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Ist Energie ebenso relativ wie Zeit und Raum?

Thema erstellt von Grtgrt 
Beiträge: 2.307, Mitglied seit 13 Jahren
Okotombrok schrieb in Beitrag Nr. 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.
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Beitrag zuletzt bearbeitet von Henry am 17.07.2013 um 14:51 Uhr.
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Beiträge: 1.375, Mitglied seit 16 Jahren
Henry schrieb in Beitrag Nr. 2058-21:
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.

Meine 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

Hallo Henry,

so ist es. Auch deinen übrigen Ausführungen in diesem Beitrag kann ich voll zustimmen. Besonders hervorheben möchte ich diesen Abschnitt:

Henry schrieb in Beitrag Nr. 2058-21:
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.

Deshalb liegt das Beispiel mit der Gummiband-Dehnung als Analogon zur Universum-Expansion neben der Sache, weil derjenige, der das Gummiband ausdehnt, sich außerhalb des Gummiband-Kosmos befindet. Er kann eine Relativbewegung feststellen, nicht aber ein fiktiver Bewohner des Gummiband-Kosmos.

M.f.G. Eugen Bauhof
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Okotombrok (Moderator)
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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, volgendes Zitat
wissenschaft online
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 dieser sitzt.

mfg okotombrok
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Beitrag zuletzt bearbeitet von Okotombrok am 17.07.2013 um 23:49 Uhr.
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Beiträge: 1.566, Mitglied seit 11 Jahren
 
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
 
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Beiträge: 2.307, Mitglied seit 13 Jahren
Okotombrok schrieb in Beitrag Nr. 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, volgendes Zitat
wissenschaft online
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 dieser sitzt.

mfg okotombrok

Hi, Oko!

Ich denke, ich habe deine Beiträge verstanden, nur hab ich eine andere Ansicht (halte es für unlogisch, Energie auf der einen Seite als Erhaltungsgröße zu betrachten, andererseits aber als relativ) . Ich sehe nicht, dass der Beitrag in Wissenschaft online meiner Ansicht widerspricht.

Ich schlage vor, wir belassen es vorläufig dabei!

Gruß Henry
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Herr Oberlehrer

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(Donald Duck)
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Okotombrok (Moderator)
Beiträge: 1.477, Mitglied seit 16 Jahren
Henry schrieb in Beitrag Nr. 2058-25:
Ich schlage vor, wir belassen es vorläufig dabei!

Ok, Henry, einverstanden.
Aber nur vorläufig! ;-)

Wir werden wahrscheinlich, vielleicht in ganz anderen Zusammenhängen, wieder darauf zurückkommen.

wünsche dir noch einen angenehmen Abend.

okotombrok
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