Licht rotverschoben sieht.
Wo er das Licht blauverschoben sieht, ist entsprechender Energiegewinn ebenfalls einfach nur dieser relativierten Sicht geschuldet.


Vielen Dank,
grtgrt
 

 Beitrag 0-156
Genaueres zu den 3 Varianten der Rotverschiebung

 
 

 
Rotverschiebung kann 3 Ursachen haben

 
 


 
 

 
 

 
 


 
 
Quelle: Andreas Müller, Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching


 

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