Druck und Gegendruck im Universum

[quick]

Hallo rene,

Zitat von rene

Ich denke auch wie Uli, dass eine Reflexion über Absorption und Emission abläuft.

im Zusammenhang mit der Laserkühlung hast Du selbst gesagt, dass bei der spontanen Emission die Photonen in zufällige Richtungen fliegen.
Bei einer Reflexion am Spiegel darf man deshalb schon mal keine spontane Emission annehmen, denn sonst würde ein Lichtstrahl diffus zerstreut werden. Eine stimulierte Emission kommt auch nicht in Frage, weil ein Spiegel kein Laser ist.
Wenn aber weder spontane noch stimulierte Emission in Frage kommt, dann kann es auch keine vorhergehende Absorption geben.
So wie Du es siehst (und Uli), würden sich auch energetische Probleme ergeben.
In der Zeit zwischen Absorption und Emission würden die Atome (wegen dem erhaltenen Impuls) im Potential ihrer Nachbarn zu schwingen anfangen. Bekämen die Atome dann bei Emission nochmal einen Impuls verpasst, würden sie als schwingende Teilchen zurückbleiben. Und dann wäre der Energieerhaltungssatz verletzt.

Ich hoffe, Ihr seht ein, dass nicht sein kann, was nicht sein darf.
Ich meine, der immer wieder postulierte Lichtdruck verlangt zumindest eine andere Erklärung. Die bisher vorgebrachten Argumente für die Existenz des Lichtdrucks überzeugen mich leider immer weniger.

Zitat von rene

Denk an Karate: Die hohe Kunst des Ziegelzerschmetterns besteht darin, die stark beschleunigte Handkante kurz vor Erreichen der Ziegel innerhalb kürzester Zeit auf v=0 zu reduzieren, so dass sich der übertragene Impuls vervielfacht und die Ziegelsteine zerspringen.

Dieses Beispiel unterstützt eher meine Sichtweise als Deine, rene!
In der fernöstlichen Denkweise spielt immer wieder der Energiefluss eine Rolle.
Beim Karate geht es darum, die Energie der Hand auf einen Punkt des Steins zu übertragen. Der Stein darf sie nicht mehr zurückgeben können.

mfg
quick

[JGC]

Hallo Quick...

Was mir bei der Betrachtung von der Grav-Wirkung wichtig erscheint, ist das Problem des Zustandes des jeweiligen Objektes...

Eine Masse die sich auf 400 Atome pro m² Vakuum verteilt wird sicher aus der Nähe betrachtet eine ganz andere Gravitationswirkung zeigen, wie wenn die selbe Masse(nehmen wir grade mal die Masse der Sonne) auf einem Fleck sitzt oder gar wieder anders, wenn diese Sonne sich in einem 20 km grossen Neutronenstern wiederfindet oder gar "theoretisch" in einem SL...

Fliege ich jetzt zu der "Molekülwolke" und würde sie durchqueren, so würde mein Kurs wohl so gut wie nicht beeinflusst werden, weil sich deren Gravitation auf ein riesiges Raumvolumen erstreckt..

Ganz anders natürlich, wenn die Masse immer dichter wird und ich immer näher dem hypotetischen Zentrum der Masse gelange ..

In der Wolke kann ich mitten im Zentrum stehen oder am Rand oder sonst wo, deren Gravitation hätte keine Macht über mich, obwohl sie tatsächlich insgesamt betrachtet, in der Tat ein genauso hohes Gravitationspotential besitzt, wie wenn die Masse zu einem kompakten Stern verdichtet wäre..

Die Feld-Energie der Wolke verteilt sich eben nur auf ein entsprechend riesiges Volumen und kann daher so gut wie nicht mit mir und meinem "Raumschiff" wechselwirken, obwohl sie sehr gut mit anderen Molekülwolken wechselwirken kann.(Resonanzfähigkeit über deren gleichartige Zustandsformen)

Ich sehe das also so, das eine kompakte Masse zwar eine starke Wirkung erzeugen kann, die aber auf einen eng begrenzten Raume ihre Wirksamkeit zeigt, während die Molekülwolke nur schwach wirken kann, aber dafür über grosse Raumbereiche Einfluss nimmt.

2 entgegensätzliche Funktionen, die beide am Geschehen der Gravitation beteiligt sind...

In der Wolke(groß) herrschen geringste Gravitationsbeschleunigungen, in einem SL(klein) die höchsten Gravitationsbeschleunigungen..(Wenn mir jetzt nur wieder einfallen würde, auf was ich überhaupt hinauswollte)

JGC

[quick]

Hallo JCG,

mit dieser, Deiner Betrachtung hast Du völlig Recht.
Die jeweilige Gravitationswirkung ist eine Summenwirkung. Wenn Du Dich in einer Molekülwolke befindest, wirken die Anteile hinter Deiner "Bewegungsfront" negativ. Bei einem einzelnen festen Körper ist die grav. Wirkung überall positiv.

Zitat von JGC

(Wenn mir jetzt nur wieder einfallen würde, auf was ich überhaupt hinauswollte)

Ursprünglich stand die Frage Gravitationswirkung versus Lichtdruck im Raum.

mfg
quick

[rene]

Hallo quick

Zitat von quick

im Zusammenhang mit der Laserkühlung hast Du selbst gesagt, dass bei der spontanen Emission die Photonen in zufällige Richtungen fliegen.
Bei einer Reflexion am Spiegel darf man deshalb schon mal keine spontane Emission annehmen, denn sonst würde ein Lichtstrahl diffus zerstreut werden. Eine stimulierte Emission kommt auch nicht in Frage, weil ein Spiegel kein Laser ist.

Die Lichtspiegelung behält ihre Parallelität zur Erzeugung eines Abbildes bei, wenn die Korngrösse der Spiegelbeschichtung kleiner ist als etwa die halbe Wellenlänge des Lichts. Bei der spontanen Emission am Beispiel der Laserkühlung haben wir es dort gerade nicht mit einer Spiegelfläche zu tun, die das Licht wieder frontal reflektiert, sondern seine Emission erfolgt diffus und zufällig in alle Richtungen. Somit erhöht sich der vektorielle Anteil des Impulses in Flugrichtung der vom Laser ausgesandten Lichtpulse und lässt sich durch geschicktes Timing und Wahl der optimalen Frequenz zur Bewegungsverringerung, also zur Kühlung verwenden.

Dieses Beispiel unterstützt eher meine Sichtweise als Deine, rene!
In der fernöstlichen Denkweise spielt immer wieder der Energiefluss eine Rolle.
Beim Karate geht es darum, die Energie der Hand auf einen Punkt des Steins zu übertragen. Der Stein darf sie nicht mehr zurückgeben können.

Das ist das eine. Der Stein darf den Impuls (als Reaktion) nicht auf die Handkante zurückgeben. Das alleine würde aber nicht reichen, denn durch die Reduktion der Geschwindigkeit innert kürzester Zeit werden enorme Kräfte frei, deren Impuls sich dabei nahezu vollständig auf die Ziegelsteine oder was auch immer überträgt, sofern man diese hohe Kunst denn auch praktisch beherrscht.

Wie erklärst du dir denn die Lichtspiegelung wenn nicht durch Absorbtion und Emission? Etwa nach dem Gummiballprinzip?

Grüsse, rene

[rene]

Hab noch was vergessen:

Zitat von quick

So wie Du es siehst (und Uli), würden sich auch energetische Probleme ergeben.
In der Zeit zwischen Absorption und Emission würden die Atome (wegen dem erhaltenen Impuls) im Potential ihrer Nachbarn zu schwingen anfangen. Bekämen die Atome dann bei Emission nochmal einen Impuls verpasst, würden sie als schwingende Teilchen zurückbleiben. Und dann wäre der Energieerhaltungssatz verletzt.

Ich werde daraus nicht schlau! Was ist das Potential der Nachbaratome und weshalb sollte damit gegen ein Erhaltungsgesetz verstossen werden? Angeregte Atome haben durch die Absorption einer elektromagnetischen Welle Energie und einen Impuls erhalten, der einen Rückstoss auf sie ausübt. D.h. dass ein Orbitalelektron auf ein höheres Energieniveau angehoben worden ist und sich spontan wieder abregt unter Abgabe (Emission) einer elektromagnetischen Welle, deren Impuls sich wiederum als Rückstoss auf die Atome bemerkbar macht.

Grüsse, rene

[quick]

Hallo rene,

Zitat von rene

Die Lichtspiegelung behält ihre Parallelität zur Erzeugung eines Abbildes bei, ....

Das ist doch gerade die Merkwürdigkeit, wenn man bei Lichtspiegelung einen Mechanismus von Absorption/Emission zugrundelegt. Nach meinem und Deinem Verständnis kann eine spontane Emission die Parallelität von ein- und ausfallenden Strahlen nicht aufrechterhalten, andernfalls hätte man Probleme, die Laserkühlung zu erklären.

Zitat von rene

Ich werde daraus nicht schlau! Was ist das Potential der Nachbaratome und weshalb sollte damit gegen ein Erhaltungsgesetz verstossen werden?

Beim Erklärungsmodell mit Absorption/Emission bei Spiegelung kommt man schnell zu Widersprüchen. Wenn man Reflexion = Spiegelung = Absorption + Emission annimmt, errechnet sich bei dem Spiegel(-atomen) ein Rückstossimpuls von 2m*c. So steht es jedenfalls in den Lehrbüchern.
Wenn es so wäre, könnte es einen Lichtdruck erklären. Ob der dann in der richtigen Größenordnung ist, lassen wir mal dahingestellt.
Mit dem "Potential der Nachbaratome" wollte ich ausdrücken, dass die Atome eines Spiegels nicht frei beweglich sind wie in einem Gas, sondern Bestandteile eines Kristallgitters sind.
Wird ein Photon von den Atomen im Kristallgitter der Metallschicht eines Spiegels absorbiert, soll ein oder mehrere Atome den Photonimpuls aufnehmen und in einen angeregten Zustand übergehen.
Mit der Aufnahme des Impulses gerät mindestens ein Atom im Kristallgittern in Schwingungen, d.h. der Wärmeinhalt würde sich erhöhen . Bei der nachfolgenden Emission gäbe es zwei Möglichkeiten:
a) Das Photon entnimmt den Impuls aus der Gitter-/Atomschwingung. Energetisch wäre dann alles in Ordnung. Der Zustand vor und nach der Absorption/Emission wären gleich. Aber einen Lichtdruck könnte man hiermit schwerlich erklären.
b)Wegen actio=reactio bekommt das/die Gitteratom(e) einen zusätzlichen Impuls zur bereits vorhandenen Schwingung. Dies würde den Lichtdruck erklären, jedoch werden die betroffenen Gitteratome bei diesem Vorgang in einem "heißen" Zustand hinterlassen.
Woher soll diese Energie kommen?
Ohne äußere Energiezufuhr würde der Spiegel in einer entsprechenden Resonatoranordnung immer heißer werden.

So oder so, man kommt bei der Erklärung des Lichtdrucks unter Annahme von Absorption und Emission immer in ein Dilemma.

Zitat von rene

Wie erklärst du dir denn die Lichtspiegelung wenn nicht durch Absorbtion und Emission? Etwa nach dem Gummiballprinzip?

Das Gummiballprinzip wäre nicht das Schlechteste!

Es gibt komplizierte Berechnungen mit Hilfe der Maxwellgleichungen, die den Lichtdruck "erklären". Ich denke aber, bei genauerem Hinsehen, kommt man auch hier zum gleichen Dilemma.

Je nach Material /Aggregatzustand und Photonenenergie erfordert der Lichtdruck eine andere Erklärung für den Mechanismus.
Meine Erklärung für den Lichtdruck bei Spiegelung geht eher in Richtung Maxwell. Ich stelle mir vor, dass die Photonen gemäß ihrer Energie in eine gewisse Tiefe der Metallschicht eindringen können. Je tiefer sie eindringen desto optisch dichter wird die Grenzschicht für sie. Mehr oder weniger schnell kommt es innerhalb der Grenzschicht zur Totalreflexion und der Weg zurück vollzieht sich entsprechend den Gesetzen der Optik in umgekehrter Richtung.

Mit diesem Mechanismus kann man auf Anregung von Elektronen in höhere Atomorbitale verzichten, d.h.er gilt für ein breiteres Spektrum von Photonenenergien.
Doch auch bei dieser Vorstellung ist noch zu überlegen, wie die Impulsübertragung im Detail aussieht. Sie darf ja nicht dazu führen, dass die Eintrittsstelle in kurzer Zeit zu Glühen anfängt, wenn die Photonen durch einen zweiten Spiegel immer wieder auf dieselbe Stelle gelenkt werden.
Solange aus den Berechnungen kein vernünftiger Mechanismus ableitbar ist, oder umgehrt, bleibe ich skeptisch, was den Lichtdruck bei Spiegelung anbelangt. Er könnte z.B. auch materialabhängig sein, oder beim Idealspiegel sogar Null.

mfg
quick

[rene]

Hi quick

In den einfachen Fällen, also der Reflexion an einer glatten Grenzfläche zwischen zwei jeweils homogenen, isotropen Materialien, kann ich dir ohne weiteres recht geben. "Direkt spiegeln" gibt es nur auf eher oberflächlichem Betrachtungsniveau, also z.B. in der klassichen Strahlen- oder Wellenoptik.

Wenn man wirklich wissen will, was los ist, z.B. warum ein Spiegel Licht anders zurückwirft als Holz oder Wasser, dann braucht man unweigerlich das Modell von Absorption und Emission einer neuen Welle.
Mindestens auf dem Niveau des Huygens'schen Prinzips der Elementarwellen, oft aber auch noch tiefergehend. Damit kann man dann auch im Alltag nicht so offenbare Aspekte von Spiegeln erklären, wie die Polarisation des reflektierten Lichts, die Grösse des Reflexionskoeffizienten oder dessen Richtungsabhängigkeit. Spiegel werden eher phänomenolgisch beschrieben durch Fresnelformeln und Maxwellgleichungen. Physikalisch betrachtet werden auch der Comptoneffekt (insbesondere bei Metallen) und aufgrund der Tunnelwahrscheinlichkeit auch der Photoeffekt eine Rolle spielen, d.h. die Reflexions-/Transmissionskoeffizienten müssen auch Intensitäts- und Wellenlängenabhängig sein.

Schau dir in diesem Zusammenhang das Kapitel 4.11. in diesem Link an.

Grüsse, rene

[quick]

Hallo rene,

Zitat von rene

Spiegel werden eher phänomenolgisch beschrieben durch Fresnelformeln und Maxwellgleichungen.

Mir scheint, die reine Spiegelung von Licht ist mit physikalischen Methoden schlecht zu untersuchen. Mit was sollte man ein Lichtquant bei diesem Vorgang denn beobachten können? Für ein tieferes Verständnis sind die phänomenologischen Beschreibungen/Gleichungen nicht so geeignet.
Immerhin habe ich im Internet einiges über Oberflächenplasmonen auf Silberspiegeln gefunden. Auch wenn sie nichts mit Spiegelung zu tun haben, so weist der Bildungsmechanismus doch in die Richtung, wie ich mir Spiegelung vorgestellt habe. Nach wie vor bin ich aber der Meinung, dass bei einer 100%-igen Spiegelung keine Impulsübertragung stattfindet (stattfinden darf).

Vielen Dank für den Link zum Skript. Es war mir bisher gar nicht klar, was sich Maschinenbauer in einem Semester "reinziehen" müssen.

Im Zusammenhang mit dem Thema "Druck und Gegendruck im Universum", sowie meinen Überlegungen zum Lichtdruck, stellte ich mir noch folgende Frage: Wenn der Casimir-effekt mit der verminderten Bildung von virtuellen Teilchen richtig begründet ist, müßte dann nicht auch die relativistische "Massenzunahme" mit dem "Lichtdruck" der virtuellen Teilchen begründbar sein?
Spricht etwas dagegen/dafür? Schließt das eine das andere nicht aus?

mfg
quick

[rene]

Hi quick

Ich mach's kurz:

An diesem Punkt scheiden sich wohl die Geister. Ich kann mir beim besten Willen nicht vorstellen, dass bei einer Reflexion - ob mechanisch oder elektromagnetisch, ob 10% oder 100% - keinerlei Impuls übertragen wird. Actio = Reactio ist ein unumstrittenes Naturgesetz!

Die dynamische (relativistische) Masse m=m0*gamma ist ein veraltetes Konzept, das häufig genug Unstimmigkeiten erzeugt (Verwechslungsgefahr zwischen m0 und m). Schreiben wir die Summe aus Ruhe- und Bewegungsenergie:

E = E_0 + E_kin = m0*c^2*gamma

ergibt sich ein von der Relativgeschwindigkeit bewirktes Vielfaches der Ruheenergie.

Der Casimireffekt - populär erklärt - verringert die Ausbildung virtueller Teilchen zwischen dem engen Abstand zweier Platten, da sich deren Wellenfunktionen in diesem schmalen Band weniger wahrscheinlich ausbilden und darin einen "Unterdruck" verglichen mit der Umgebung erzeugen.

Grüsse, rene

[JGC]

Hi...

So zwischenduch eingewendet....

Wenn eine einmalige momentane Reflexion stattfindet, so müssen doch die entsprechenden auftreffenden Energiemengen auf die Reflexionsschicht zuerst mal deren "Wiederstand" überwinden und die dortigen Atome so beeinflussen, das sie einen Moment "zurückweichen" um dann seinerseits einen gleichartigen Energieimpuls auszusenden...

Was wäre, wenn der ursprünglich auftreffende Lichtstrahl im Spiegel bei der Totalreflexion auch total absorbiert wird?...
Zusätzlich dabei umgewandelt wird in ein kurzzeitiges, entsprechend erhöhtes Energiepotential der entsprechend angeregten Elektronenschalen des Reflexionsmaterials...?

Und daraufhin die höhergeschobene Orbitale gleich darauf(sehr kurzer Zeitraum) wieder auf ihre alten Abstände zurückfallen um dabei eben genau dieses Licht wieder auszusenden, was sie vorher als "Schwingungs-Aufladung" absorbierten...

Jetzt die Kardinalsfrage:


Ist der ausgesandte Lichtstrahl der selbe Lichtstrahl, wie derjenige, der eintrifft??

Oder ist dieser reflektierte Lichtstrahl ein neu generierter Lichtstrahl, der aus den Energien entstammt, welche die getroffenen Elektronenorbitale der Reflexionsschicht einen Moment lang auf einer höheren Schwingungsebene gespeichert hat?

Hat man dazu schon mal Überlegungen angestellt oder was vermessen?

Mir scheint, es geht gar nicht um "Umlenkungen"...

sondern um "Transport --- erreichen der Reflexschicht --- speichern, verarbeiten, neuerstellen --- danach Weitertransport in eine neue Zielrichtung... weiter mit selbem Spiel selbe Regeln.


JGC