Photonen, Gravitonen und Anziehung

Second_Q · Anmeldungsdatum: 30.09.2007 Beiträge: 155 Wohnort: DE

Guten Abent
smile

Ich habe mal 2 Theorie Fragen

1. was passiert wenn zwei Teilchen ein Photon und ein Graviton aufeinanderprallen ?

2. was passiert wenn zwei Photon parallel gleichzeitig in die gleiche Richtung fliegen wann treffen sie sich ?

da sich ja Massen ( bzw. Energie ) anziehen.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ich würde erwarten:

1. Sie wechselwirken miteinander, und das Photon ändert dadurch seine Flugrichtung und/oder seine Frequenz um ein winziges bisschen.

2. Sie entfernen sich mit der Zeit voneinander Augenzwinkern

Denn im Weltraum gibt es so viele inhomogene Gravitationsfelder, in denen die beiden Photonen durch ihre unterschiedliche Flugbahn leicht unterschiedlich abgelenkt werden, dass die winzige gravitative Anziehung zwischen den beiden Photonen sich wohl nicht merklich auswirken wird. Augenzwinkern

Magst du zum Beispiel mal ausprobieren und rechnen oder grob abschätzen: Zwei Massenpunkte der Masse m fliegen anfangs im Abstand d voneinander parallel nebeneinander her. Wann treffen sie aufeinander?

Second_Q · Anmeldungsdatum: 30.09.2007 Beiträge: 155 Wohnort: DE

die Kraftwirkung für Licht habe ich

oder

g = Gravitationskonstante
h = plancksche Wirkungsquantum
f = Frequenz des Lichtes
L = Wellenlänge des Lichtes
c = Lichtgeschwindigkeit
r = Entfernung zueinander

aber wie ich es jetzt berechnen soll kein ahnung.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ich würde vorschlagen, wir rechnen das lieber erstmal wirklich für Massenpunkte.

Und um da ganz einfach mal etwas rechnen zu können, würde ich dir vorschlagen, nimm erst mal an, die Gravitationskraft F zwischen den beiden Massenpunkten sei während der ganzen Bewegung so groß wie am Anfang, wenn der Abstand noch d ist.

Wann treffen sie sich dann "allerspätestens"?

Und magst du da dann mal Beispielwerte für Massen a la "beide Massenpunkte haben die Masse 1 g und am Anfang den Abstand d voneinander" einsetzen, um eine konkrete Zahl für ein Beispielergebnis herauszubekommen?

(Und dann kannst du am Ende mal für eine "Photonenmasse" ein

einsetzen, wenn du magst. So würde ich spontan probieren, mal einen ganz groben Beispielwert für Photonen zu bekommen.)

Second_Q · Anmeldungsdatum: 30.09.2007 Beiträge: 155 Wohnort: DE

so ungefähr

L(?) = Weg bei dem sie sich treffen
v = Geschwindigkeit
m= Masse
d = Entfernung zueinander
F = wirkende Kraft
L = zurückgelegte Strecke

bei
v = 2 m/s
m = 0,001 Kg
d = 0,1 m
F = 10 Kg*m/s^2
L = 40 m

L(?) = 0,000001 m

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Hm, da verstehe ich nicht, wie du da draufkommst. Wozu hast du das v da in der Formel, und was meinst du damit? Wolltest du nicht ausrechnen, "wann" sie sich treffen? Wo meinst du dieses "wann" in deiner Formel?

Magst du mal in Worten und/oder in einer Skizze sagen, was du ansetzen möchtest, bevor du mit Formeln loslegst?

Second_Q · Anmeldungsdatum: 30.09.2007 Beiträge: 155 Wohnort: DE

so

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Erklär mal in Worten und mit den einfachen Formeln, die du schon sicher kennst, wie du auf deine Formeln kommst. Mir scheinen diese Formeln irgendwie nur fertig geraten und irgendwie hingeschrieben zu sein, wenn ich sie so ganz ohne Erklärung sehe.

Tipp zur Vereinfachung: Berechne erst einmal nur die Zeit, bis sich die beiden Massenpunkte treffen.

Second_Q · Anmeldungsdatum: 30.09.2007 Beiträge: 155 Wohnort: DE

Die habe ich mir beim spazieren gehen zusammen gebastelt denn ich habe keine Ahnung wie ich denn "Treffpunkt" berechnen kann.
Ich weiß ja nichteinmall wie ich nach der Zeit berechnen soll.

Ausgangsgedanke:

Wenn v = 0 dann L(?) = 0

Wenn F = 0 dann L(?) = unendlich

Vielleicht finde ich die passende Berechnung mit einem Beispiel das Gedanklich einfach nachzuvollziehen ist um auf die passende Berechnung zukommen.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Hm, passende Beispiele müsstest du eigentlich schon viele gerechnet haben.

Nimm zum Beispiel vereinfacht mal so etwas:

Ein Auto startet aus dem Stand und beschleunige mit konstanter Beschleunigung a. Wann erreicht es die Ziellinie, die sich im Abstand d/2 vom Startpunkt des Autos befindet?

Second_Q · Anmeldungsdatum: 30.09.2007 Beiträge: 155 Wohnort: DE

Beschleunigung des Autos

dabei ist mir etwas eingefallen abgeleitet vom Geschwindigkeitsparallelogramm.

= Geschwindigkeit

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Second_Q · Anmeldungsdatum: 30.09.2007 Beiträge: 155 Wohnort: DE

Ich habe mal mit meinem Arbeitskollegen über die 2. Frage: was passiert wenn zwei Photon parallel gleichzeitig in die gleiche Richtung fliegen wann treffen sie sich ? diskutiert
und er kam auf die Idee das es sich dabei um einen „ Waagerechten Wurf “ handeln müsste.
Wobei Wurfweite = dem "Treffpunkt" entspricht.

Wurfweite

:

g = Gravitationskonstante
h = plancksche Wirkungsquantum
L = Wellenlänge des Lichtes
c = Lichtgeschwindigkeit
d = Entfernung zueinander

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ich bin einverstanden, dass das Modell, mit dem man so etwas am einfachsten mal grob abschätzen könnte, dem entspricht, was du von einem waagerechten Wurf her kennen dürftest.

Aber bitte schreib das ganze erstmal nur mit Massen m auf, bevor du dich an irgendwelchen Komplettformeln für Licht versuchst.

Denn das macht die Rechnung viel klarer und übersichtlicher. Zu viele Schritte auf einmal scheinen mir das Risiko viel zu hoch zu machen, dabei auf die Nase zu fallen.

michifold · Anmeldungsdatum: 21.10.2006 Beiträge: 34

Hallo! Da muss ich jetzt meinen Senf ablassen Lehrer

,
da mich die Frage, was zwei anfänglich parallel fliegende Photonen (im sonst leeren Raum) machen auch schon gequält hat. Ich bin irgendwann in einem Buch zufällig fündig geworden. Glaube es war Lightman: Problem Book in Relativity. (oder so ähnlich)

In der Lösung war das Problem so modelliert: Die Photonen sind zwei lichtartige Punktteilchen in einer ansonst leeren Raumzeit, nur die Gravitation, also Rechenmethode die ART wird benutzt.
Da man davon ausgehen kann, dass die Gravitation sowieso nicht besonders groß ist wurde mit linearsierten Feldgleichungen gerechnet. Das Ergebnis: Die Photonen bleiben parallel! Außerdem stand in der Lösung, dass dieses Ergebnis auch exakt (also mit den vollen Feldgleichungen) richtig sei.

Anschaulich würde ich mir das so erklären: Die Information, dass ein Nachbarphoton existiert, kann auch nur mit Lichtgeschwindigkeit reisen. Somit kann keines der Photonen seine Richtung ändern und sie bleiben ewig parallel.

Praktisch gesehen existiert so eine Situation natürlich nicht: Das Universum ist nicht leer und das Universum expandiert, so dass die Photonen unweigerlich getrennt werden; die Photonen sind keine Punktteilchen, sondern Wellenpakete und damit nicht lokalisiert, sodass sie gravitativ oder wahrscheinlicher elektromagnetisch wechselwirken können; sie wechselwirken mit dem Vakuum; usw...

Senfabgabe zu Ende :-)

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Danke für den Senf, du hast Recht, michifold smile

Dann schließe ich das Rechentechnische zu der Frage mit den zwei Massenpunkten so ab:

* Wenn man das für zwei Massenpunkte als horizontalen Wurf rechnet, bekommt man schon mal einen sehr grob genäherten Wert für die Zeit bis zum Treffen. (Der ist deutlich zu groß, weil die Kraft als konstant angenommen und damit unterschätzt wird.)

* Wenn man das für zwei Massenpunkte als Keplerproblem rechnet, bei dem eine Halbachse der Keplerellipse gleich Null ist, bekommt man die exakte Lösung für zwei Massenpunkte.

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Zwei parallel zueinander fliegende Lichtteilchen verhalten sich nicht wie zwei Massenpunkte. Denn sie fliegen zu schnell, als dass sie etwas vom Gravitationsfeld des jeweils anderen Photons merken könnten. Also wechselwirken zwei parallel zueineinander fliegende Photonen nicht miteinander durch Gravitation smile