Licht: Welle oder Teilchen?

[orca]

Zitat von Querkopf

Bei mir ist das mit der ART schon etwas her, aber wenn mich meine grauen Zellen nicht täuschen spricht Orca doch von Gravitationsrotverschiebung, bzw. von radialen lichtartigen Kurven.
Ich bin jetzt kein Experte und hab's auch nicht nachgerechnet, aber so falsch das ich das jetzt auf den ersten Blick sehen könnte ist es zumindest nicht.

Was daran falsch ist, läßt sich leicht feststellen, im alten Forum ist nämlich der Inhalt des 7. Kapitels "Lichtablenkung im Gravitationsfeld" von F. Spieweck zu finden.

7. Lichtablenkung im Gravitationsfeld

Wie die relativistische Verkürzung einer Länge lässt sich auch die relativistische Verringerung einer Geschwindigkeit, wie insbesondere der Lichtgeschwindigkeit, nicht direkt beobachten. Während in der speziell‑relativistischen Physik eine Beurteilung der Lichtgeschwindigkeit gegenüber einem Inertialsystem K durch einen Beobachter in einem anderen Inertialsystem K' in Einheiten des Bezugssystems K', nicht möglich ist, da eine derartige Lichtgeschwindigkeit weder direkt noch indirekt messbar wäre, ist in der allgemein‑relativistischen Physik die Verringerung der Lichtgeschwindigkeit indirekt nachweisbar, weil aus ihr eine Lichtablenkung im Gravitationsfeld resultiert und z.B. Radarimpulse verzögert werden.

So konnte erstmalig im Jahre 1919 während einer Sonnenfinsternis experimentell festgestellt werden, dass Sternenlicht durch die Sonne um 1,7 Bogensekunden abgelenkt wird [Einstein 1969]. Dies zeigte, dass "das schon oft erwähnte Gesetz von der Konstanz der Vakuumlichtgeschwindigkeit, das eine der .. grundlegenden Annahmen der speziellen Relativitätstheorie bildet, keine unbegrenzte Gültigkeit beanspruchen kann. Eine Krümmung der Lichtstrahlen kann nämlich nur dann eintreten, wenn die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes mit dem Orte variiert" [Einstein 1969]. Für einen "entfernten" Beobachter in einem gravitationsfeldfreien Euklidischen (Beobachter‑)Raum resultiert daher eine verringerte Lichtgeschwindigkeit im Gravitationsfeld [Einstein 1916], die von Einstein [1965] mit L bezeichnet wurde. Natürlich hängt die Geschwindigkeit aller elektromagnetischen Wellen, also auch von Radarimpulsen, von der Stärke des Gravitationspotentials längs des Weges ab, so dass Radarechos von Venus oder Mars die Erde verzögert erreichen sollten, wenn die Radarstrahlen in der Nähe des Sonnenrandes verlaufen [Shapiro 1964], siehe unten.

Wird in einem lokalen Nichtinertialsystem K, wo das Gravitationspotential F besteht, unter Verwendung von Einheiten des Bezugssystems K die Geschwindigkeit
(7.1) u = Ds/Dt
gemessen, so wird diese Geschwindigkeit gegenüber dem lokalen Nichtinertialsystem K von einem Beobachter im Bezugssystem K', wo das Gravitationspotential Psi = 0 ist, unter Verwendung von Einheiten seines Bezugssystems K' als verringerte Geschwindigkeit
(7.2) u' = Ds' / Dt'
beurteilt. Wie bereits im Abschnitt 2 erwähnt, bedeutet hier u' nicht ‑ wie sonst üblich ‑ die Geschwindigkeit gegenüber dem Bezugssystem K', sondern die in Einheiten des im Bezugssystem K' befindlichen Beobachters ausgedrückte Geschwindigkeit gegenüber dem Bezugssystem K.
Da u eine beliebige Geschwindigkeit sein kann, gilt auch für Vorgänge, die in einem lokalen Nichtinertialsystem K ‑ also z.B. am Sonnenrand ‑ mit der Geschwindigkeit
(7.3) u = c,
also mit Lichtgeschwindigkeit ablaufen, für einen Beobachter im Bezugssystem K' die verringerte ‑ von Einstein [1965) mit L bezeichnete ‑ Lichtgeschwindigkeit
(7.4) c' = Ds' / Dt'.

Wird jetzt angenommen, dass für eine elektromagnetische Welle "vor Ort", d.h. im Gravitationsfeld, eine Verkürzung der Wellenlänge gemäß der Beziehung (6.8) und eine Dehnung der Schwingungsdauer gemäß der Beziehung (5.9) gelten, so ergibt sich auf Grund der Gleichungen (7.1) bis (7.4) für einen Beobachter im Bezugssystem K' eine sogenannte doppelt verringerte Lichtgeschwindigkeit im Gravitationsfeld,
(7.5) c' = c (1 + 2 Psi / c² ),
aus der sich bekanntlich die Lichtablenkung im Gravitationsfeld berechnen lässt [Einstein 1916; Bagge; Spieweck 1988]. Hierbei kann angenommen werden, dass das Licht in einem Gravitationsfeld wie in einem Medium mit der (von Ort zu Ort ‑ ähnlich wie im Fall einer Luftspiegelung ‑ sich kontinuierlich ändernden) Brechzahl
(7.6) n(Psi) = c / c'
läuft [Bagge; Spieweck 1988]. Ein vom Wert n = 1 verschiedener Brechungsindex im interstellaren Raum erklärt natürlich auch den Gravitationslinseneffekt [D'Inverno].
Für den Brechungsindex in Abhängigkeit vom Gravitationspotential folgt aus den Beziehungen (7.5) und (7.6)
(7.7) n(Psi) = 1 / (1 + 2 Psi / c²).
Gemäß der Beziehung (2.15) ergibt sich dann für den Brechungsindex in Abhängigkeit vom Abstand r von einem Gravitationszentrum mit der Masse m
(7.8) n(r) = 1 / [1 - 2Gm/(r c²)].
Am Sonnenrand (r = 6,96.108 m, m = M = 1,989.1030 kg,
G = 6,674.1011 m³kg-1s-2 [Zimmermann, Weigert], c = 299792458 m/s) hat der Brechungsindex somit den Wert n = 1,0000042.

Die doppelte Lichtablenkung am Sonnenrand ergibt sich auch auf Grund folgender Überlegung. In Sonnennähe passieren einen betrachteten Ort zum einen pro Zeiteinheit (des Beobachters) weniger Wellenfronten als in größerer Entfernung, und zum andern verkürzt sich (für den Beobachter) der Abstand der Wellenfronten im Vergleich zu einem Ort in größerer Entfernung von der Sonne.

Experimentell bestätigt wurde die Verringerung der Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen in neuerer Zeit vor allem durch Laufzeitmessungen dicht an der Sonne vorbeigehender Radarsignale [Shapiro 1966; Fomalont, Sramek].

Spieweck, Frank:
Relativistische Effekte - neu erklärt
Aachen: Shaker, 2000 S.33-35
ISBN 3-8265-7889-9


MfG
Orca

[orca]

Vorwort


Während die Ergebnisse der speziellen und allgemeinen Relativitätstheorie heute weitgehend bekannt und experimentell gut bestätigt sind, ist der Weg zum Verständnis insbesondere der allgemeinen Relativitätstheorie bisher nur Physikern mit umfangreichen mathematischen Kenntnissen vorbehalten.

Seit mit Hilfe des Mössbauereffekts gezeigt werden konnte, dass allgemein‑relativistische Effekte, die bisher im wesentlichen nur für die kosmische Physik von Bedeutung waren, bereits in einem Laboratorium auf der Erde die Energieniveaus von Atomkernen beeinflussen, besteht bei Schülern und Studenten ‑ mit nur "durchschnittlicher" mathematischer Vorbildung ‑ großes Interesse daran, nicht nur die speziell‑, sondern auch die allgemein*relativistische Physik zu verstehen. Daher bemühte sich der Autor, der 33 Jahre in der Metrologie (hauptsächlich mit der Entwicklung von Längen‑ und Frequenz‑Normalen) beschäftigt war, ‑ seit 1971 ‑ um eine einfache Herleitung der relativistischen Physik. Die Arbeit "Ein einfacher Zugang zur allgemein‑relativistischen Physik" aus dem Jahr 1988 ermöglicht bereits Gymnasial‑ und Hochschullehrern eine Erklärung der allgemein‑relativistischen Effekte auf der Grundlage der speziell-relativistischen Formeln für die Längenverkürzung und Zeitdehnung. Inzwischen ist es gelungen, die relativistischen Effekte auf einem von der Relativitätstheorie de facto unabhängigen ‑"metrologischen" ‑ Weg zu erhalten, wobei nur Kenntnisse der Elementarmathematik benötigt werden.

Für wertvolle Hinweise auf diesem Weg sei Herrn Prof. Dr. R.F. Werner (Institut für Mathematische Physik der TU Braunschweig) und Herrn Prof. Dr. J. Hesse (Institut für Metallphysik und Nukleare Festkörperphysik der TU Braunschweig) gedankt.

Braunschweig, im Sommer 2000 F. Spieweck

Spieweck, Frank:
Relativistische Effekte - neu erklärt
Aachen: Shaker, 2000 S.33-35
ISBN 3-8265-7889-9

[pauli]

Hast du schon GOM und der messerschärfsten Logikerin aller Zeiten deine Entdeckung gemeldet? Sie wird sicher gerne begutachten, ob neue meteorologische Wege in die Kritikerliste aufgenommen werden können.

[rafiti]

Zitat von orca

Spieweck, Frank:
Relativistische Effekte - neu erklärt
Aachen: Shaker, 2000 S.33-35
ISBN 3-8265-7889-9

Ja, die ist sowas von mathematisch schwierig, dass man an MIT gewesen sein muss, um sie zu verstehen, aber dank diverser Light-RT-Anleitungen, ist es uns nun endlich gelungen sie jedem zugänglich zu machen, und das ganze tolle daran ist, es geht ganz ohne eigenes Gehirn. Los geht's! Viel Spaß! Das ALDI-TEAM.


gruss
rafiti

[uwebus]

Uranor,
----
Aber ausgerechnet Nichtforscher wissen ganz genau, wie die Natur aufgebaut ist.
----
Warum versuchst Du nicht einmal, einen Text zu lesen und auch zu verstehen? Ich schrieb doch gerade erneut:

Was ich mit meinem Substanz-PM Arche versuche, ist zu einer Übereinstimmung zwischen Modell und Beobachtung zu gelangen, um festzustellen, ob die Annahme eines einzigen das Universum konstituierenden Mediums gangbar ist. Und bisher scheint sie es zu sein, deshalb stelle diese Idee auch hier vor.

Ich spreche von Beginn an von einem Modell, nicht davon, den Stein der Weisen gefunden zu haben, das überlasse ich Leuten wie Dir.


pauli,
----
Orca versteht von Physik genausoviel wie du, ich, Verona Feldbusch, Tim Mälzer oder Karl Dall.
----
Es geht nicht darum, wie viel man von Physik versteht, sondern wie folgerichtig man zu denken in der Lage ist. Wenn Physiker meinen, eine mathematische Formel (die Riemanngeometrie) auf ein physisches Gebilde übertragen zu können, dann zeigen sie damit zwar, daß sie die Mathematik beherrschen, aber nicht in der Lage sind, ihrer eigenen Wahrnehmung zu vertrauen, denn diese Wahrnehmung beweist ihnen tagtäglich, daß ein endliches Volumen gerade deshalb endlich ist, WEIL es eine Begrenzungsfläche aufweist. Nur eine Begrenzungsfläche ermöglicht ein endliches Volumen. Und bei den Stringtheorien ist es ähnlich, hochgestochene Mathematik zwar, aber unsinnige Annahmen, denn ein Merkmal des Universums ist seine Ausdehnung und man kann machen was man will, mit ausdehnungslosen Strings läßt sich kein Universum bauen. Die unendliche Summe mathematischer Punkte, Linien oder Flächen hat nun mal das Volumen NULL und die physische Wirkung ist ebenfalls Null. Mathematik wirkt und errichtet nicht, sie beschreibt nur.

Ein weiteres typisches Beispiel physikalischer Unvernunft sind die sog. Inertialsysteme. Man kann zwar bei gering ausgedehnten Gebilden in dynamischem Gleichgewicht (Satelliten) deren eigene Gravitationswirkung sowie den Gravitationspotentialunterschied des Umfeldes vernachlässigen, aber deshalb sind es noch lange keine Inertialsysteme. Physiker rechnen häufig mit Idealisierungen oder Vereinfachungen, was vernünftig ist, tun dann aber so, als seien diese Idealisierungen real existent.

orca,
----
Daß der geostationäre Satellit einer Zentrifugalbeschleunigung unterliegt, ist richtig, sonst würde er abstürzen, aber diese Beschleunigung steht mit der Gravitation im Gleichgewicht, insofern kann man für den Satelliten als Ganzes von “beschleunigungsfrei“ reden. Aber der Satellit unterliegt einer in Richtung Erde ansteigenden Beschleunigung, d.h. innerhalb des Satelliten sind Gegenstände unterschiedlichen Beschleunigungen ausgesetzt, verdeutlichen läßt sich dies an einem Beispiel mit gedachten sehr genau gehenden Atomuhren:

http://uwebus.de/F/inertial-2.gif und http://uwebus.de/F/inertial-3.gif

----
.... wobei nur Elementarmathematik erforderlich ist.
----
Richtig, das ist auch meine Überzeugung. Es reichen die drei kartesischen Koordinaten sowie die Mathematik einschließlich Infinitesimalrechnung, um die Physis zu beschreiben.


Querkopf,
----
.... Gravitationsrotverschiebung....
----
Mit was mißt die Physik die Lichtfrequenzen? Mit Atomuhren! Und diese Dinger unterliegen dem G-Potential. Ich weise auch hier auf den Zirkelschluß der Physik hin:

Meter:
“Das Meter ist seit 1983 über die Lichtgeschwindigkeit mit der Einheit Sekunde verknüpft. Das Meter ist damit die Strecke, die Licht im Vakuum im 299.792.458sten Teil einer Sekunde durchquert. Das Meter ist damit streng genommen keine Basiseinheit mehr, sondern eine von der Sekunde abgeleitete Einheit.“

Sekunde:
“Ein bestimmtes Isotop von dem Alkalimetall Cäsium (133Cs) absorbiert zum Beispiel Strahlung, die genau 9.192.631.770 mal pro Sekunde schwingt (das sind 9,192 Gigahertz).“

Es ist also sehr schwer bis unmöglich, hier Frequenzverschiebungen des Lichtes und Frequenzgangunterschiede einer Atomuhr auseinander zu halten, denn das c(vakuum) = konstant ist ein Postulat. Mit was willst Du das beweisen?

Gruß

[ingeniosus]

Zitat von criptically

Photon ==> Elektron + Positron.

Die kinetische Energie eines Teilchens ist definiert als E=p²/2m.
Mit m = hf/c² und p=f·h/c erhält man für Photonen

Ekin=(fh/c)²/(2hf/c²)=fh/2=mc²/2.

Diese Ableitungen sind für mich nicht nachhvollziehbar.

1) E=p²/2m ist klassisch
2) m= hf/c² bewirkt bei mir einen Sturm an Widersprüchen
die Formel von Max Planck E = hf gilt nur für Photonen (masselos = masseneutralisiert) wird bisher als rein kinetische Energie gehandelt und kann m.E. nicht einfach mit der Gesamtenergie in der Einsteinsche Formel E = mc² gleichgesetzt werden. Wenn Sie eine Masse verwenden, muss differenziert werden zwischen Positronen und Elektronen oder von einer Massensumme gesprochen werden.
3) Ergebnis ist daher auch unlogisch : Ekinetisch eines Teilchens mit Masse grösser Null aber mit Lichtgeschwindigkeit (eindeutig gegen die ART von Einstein)

critically, bitte rechnen Sie das in einer ruhigen Minute nach!

[Uli]

Zitat von Querkopf

Das ist mir schon klar (ich habe solche Prozesse nämlich schon durchrechnen dürfen).

Deine Aussage war aber, das beim Zusammenstoß von zwei Photonen (wie es z.B. bei der Überlagerung von zwei Lichtquellen ständig der Fall sein sollte) ein Elektron - Positron – Paar frei wird.
Da habe ich auch für höhere Energien meine Zweifel. Du kannst mich aber gerne durch ein Feynmandiagram überzeugen.
...

Ich denke, so etwas gibt es schon. Denk dir das untenstehende Feynmandiagramm für die Delbrück-Streuung in der Senkrechten halbiert sodass das e- e+ Paar reell wird und ausläuft.
Ich wüsste nichts, was kinematisch gegen so einen Prozess spricht, wenn denn die beiden Photonen die entsprechende Schwellenergie zur Paarerzeugung überschreiten.



Gruß,
Uli

[criptically]

Zitat von uwebus

criptically,
----
Ein Antiproton hat noch niemand gesehen!
----
http://de.wikipedia.org/wiki/Antiproton
“Das Antiproton wurde erstmals 1955 im Lawrence Berkeley National Laboratory mit einem Protonenstrahl von 6,3 GeV, der auf ein Kupfertarget traf, künstlich erzeugt.“
...

Gruß

Das ist eine gewagte Behauptung, denn ein Antiproton müsste mit einem Proton sofort "zerstrahlen", was man aber nicht beobachten konnte!

Emilio Segrè erhielt 1959 zusammen mit Owen Chamberlain dafür den Physik-Nobelpreis „für ihre Entdeckung des Antiprotons“, dessen Existenz sie mithilfe von Clyde E. Wiegand und Thomas Ypsilantis nachweisen konnten. Mit einem Proton zerstrahlt es nicht – wie erwartet – sofort in elektromagnetische Strahlung, sondern es werden mehrere, freie Pi-Mesonen erzeugt.

mfg

[Uli]

Zitat von criptically

Das ist eine gewagte Behauptung, denn ein Antiproton müsste mit einem Proton sofort "zerstrahlen", was man aber nicht beobachten konnte!

mfg

Warum sollte es das müssen ?
Ein Proton (Antiproton) ist nun einmal nicht elementar, sondern besteht aus Quarks (Antiquarks) - Teilchen, die im Gegensatz zu Elektronen und Positronen auch stark wechselwirken. Es ist keineswegs gesagt, dass die rein elektromagnetische Wechselwirkung mit Entstehung von Photonen die Paarvernichtung eines Baryon-Antibaryon-Paares dominiert. Schliesslich heisst die starke Wechselwirkung nicht umsonst stark.

Bei Wechselwirkung von Baryonen entstehen nun einmal sehr gerne Pionen (gebundene Paare von Quarks-Antiquarks). Da spielt die starke Wechselwirkung eine große Rolle.

Aber sicherlich findet die von dir erwartete direkte elm. Vernichtung in Photonen auch gelegentlich statt - nur nicht so häufig wie die pionische Annihilation; es ist halt eine Frage der Wahrscheinlichkeiten.

Kein vernünftiger Mensch bezweifelt die Existenz von Antiprotonen: jedes elektrisch geladene Teilchen hat sein Antiteilchen.

Gruß,
Uli

[ingeniosus]

Zitat von criptically

Das ist leider ein (absichtlicher) "Fehlschluss" um RT zu retten!

Hätten sie keine Masse gebe es keine Ablenkung im Gravitationsfeld (Gravitationskraft zieht nur Massen an).

mfg

Ich bin erst seit 2 Wochen wieder dabei bei den Theoretischen Physikern. Daher denke ich vielleicht noch etwas klassisch.

Der Satz über die Rettung der RT ist m.E. schon etwas gewagt, aber Physik ist keine Religion....

Die Ablenkung im Gravitationsfeld beschäftigt mich auch schon seit Jahren. Einstein hatte damit ja bekanntlich 1919 seinen weltweiten Durchbruch. Ich denke dabei eventuell auch an ein elektromagnetisches Feld....