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Energieverlust des Photons durch Dunkle Energie?
 
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Kassiopeija



Anmeldungsdatum: 26.06.2015
Beiträge: 136

Beitrag Kassiopeija Verfasst am: 04. Jun 2022 15:33    Titel: Energieverlust des Photons durch Dunkle Energie? Antworten mit Zitat

Also ich unterhalte mich gerade mit einem Freund der meint daß die Rotverschiebung der Photonen, welche ja bekanntlich als Nachweis der Dunklen Energie angeführt wird, ein Energieverlust darstellt.
Aber wie kann das sein, laut der Einsteinschen Äquivalenz kann die ja nicht verloren gehen....
Meine Idee:
Die zurückgelegte Mehrstrecke stellt diese Energie dar. Das ist jetzt nur geraten, mir fehlt gerade ein wenig eine Adsoziation. Ich gehe davon aus daß die Schwingung des elektro-magnetischen Feldes - des Photons - also wechselseitig hoch & runter, die Anzahl dieser Schwingungen, gleich bleibt aber eben über eine längere Distanz wie auseinandergesetzt wird, daher dann die Längenwellenverschiebung.
Ist das so richtig gedacht?

Gruß & danke fürs Lesen
Nils Hoppenstedt



Anmeldungsdatum: 08.01.2020
Beiträge: 1713

Beitrag Nils Hoppenstedt Verfasst am: 04. Jun 2022 17:13    Titel: Re: Energieverlust des Photons durch Dunkle Energie? Antworten mit Zitat

Kassiopeija hat Folgendes geschrieben:
Also ich unterhalte mich gerade mit einem Freund der meint daß die Rotverschiebung der Photonen, welche ja bekanntlich als Nachweis der Dunklen Energie angeführt wird, ein Energieverlust darstellt.


Ich vermute mal, du meinst die kosmologische Rotverschiebung. Diese ist kein Nachweis der Dunklen Materie, sondern ein Nachweis für die Expansion des Universums.

Kassiopeija hat Folgendes geschrieben:

Aber wie kann das sein, laut der Einsteinschen Äquivalenz kann die ja nicht verloren gehen....


Das hat mit der Einsteinschen Masse-Energie-Äquivalenz nichts zu tun. Diese besagt, dass die Masse eines Objekts seiner Ruheeergie entspricht. Du meinst vermutlich einfach die Energieerhaltung. Dazu gab es vor kurzem hier eine längere Diskussion:

https://www.physikerboard.de/htopic,66836,.html

Die kurze Antwort ist, dass die Energie einfach verschwindet. Und nein, dies ist keine Verletzung der Energieerhaltung, da diese in diesem Falle nicht gilt.

Viele Grüße,
Nils

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Ihr da Ohm macht doch Watt ihr Volt!
Kassiopeija



Anmeldungsdatum: 26.06.2015
Beiträge: 136

Beitrag Kassiopeija Verfasst am: 04. Jun 2022 21:37    Titel: Antworten mit Zitat

Also die Rotverschiebung wird durch die Wirkung der Dunklen Energie auf den Raum verursacht. Der Raum wird dadurch auseinandergezogen, und analog dazu auch die Wellenlänge des Lichts?
Nehmen wir mal an, wir beobachten ein dunkelrotes Photon mit der Wellenlänge von 750nm, das von einer Supernova Typ Ia vor 2 Mrd. Jahre ausgesandt wurde. Kann man das berechnen wie die Wellenlänge damals war?
jmd



Anmeldungsdatum: 28.10.2012
Beiträge: 577

Beitrag jmd Verfasst am: 04. Jun 2022 22:47    Titel: Antworten mit Zitat

Kassiopeija hat Folgendes geschrieben:
Also die Rotverschiebung wird durch die Wirkung der Dunklen Energie auf den Raum verursacht.

Nein. Das hat doch Nils Hoppenstedt schon geklärt. Die Rotverschiebung gab doch schon Jahrzehnte von der dunklen Energie. Soweit ich weiß hat der Entdecker der Rotverschiebung Hubble die Ausdehnung des Universums sein Leben lang abgelehnt

Kassiopeija hat Folgendes geschrieben:

Nehmen wir mal an, wir beobachten ein dunkelrotes Photon mit der Wellenlänge von 750nm, das von einer Supernova Typ Ia vor 2 Mrd. Jahre ausgesandt wurde. Kann man das berechnen wie die Wellenlänge damals war?

Sicher kann man das berechnen indem man diesen Parameter berechnet. Ich nenne den mal Radius. Man könnte vermuten, dass es sich um handelt. Das kommt hin
Kassiopeija



Anmeldungsdatum: 26.06.2015
Beiträge: 136

Beitrag Kassiopeija Verfasst am: 05. Jun 2022 01:35    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo bitte keine Troll-Kommentare in meinem Thread schreiben. Danke smile

Ich habe weder irgendetwas von der Dunklen Materie geschrieben, sondern der Ausdruck "Dunkle Energie" ist doch eindeutig zu lesen! Mir dann "die dunkle Energie" als Korrektur anzubieten kommt einem schweren logischem Fehler gleich!

Danke für den Link aber was man (mal wieder) schön erkennen kann ist daß die entsprechenden Gesprächsteilnehmer überhaupt keinen Konsens finden weil (u.a.) ihre Begrifflichkeiten von anderen Assoziationen besetzt sind. Da gibt's jede Menge anderer Threads hier wo das genau gleich ist z.B. damals mit der Neu-Definition der Kopenhagener Deutung durch diese Deutsche (Name entfallen).
Gut, ich hab Verständnis weil ist ja doch arg abstrakt alles.

Außerdem ist es eine Unsitte wenn eine 2. Person für jemand anderes spricht. Und dann auch noch weitere schwere Logikfehler begeht lol! Er sagt ja selber daß die kosmologische Rotverschiebung durch die Dunkle Energie verursacht wird, aber da meinst du das sei nicht so aber der Punkt ist geklärt?!? LOL Hammer

Also um wieviel Nanometer verschiebt sich das dunkelrote Photon jetzt? Ausgehend von den Parametern des Lambda-CDM Model selbstverständlich...

Danke danke smile
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 15512

Beitrag TomS Verfasst am: 05. Jun 2022 08:09    Titel: Antworten mit Zitat

Kassiopeija hat Folgendes geschrieben:
Hallo bitte keine Troll-Kommentare in meinem Thread schreiben.

Das war kein Troll-Kommentar, sondern wahrscheinlich ein Schreibfehler. Die Hinweise sind jedenfalls korrekt, die Dunkle Energie spielt für deine Frage überhaupt keine Rolle. Die Meta-Diskussion führt zu nichts.


Kassiopeija hat Folgendes geschrieben:
Er sagt ja selber daß die kosmologische Rotverschiebung durch die Dunkle Energie verursacht wird, aber da meinst du das sei nicht so aber der Punkt ist geklär.[en.

Die kosmologische Rotverschiebung wird durch die Expansion des Universums bedingt.

Die Dunkle Energie / die kosmologische Konstante bedingt die beschleunigte Expansion des Universums; die kosmologische Rotverschiebung tritt jedoch bei jeder beliebigen Expansion auf - beschleunigt, unbeschleunigt, gebremst.

Insofern ist die Dunkle Energie für deine Frage irrelevant.

Zur Frage:

Der Satz von der Energieerhaltung kann im Rahmen vieler Theorien und Modelle unter bestimmten Voraussetzungen mathematisch exakt bewiesen werden - siehe dazu das Noether-Theorem. Im Falle der kosmologischen Expansion ist eine wesentliche Voraussetzung des Theorems nicht gegeben - die Invarianz unter Zeittranslationen. Daher geht der Beweis nicht durch, die Energie der Photonen ist nicht erhalten.

(Das folgende Beispiel bitte nicht eins-zu-eins auf die kosmologische Rotverschiebung übertragen: bei Anwesenheit von Reibung ist die Gesamtenergie eines Autos als Summe der kinetischen Energie sowie der gespeicherten chemischen Energie des Treibstoffs ebenfalls nicht erhalten - unabhängig von Beschleunigung oder Abbremsen).

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Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.
jmd



Anmeldungsdatum: 28.10.2012
Beiträge: 577

Beitrag jmd Verfasst am: 05. Jun 2022 10:26    Titel: Antworten mit Zitat

Kassiopeija hat Folgendes geschrieben:
Also um wieviel Nanometer verschiebt sich das dunkelrote Photon jetzt? Ausgehend von den Parametern des Lambda-CDM Model selbstverständlich...

ca. 100nm
Kassiopeija



Anmeldungsdatum: 26.06.2015
Beiträge: 136

Beitrag Kassiopeija Verfasst am: 06. Jun 2022 12:43    Titel: Antworten mit Zitat

Ja und beschleunigte Expansion bedeutet, daß der Energieverlust immer größer werden wird wenn man das Ausmaß der Rotvetschiebung in die Zukunft projiziert.

Wenn das Universum sich nicht beschleunigt ausbreiten würde, dann wäre eine lineare Proportionalität gegeben. Eine Galaxy X würde sich kontinuierlich von uns wegbewegen, das Ausmaß der Rotverschiebung würde genau gleichbleiben - da ja ihre Fluchtgeschwindigkeit uns (dem Beobachter) gegenüber nicht größer wird.

Im Grunde genommen ist das eh kein Energieverlust denn die Rotverschiebung wird durch den Dopplereffekt ausgelöst - die Galaxie bewegt sich ja von uns weg und diese Geschwindigkeit sollte man, einfacher Logik nach, der Geschwindigkeit abziehen. Bei Alltagsobjekten wäre dies tatsächlich der Fall. Aber bei Photonen eben nicht, aus irgendwelchen unerfindlichen Gründen müssen die immer c haben. Also wird eben die Wellenlänge korregiert/kompensiert.
Das müsste man mal nachrechnen.... wenn ich ein Photon mit Geschwindigkeit = 0 hätte, wie viel Energie müsste man theoretisch aufwenden, um dieses Eich-Boson auf die zuvor angesprochene Fluchtgeschwindigkeit zu beschleunigen? Vielleicht spiegelt sich in diesem Wert die Energie des Wellenlängenverlustes wieder?

Danke für das Beispiel, das mit der Reibung hatte ich mal vor Jahren im Zusammenhang mit der Entropie gelesen. Anscheinend gibt es irreversible Energieumwandlungsprozesse in der Natur.
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 4163

Beitrag DrStupid Verfasst am: 06. Jun 2022 16:59    Titel: Antworten mit Zitat

Kassiopeija hat Folgendes geschrieben:
Eine Galaxy X würde sich kontinuierlich von uns wegbewegen, das Ausmaß der Rotverschiebung würde genau gleichbleiben - da ja ihre Fluchtgeschwindigkeit uns (dem Beobachter) gegenüber nicht größer wird.


Du verwechselst die kosmologische Rotverschiebung mit dem Dopplereffekt. Das eine hat mit dem anderen nichts zu tun.
Kassiopeija



Anmeldungsdatum: 26.06.2015
Beiträge: 136

Beitrag Kassiopeija Verfasst am: 06. Jun 2022 19:31    Titel: Antworten mit Zitat

DrStupid hat Folgendes geschrieben:
Kassiopeija hat Folgendes geschrieben:
Eine Galaxy X würde sich kontinuierlich von uns wegbewegen, das Ausmaß der Rotverschiebung würde genau gleichbleiben - da ja ihre Fluchtgeschwindigkeit uns (dem Beobachter) gegenüber nicht größer wird.


Du verwechselst die kosmologische Rotverschiebung mit dem Dopplereffekt. Das eine hat mit dem anderen nichts zu tun.

Doch weil das grundlegende Prinzip genau dasselbe ist. Egal ob Dopplereffekt, gravitative Zeitdilatation oder kosmologische Konstante - jedesmal wird die Wegstrecke des Photons verlängert oder verkürzt. Das Photon reagiert darauf mit der Wellenlängenveränderung. Es findet also eine Umwandlung von Energie in eine veränderte Raumzeitkoordination der auf der Raumzeit liegenden Objekte statt. Wenn ich Objekt von A nach B bewege, kommt das einer Arbeit, und deshalb Energie, gleich.
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 4163

Beitrag DrStupid Verfasst am: 06. Jun 2022 20:06    Titel: Antworten mit Zitat

Kassiopeija hat Folgendes geschrieben:
Doch weil das grundlegende Prinzip genau dasselbe ist.


Nein, eben nicht. Der Dopplereffekt hängt von der Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Sender (während der Emission) und Empfänger (während der Absorption) ab. Wenn sich beide mit konstanter Geschwindigkeit voneinander entfernen, dann bleibt die Rotverschiebung tatsächlich konstant. Die kosmologische Rotverschiebung hängt dagegen von der Expansion des Raumes zwischen Emission und Absorption ab. Wenn der Abstand hier mit konstanter Geschwindigkeit wächst, dann wächst auch die Rotverschiebung. Das sind zwei vollkommen verschiedene Effekte.
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 15512

Beitrag TomS Verfasst am: 06. Jun 2022 20:09    Titel: Antworten mit Zitat

Kassiopeija hat Folgendes geschrieben:
Doch weil das grundlegende Prinzip genau dasselbe ist. Egal ob Dopplereffekt, gravitative Zeitdilatation oder kosmologische Konstante …

Ja, in gewisser Weise sind die zugrundeliegenden Effekt verwandt.

Kassiopeija hat Folgendes geschrieben:
… jedesmal wird die Wegstrecke des Photons verlängert oder verkürzt.

Das ist erstens nicht immer der Fall, und zweitens nicht der Grund.

Kassiopeija hat Folgendes geschrieben:
Es findet also eine Umwandlung von Energie … statt.

Nein, es findet keine Umwandlung von Energie statt.

Möchtest du etwas verstehen, oder möchtest du einfach wilde Thesen in den Raum stellen?

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Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.
Sonnenwind



Anmeldungsdatum: 25.04.2022
Beiträge: 158

Beitrag Sonnenwind Verfasst am: 07. Jun 2022 08:50    Titel: Antworten mit Zitat

Ich verstehe da auch was nicht. Wenn das Universum ein fast materieloser de-Sitter-Raum wäre und sich folglich beschleunigt ausdehnt und nur ein einziges Photon darin wäre, würde das dann nicht Energie verlieren? Es gilt E = h * f = h * c / lambda. Da die Wellenlänge lambda auseinander gezogen wird und h und c konstant sind, muss sich die Energie E = h * c / lambda verringern.
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Das Photon: Eine Geschichte voller Missverständnisse.
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 4163

Beitrag DrStupid Verfasst am: 07. Jun 2022 09:23    Titel: Antworten mit Zitat

Sonnenwind hat Folgendes geschrieben:
Wenn das Universum ein fast materieloser de-Sitter-Raum wäre und sich folglich beschleunigt ausdehnt und nur ein einziges Photon darin wäre, würde das dann nicht Energie verlieren?


Ja, würde es. Die Energie der Strahlung veringert sich umgekehrt proportional zum Skalenfaktor.
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 15512

Beitrag TomS Verfasst am: 07. Jun 2022 10:27    Titel: Antworten mit Zitat

Sonnenwind hat Folgendes geschrieben:
Ich verstehe da auch was nicht. Wenn das Universum ein fast materieloser de-Sitter-Raum wäre und sich folglich beschleunigt ausdehnt und nur ein einziges Photon darin wäre, würde das dann nicht Energie verlieren? Es gilt E = h * f = h * c / lambda. Da die Wellenlänge lambda auseinander gezogen wird und h und c konstant sind, muss sich die Energie E = h * c / lambda verringern.

Ja, das wäre tatsächlich der Fall. Aber - wie oben bereits gesagt - stellt dies kein Problem dar, da in einem expandieren Universum die Voraussetzungen für den Energieerhaltungssatz nicht gegeben sind.

Darüber hinaus wird in diesem Kontext gerne vergessen, dass Energie ohnehin keine invariante Größe ist sondern vom jeweiligen Beobachter abhängt.

Dies bedeutet konkret, dass zwei Beobachter i = 1,2 involviert sind, der erste nahe der Quelle, der zweite nahe des Empfängers. Die jeweiligen Frequenzen und somit Energien ergeben sich als Projektion des Wellenzahl-Vierervektors des Photons auf die Vierergeschwindigkeit der jeweiligen Beobachter



Der Wellenzahl-Vierervektor des Photons an einem Ort P hängt dabei von der Metrik g entlang der lichtartigen Geodäten zu diesem Ort ab. Im Falle eines Photons folgt dies direkt aus der Lösung der Geodätengleichung *). Diese Vorgehensweise ist allgemein gültig, also anwendbar z.B. für die kosmologische sowie die gravitative Rotverschiebung. Bereits in einer flachen Raumzeit folgt die Dopplerverschiebung.

Demzufolge gibt es nicht die Energie des Photons, lediglich unterschiedliche beobachterabhängige Energien.

Die kosmologische Rotverschiebung wird nun speziell bezüglich der im expandieren Universum mitbewegten Beobachter definiert, ohne dass diese Auszeichnung zwingend wäre. Für diese folgt die Rotverschiebung und demzufolge der entsprechende Energieverlust aus der üblichen Betrachtung der „Dehnung der Wellenlänge“. Dies ist eine spezielle Betrachtung für mitbewegte Beobachter.


*) Formal kann die Geodätengleichung



für den Wellenzahlvektor k mittels eines sogenannten pfadgeordneten Produktes entlang einer lichtartigen Geodäten integrieren werden. Damit folgt der Zusammenhang für die Wellenzahlvektoren an den beiden Orten i = 1,2


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Kassiopeija



Anmeldungsdatum: 26.06.2015
Beiträge: 136

Beitrag Kassiopeija Verfasst am: 08. Jun 2022 16:15    Titel: Antworten mit Zitat

Wenn das Universum sich über eine Kugeloberfläche ausbreiten würde, dann stößt es vielleicht in der Zukunft wieder mit sich zusammen. Dann sähe man in die blauverschobene Vergangenheit und der Energieerhalt wäre da. Gleich der Addition der Meßergebnisse zweier Beobachter, die sich auf einer Geraden zwischen einer Wellenquelle befinden, die sich auf einen Beobachter, aber weg von dem anderen, bewegt.
Falls sich diese Kugel aufbläht, wäre die Verschiebung aber beeinflusst. Es gibt aber trotzdem keinen "Verlust" per se, sondern lediglich einen "Verdünnungseffekt".

Außderdem frage ich mich was mit Photonen in extremen rotverschobenen Bereichen passiert - z.B. der Ereignishorizon eines Schwarzen Loches, die "lichtene Fläche" bei der sich c & gravitativer Zug gegenseitig aufheben. Müsste das Photon dadurch nicht so stark rotverschoben sein, daß die Wellenlänge so extrem zunimmt, daß es regelrecht aus dem Ereignishorizont heraustritt resp. hineinfällt?
Was ist die extremste Form der physikalisch möglichen Rotvetschiebung und welche Wellenlänge ist dies dann?
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