Photon verfolgt Raumschiff

[Bauhof]

Hallo zusammen,

nachdem in verschiedenen Foren von komplizierten Photonen-Problemen die Rede war, hier eine einfache Knobelaufgabe (ohne Preisverleihung), die angeblich viele Physikstudenten verwirrte, wenn sie über die Relativität nachzudenken angefangen haben:

Ein Raumschiff versucht, einem Photon zu entkommen, was ihm natürlich nie gelingen wird. V sei die Geschwindigkeit, P der Impuls und E die Energie des Photons in der Wahrnehmung des Astronauten, wenn das Photon auf das Raumschiff trifft.

In welcher Weise ändert die Steigerung der Raumschiffgeschwindigkeit die vom Astronauten wahrgenommenen Werte V, P und E?

(a) V, P und E sind konstant und ändern sich überhaupt nicht.
(b) P und E werden geringer, V ändert sich nicht.
(c) V und P werden geringer, E ändert sich nicht.
(d) V und E werden geringer, P ändert sich nicht.
(e) V, P und E werden alle geringer.

Welche Antwort ist richtig und warum?

Mit freundlichen Grüßen
Eugen Bauhof

[pauli]

na dann versuche ich es mal:

(b) P und E werden geringer, V ändert sich nicht.

durch Rotverschiebung verringern sich P und E, V bleibt im System des Raumschiffs c

[Jogi]

Zitat von pauli

durch Rotverschiebung verringern sich P und E, V bleibt im System des Raumschiffs c

Der Zusatz "im System des Raumschiffs" erscheint mir besonders wichtig.
Denn, wie sollte die Raumschiffbesatzung V global messen können?


Gruß Jogi

[Eyk van Bommel]

Also ich bin für
(a) V, P und E sind konstant und ändern sich überhaupt nicht.
Da man sagen kann:
A) Der physikalische Zustand ist unabhängig von der Bewegung – daher ändert sich auch nichts. Da sich der physikalische Zustand durch die Beschleunigung also nicht geändert hat und E=pc und c immer c bleibt muss auch E und p konstant bleiben. Sonst müsste sich p entgegen E ändern??? Auf jedenfall E/p =c!

B) Der physikalische Zustand ist abhängig vom Bewegungszustand. Daher ändern sich Photon und Beobachter so – dass es wieder konstant gemessen wird.

Real oder Relativ gemessen wird imho immer a

Gruß
EVB

[JoAx]

Hallo,

ich bin zwar noch nicht sicher, ob meine Antwort richtig ist, ob ich die Aufgabe richtig verstanden habe, aber:

Zitat von Eyk van Bommel

... Sonst müsste sich p entgegen E ändern??? Auf jedenfall E/p =c!

Energie und Impuls eines Photons ändern sich gleich, wenn es zu einer Rotveschiebung kommt. Es ist ihr Verhältniss zu einander, das konstant ist und bleibt.
Setzen wir E1=E/2 und P1=P/2 folgt:

E/P = 2E1/2P1=E1/P1=c

Das Raumschiff ist beschleunigt. Somit ist es kein IS. Also kann das Photon auch nicht so wahrgenommen werden, wie im Ruhesystem des Senders.

Ich bleibe immer noch bei (b).


Gruss, Johann

[Uli]

Zitat von JoAx

Hallo,

ich bin zwar noch nicht sicher, ob meine Antwort richtig ist, ob ich die Aufgabe richtig verstanden habe, aber:



Energie und Impuls eines Photons ändern sich gleich, wenn es zu einer Rotveschiebung kommt. Es ist ihr Verhältniss zu einander, das konstant ist und bleibt.
...
Ich bleibe immer noch bei (b).


Gruss, Johann

Sehe ich auch so: die Verschiebung der Frequenz (~Energie) und des Wellenvektors (~Impuls) des Photons gehen Hand in Hand.

Andererseits garantiert das Prinzip der Konstanz der Vakuumlichtgeschwindigkeit, dass man unabhängig von der Momentangeschwindigkeit des Raumschiffes immer dieselbe Lichtgeschwindigkeit c misst.

Die Raumfahrer müssen bei dieser Messung einzig ein wenig aufpassen, da ihr Laborsystem nicht inertial ist. So sollten sie nicht die Uhr am Bug des Schiffes nutzen um die Geschwindigkeit des Photons am Heck des Schiffes zu messen: lokal messen.

Gruß,
Uli

[Timm]

Zitat von Uli

Die Raumfahrer müssen bei dieser Messung einzig ein wenig aufpassen, da ihr Laborsystem nicht inertial ist. So sollten sie nicht die Uhr am Bug des Schiffes nutzen um die Geschwindigkeit des Photons am Heck des Schiffes zu messen: lokal messen.

Hallo Uli,

das verstehe ich jetzt nicht, das Raumschiff treibt während der Messung doch antriebslos dahin.

Inzwischen bin ich zu der Einsicht gekommen, daß die Doppler-Rotverschiebung z=v/c zunimmt,

Gruß, Timm

[JoAx]

Hallo Timm,

Zitat von Timm

das Raumschiff treibt während der Messung doch antriebslos dahin.

Zitat von Bauhof

In welcher Weise ändert die Steigerung der Raumschiffgeschwindigkeit die vom Astronauten wahrgenommenen Werte V, P und E?

Gruss, Johann

[Uli]

Zitat von Timm

Hallo Uli,

das verstehe ich jetzt nicht, das Raumschiff treibt während der Messung doch antriebslos dahin.

Inzwischen bin ich zu der Einsicht gekommen, daß die Doppler-Rotverschiebung z=v/c zunimmt,

Gruß, Timm

Hi Timm,

in der Aufgabenstellung hieß es doch:

"In welcher Weise ändert die Steigerung der Raumschiffgeschwindigkeit die ..."

d.h., das Raumschiff führt - wie in meiner Rechnung - eine beschleunigte Bewegung aus (nicht antriebslos).

So habe ich die Aufgabe zumindest verstanden.

Gruß,
Uli

[Timm]

Nach meinem Verständnis handelt es sich um den Vergleich zweier Situationen. Man kann genausogut von 2 Raumschiffen sprechen.

Raumschiff 1 mit v1=const., Raumschiff 2 mit v2>v1=const. Wegen v2>v1 kann man von gesteigerter Geschwindigkeit sprechen (um den Kontext herzustellen), mehr sehe ich da nicht.

Gruß, Timm