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Quantenmechanik, Relativitätstheorie und der ganze Rest. Wenn Sie Themen diskutieren wollen, die mehr als Schulkenntnisse voraussetzen, sind Sie hier richtig. Keine Angst, ein Physikstudium ist nicht Voraussetzung, aber man sollte sich schon eingehender mit Physik beschäftigt haben.

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  #1  
Alt 16.04.13, 16:21
nancy50 nancy50 ist offline
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Standard Kann Energie verschwinden ? mein Weltbild wackelt

Zitat aus der Zeitschrift Sterne und Weltraum 3/2013, Seite 58

Schon aus der Sicht der klassischen also der vor-relativistischen Physik können wir nicht erwarten , dass Energie erhalten bleibt.Sie geht auch nicht irgend wo hin oder wandelt sich um, sondern sie verschwindet !, und das steht in keinerlei Widerspruch zu den physikalischen Gesetzten , die schon vor den Relalativitätstheorien bekannt waren.(Ende)
Hintergrund der Betrachtung sind Ausführungen zur Energieerhaltung bei der Ausbreitung von Photonen in einem gekrümmten Raum(M.Bartelmann, Prof. für theoretische Physik, Heidelberg)
Demnach verschindet deren Energie bei der Ausbreitung in die Raumzeit .
Schwieriges Ding,

Hat da wer eine Erklärung ?

danke

n50
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  #2  
Alt 16.04.13, 17:10
nancy50 nancy50 ist offline
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Standard AW: Kann Energie verschwinden ? mein Weltbild wackelt

es könnte so sein, das dieses Phänomen mit der kosmologischen Kontstante zusammenhängt.
Energie null bedeudet ja nach E. , das vom Objekt keine Schwerkraft ausgeht.
(Energie erzeugt dabei durchaus Schwerkraft !)
Es gibt also einen Wert 0 aus der allgem. Relativitätstheorie.
Das bedeutet aber nicht, das das Universum keine Energie hat, im Gegenteil.
In Lambda steckt ja die treibende Kraft, nur wir haben von dieser Energie nix, da wir uns ja auf dem selben Niveau befinden.
Das Universum kann später durchaus auf ein niedrigeres Null fallen.

Könnte so sein ??

n50
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  #3  
Alt 16.04.13, 17:52
Benutzerbild von Marco Polo
Marco Polo Marco Polo ist offline
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Standard AW: Kann Energie verschwinden ? mein Weltbild wackelt

Zitat:
Zitat von nancy50 Beitrag anzeigen
Hintergrund der Betrachtung sind Ausführungen zur Energieerhaltung bei der Ausbreitung von Photonen in einem gekrümmten Raum(M.Bartelmann, Prof. für theoretische Physik, Heidelberg)
Demnach verschindet deren Energie bei der Ausbreitung in die Raumzeit .
Schwieriges Ding,

Hat da wer eine Erklärung ?
Hallo,

der Energieerhaltungssatz gilt zum Einen nur für geschlossene Systeme und zum Anderen nur für Vorgänge die zeitsymmetrisch sind.

Man kann zwar davon ausgehen, dass das Universum ein geschlossenes System ist. Wenn es aber expandiert, dann ist es ja kaum zeitsymmetrisch, da es zu jedem Zeitpunkt eine andere Größe hat.

Überhaupt ist das Prinzip der Energieerhaltung auf ein expandierendes Universum nicht anwendbar. Im Grunde ist daher die Frage, wo die Energie in einem expandierenden Universum bleibt imho wenig sinnvoll.

Der Energieerhaltungssatz gilt also nur für ein statisches Universum.

Oder ein anderes Beispiel: Eine von der Erdoberfläche startende Rakete. Da kann man auch nicht mit dem Energieerhaltungssatz rechnen. Zum Einen wegen des Stoffaustausches (Treibstoff) und zum Anderen wegen der sich ständig ändernden Fallbeschleunigung. Der Vorgang, den wir betrachten, muss also zeitsymmetrisch sein.

Grüsse, MP

Geändert von Marco Polo (16.04.13 um 18:13 Uhr)
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  #4  
Alt 16.04.13, 20:23
nancy50 nancy50 ist offline
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Standard AW: Kann Energie verschwinden ? mein Weltbild wackelt

Noethers Theorem:

Zeittranslations-Invarianz =
Energieerhaltung

Da das Universum exp. kann der energiererhaltungssatz nicht auf das universum angewandt werden.klar soweit MP.
aber
energie geht aber nicht verloren, darum gehts doch.
nein es ist anders.
die rotverschiebung eines photons hängt von seiner bewegungsrichtung ab.
auf uns zu blau- von uns weg -rot.
nix mit energiegewinn .Ich denke SuW irrt mit der Aussage, das energie verschwindet,

dann schon eher diese aussage

Da die allgemeine Relativitätstheorie i.a. kein abgeschlossenes System definieren kann kennt sie die Energieerhaltung nicht. Daher kann man auch nicht von der Erhaltung der Gesamtenergie im Universum ausgehen.

Wenn sie zu klären versuchen, ob die Energie des ganzen Universums erhalten bleibt, stoßen sie vielmehr an eine fundamentale Grenze, denn sie können der Energie des Universums keinen eindeutigen Wert zuweisen. Darum verletzt das Universum den Energieerhaltungssatz nicht; vielmehr liegt es jenseits von dessen Geltungsbereich.

das wäre dann mein erklärungsversuch in meiner ersten eigenen antwort.

n50
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  #5  
Alt 16.04.13, 20:37
nancy50 nancy50 ist offline
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Standard AW: Kann Energie verschwinden ? mein Weltbild wackelt

dumm gelaufen.

meine aussage zu den photonen ist falsch.
es bewegt sich ja nix im universum, nur der raum dehnt sich daher die rotverschiebung.alles andere soll so bleiben

n50 (in demut)
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  #6  
Alt 16.04.13, 21:46
nancy50 nancy50 ist offline
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Standard AW: Kann Energie verschwinden ? mein Weltbild wackelt

WARUM ENERGIE ZU VERSCHWINDEN SCHEINT


auszug

Die Lage wird sogar noch komplizierter, wenn der Buchhalter die Dunkle Energie berücksichtigen will, welche die kosmische Expansion beschleunigt. Wesen und Eigenschaften der Dunklen Energie sind noch völlig rätselhaft, aber anscheinend verdünnt sie sich nicht im Lauf der Expansion. Somit wächst mit wachsendem Membranvolumen auch der Energiebetrag in diesem Volumen, wobei die zusätzliche Energie aus dem Nichts zu kommen scheint! Man könnte meinen, dass die Zunahme der Dunklen Energie die Verluste aller anderen Energieformen ausgleicht, aber das ist nicht der Fall. Selbst wenn wir die Dunkle Energie einkalkulieren, bleibt die Gesamtenergie innerhalb der Membran nicht erhalten.

Ein kosmologischer Buchhalter wird versuchen, die gesamte Energie im Universum zu bilanzieren

Wie vereinbart unser Buchhalter diese wechselnden Energien mit dem Noether-Theorem? Tatsächlich muss er bald einsehen, dass es keinen Grund gibt, warum es für unser wandelhaftes Universum gelten soll. Gemäß der allgemeinen Relativitätstheorie krümmen Materie und Energie den Raum, und je nachdem, wie Materie und Energie sich bewegen - oder sich in einem expandierenden Raum ausbreiten -, verändert sich entsprechend die Form des Raums. Im Alltag sind diese Effekte praktisch unmerklich klein, aber im kosmischen Maßstab können sie eine Rolle spielen.

Diese Formbarkeit des Raums hat zur Folge, dass das Universum nicht zeitsymmetrisch ist. Am einfachsten führt man sich diesen Umstand anhand der Billardkugeln vor Augen. Wenn wir mehrere Filme eines speziellen Stoßes betrachten, der auf einem Tisch mit veränderlicher Geometrie gespielt wird - zum Beispiel auf einem anfangs flachen Tisch, der sich mit der Zeit krümmt -, sieht jeder Film anders aus als die übrigen; man könnte angeben, wann und in welcher Reihenfolge die Filme gedreht wurden. Die Zeitsymmetrie wäre gebrochen (siehe Kasten S. 26/27).

ENERGIEERHALTUNG UND GEOMETRIE DER RAUMZEIT

Erhaltungssätze hängen eng mit natürlichen Symmetrien zusammen. Insbesondere bleibt die Energie erhalten, wenn die Naturgesetze zeitsymmetrisch sind. Man spricht von Zeitsymmetrie, falls das Resultat eines Experiments nicht davon abhängt, wann es durchgeführt wird. Wenn gleichartige Experimente zu verschiedenen Zeiten unterschiedlich ausgehen, kann die Energieerhaltung verletzt sein. Ein Beispiel wäre ein Stoß über Bande auf einem Billardtisch, der während des Spiels seine Geometrie verändert. Da unser Universum in kosmologischem Maßstab eine veränderliche Geometrie hat, ist die universelle Energie vielleicht keine Erhaltungsgröße.

Gekrümmter Billardtisch
Um auf einem Tisch mit gekrümmter - nichteuklidischer - Geometrie zu spielen, muss man die Stöße der Geometrie anpassen. Falls die Geometrie zeitlich konstant bleibt, wird der exakt gleiche Stoß auch in Zukunft funktionieren. Wegen dieser Zeitsymmetrie bleibt die Energie in einem Universum mit fester Geometrie konstant.

Veränderliche Geometrie
Wenn die Geometrie des Billardtischs sich zeitlich ändert, gehen Stöße, die in der Vergangenheit funktionierten, beim nächsten Mal vielleicht daneben - die Zeitsymmetrie ist gebrochen. Etwas Ähnliches kann im Universum geschehen, denn nach der allgemeinen Relativitätstheorie verändert die Bewegung von Materie und Energie die Geometrie des Raums. Unter diesen Bedingungen muss die Energie nicht erhalten bleiben.

(Abbildungen der Originalpublikation im Schattenblick nicht veröffentlicht.)

Wir sind mit unserem ehrwürdigen Erhaltungsprinzip an eine Grenze gestoßen: Wenn Zeit und Raum selbst veränderlich sind, geht die Zeitsymmetrie verloren, und die Erhaltung der Energie muss nicht mehr gelten.

Aber auch wenn die Krümmung sich nicht ändert, ist der Versuch, die Energie des Universums zu bilanzieren, eine unnütze Übung: Die gottähnliche Perspektive unseres Buchhalters trifft auf keinen Beobachter im Universum zu. Insbesondere wird die Energie nicht berücksichtigt, die durch die Passivbewegung der Galaxien relativ zueinander entsteht; die Galaxien scheinen keine kinetische Energie zu haben. Ein weiteres Problem ist die Gravitationsenergie, die mit der gegenseitigen Anziehung der Galaxien verbunden ist. Die allgemeine Relativitätstheorie vermag Gravitationsenergie nicht immer eindeutig in einer Weise zu definieren, die für das Universum als Ganzes gilt.

Kosmische Feinheiten

Demnach bleibt die Gesamtenergie des Alls weder erhalten noch geht sie verloren - sie ist einfach undefinierbar. Wenn wir andererseits den gottähnlichen Standpunkt aufgeben und uns stattdessen auf ein Teilchen zu einer Zeit konzentrieren, finden wir nach Meinung vieler Kosmologen einen natürlicheren Weg, die Reise eines Photons aus einer fernen Galaxie zu beschreiben. Nach dieser Interpretation büßt das Photon letztlich keine Energie ein. Das hat folgenden Grund. Unser Bild des expandierenden Luftballons veranschaulicht zwar die Expansion ganz gut, darf aber nicht allzu wörtlich genommen werden: Der leere Raum hat keine physikalische Realität. Wenn Galaxien sich voneinander entfernen, steht es uns darum frei, diese Relativbewegung wahlweise als »Expansion des Raums« oder als »Bewegung durch den Raum« zu betrachten.

WARUM DIE PHOTONENENERGIE ERHALTEN BLEIBT

Die Rotverschiebung, die wir an fernen Galaxien beobachten, wird gewöhnlich der Dehnung des Raums zugeschrieben; sie kann aber auch durch die Fluchtbewegung der Galaxien gegenüber dem Beobachter erklärt werden. Insofern gleicht sie dem bekannten Dopplereffekt, den man hört, wenn ein hupendes Auto vorbeifährt. Dabei wird zugleich auch die Wellenlänge der vom optischen Warnsignal ausgehenden Photonen beeinflusst (unten). Im Fall des Autos bleibt die Energie erhalten. Ebenso zeigt die Berechnung der galaktischen Rotverschiebung als Dopplereffekt (gegenüberliegende Seite), dass auch die von einer fernen Galaxie ausgehenden Photonen keine Energie verlieren.

Gewöhnliche Dopplerverschiebung
Der Dopplereffekt ist eine Folge der Relativbewegung. Die vom bewegten Lichtsignal ausgehenden Wellen erscheinen nach Blau oder Rot verschoben, wenn sich die Lichtquelle nähert oder entfernt. Der Effekt ist umso größer, je schneller sich die Quelle relativ zum Beobachter bewegt. Das bedeutet aber nicht, dass bei der Dopplerverschiebung die Photonen unterwegs die Farbe wechseln oder Energie verlieren. Sie haben nur vom Standpunkt des Beobachters aus gesehen andere Farben.

Galaktische Rotverschiebung als Dopplereffekt
Die Rotverschiebung einer Galaxie ist identisch mit der Dopplerverschiebung, die ein Beobachter sähe, wenn eine Lichtquelle sich mit derselben Relativgeschwindigkeit entfernte wie die Galaxie - wobei Relativgeschwindigkeit allerdings richtig definiert sein muss. Erstens muss man die Trajektorien der Galaxie und des Beobachters nicht im Raum, sondern in der Raumzeit verfolgen. In unserer schematischen Skizze ist der Raum eine zweidimensionale Fläche, durch welche die Raumzeit-Trajektorien hindurchstoßen. Zweitens muss man die Geschwindigkeit der Galaxie zu der Zeit, als sie das Photon emittierte (lila Pfeil), mit der Geschwindigkeit des Beobachters zu der Zeit vergleichen, als er das Photon empfing (grüner Pfeil). Daraus lässt sich mittels der allgemein-relativistischen Gleichungen die Relativgeschwindigkeit errechnen. Die so ermittelte Dopplerverschiebung stimmt mit der Rotverschiebung der Galaxie überein. Somit lässt sich die Rotverschiebung als Folge der Relativbewegung deuten statt als Raumdehnungseffekt. Darum geht keine Energie verloren.

(Abbildungen der Originalpublikation im Schattenblick nicht veröffentlicht.)

Die kosmische Rotverschiebung wird normalerweise als Folge der Expansion des Raums erklärt. Aber in Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie ist der Raum relativ; was wirklich zählt, ist die Geschichte einer Galaxie - die Trajektorie, die sie in der Raumzeit beschreibt. Darum sollten wir, wenn wir die Relativgeschwindigkeit der fernen Galaxie in Bezug auf uns berechnen, deren Trajektorie und unsere vergleichen. Der Betrag der Rotverschiebung, den der irdische Beobachter an der Galaxie feststellt, erweist sich als identisch mit der Dopplerverschiebung, die er an einem Auto sähe, das sich mit derselben Relativgeschwindigkeit entfernt (siehe Kasten oben).

Das trifft zu, weil die Raumzeit des Universums in genügend kleinen Bereichen annähernd flach ist. Doch in einer flachen Raumzeit gibt es keine Gravitation und keine Dehnung von Wellen; jede Rotverschiebung muss einfach ein Dopplereffekt sein. Somit können wir uns vorstellen, dass das Licht auf seiner Trajektorie viele winzig kleine Dopplerverschiebungen erleidet. Und genau wie im Fall der vorbeibewegten Hupe - wo uns nicht einfiele, dass der Schall Energie gewinnt oder verliert - bewirkt auch hier die Relativbewegung von Sender und Beobachter bloß, dass die beiden die Photonen aus unterschiedlicher Perspektive sehen, und nicht, dass die Photonen unterwegs Energie verloren haben.

Letzten Endes umgibt also kein Rätsel den Energieverlust der Photonen: Die Energien werden von Galaxien aus gemessen, die sich voneinander entfernen, und die Energieabnahme ist nur eine Frage des Standpunkts und der Relativbewegung. Als wir zu klären versuchten, ob die Energie des ganzen Universums erhalten bleibt, stießen wir an eine fundamentale Grenze, denn wir können der Energie des Universums keinen eindeutigen Wert zuweisen. Darum verletzt das Universum den Energieerhaltungssatz nicht; vielmehr liegt es jenseits von dessen Geltung.

Tamara M. Davis promovierte 2004 an der University of New South Wales in Sidney (Australien). Sie forscht an der University of Queensland in Brisbane (Australien) und ist außerordentliche Professorin an der Universität Kopenhagen.

link dazu http://www.schattenblick.de/infopool.../npast132.html
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  #7  
Alt 19.04.13, 09:19
amc amc ist offline
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Standard AW: Kann Energie verschwinden ? mein Weltbild wackelt

Zitat:
Zitat von nancy50 Beitrag anzeigen
Zitat:
wobei die zusätzliche Energie aus dem Nichts zu kommen scheint!
Wenn an einer Stelle Energie (ins Nichts) verschwindet und an anderer Stelle Energie (aus dem Nichts) auftaucht, dann muss man einfach einen Zusammenhang als wahrscheinlich ansehen, oder zumindest für möglich. imho

Zitat:
Zitat von nancy50 Beitrag anzeigen
Zitat:
Selbst wenn wir die Dunkle Energie einkalkulieren, bleibt die Gesamtenergie innerhalb der Membran nicht erhalten.
Man muss DE einkalkulieren, und zwar um die kritische Masse/Energie-Dichte zu erhalten, die wir für eine global flach erscheinende Raumzeit brauchen. (Wenn ich es richtig verstanden habe.)

Auch wenn es "nicht ganz aufgeht" und man trotzdem sagen muss: Energie bleibt nicht komplett erhalten / ein Teil verschwindet, bzw. es erscheint so zu sein, dann ist mir das immer noch lieber, als ca. 70% der Energie einfach "aufzugeben".

Weiß jemand ad hoc zu diesem Punkt ein paar Zahlen? Wenn man DE einkalkuliert, wie viel Energie ist dann trotzdem "weg"?

--

Dieses Greene Zitat ("Kosmos"-Buch; S. 354) erscheint mir für weiterführende Gedanken / Ansätze hilfreich:

Zitat:
Zitat von Brian Greene
In dem Maße, wie das Universum expandiert, verlieren Materie und Strahlung Energie an die Gravitation, während ein Inflaton-Feld Energie aus der Gravitation gewinnt.
(Bei der Inflation handelt es sich um ein sehr anerkanntes Konzept; ein Inflaton-Feld wurde also noch nie "nachgewiesen".)

Wer sich dafür (globale Energieerhaltung) interessiert, sollte sich also evtl auch mal mit dem Inflations-Modell beschäftigen. (Ich verstehe davon leider auch nicht viel. Kann da nicht wirklich helfen.)

Grüße, amc
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  #8  
Alt 19.04.13, 10:21
nancy50 nancy50 ist offline
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Standard AW: Kann Energie verschwinden ? mein Weltbild wackelt

also, ich habe 2 volle tage im netz recherchiert, zum thema verschwindet die energie der photonen bei rotv.(also der kosmologhischen Rotv.), dabei hab ich mind. 5 verschiedene meinungen, auch von renomierten wissenschaftlern gefunden.
jede menge charlatane toben sich da natürlich auch aus, so dass es schwierig wird.

grüße

n50
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  #9  
Alt 19.04.13, 11:01
Hawkwind Hawkwind ist offline
Singularität
 
Registriert seit: 22.07.2010
Ort: Rabenstein, Niederösterreich
Beiträge: 2.077
Standard AW: Kann Energie verschwinden ? mein Weltbild wackelt

Globale Energieerhaltung gibt es in der ART meines Wissens nur für den Spezialfall einer zeitunabhängigen Metrik.
Nach wie vor gelten die Erhaltungsgesetze aber lokal, über kosmische Distanzen jedoch nicht mehr.

Offenbar ist es in der ART schon gar nicht mehr so klar, wie man Energie bei einer zeitabhängigen Metrik überhaupt definieren soll:
http://math.ucr.edu/home/baez/physic...energy_gr.html
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  #10  
Alt 19.04.13, 11:35
amc amc ist offline
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Registriert seit: 17.05.2011
Beiträge: 896
Standard AW: Kann Energie verschwinden ? mein Weltbild wackelt

Zitat:
Zitat von nancy50 Beitrag anzeigen
zum thema verschwindet die energie der photonen bei rotv.(also der kosmologischen Rotv.)
Erstmal ganz klar ja. Zumindest die Photonen verlieren die Energie (werden durch Raumexpansion immer langwelliger - so wird es üblicherweise beschrieben). Ob die Energie nun "verschwindet" oder was mit ihr ist, dazu gibt es wohl verschiedene Meinungen bzw kann man nur Vermutungen anstellen:

Dazu aus Hawkwinds Link:

Zitat:
Those who harbor no qualms about pseudo-tensors will say that radiant energy becomes gravitational energy. Others will say that the energy is simply lost.
Mein Rat: Bleib ganz entspannt. Schnell lösen lässt sich das nicht. Und mit der Zeit, (wenn man selbst mehr versteht,) hat man dann eben ggf. seine eigene Meinung zu bestimmten (offenen) Fragen. Ist auch nicht schlimm, wenn sich Meinungen ändern. Das gehört dazu.

Ich sehe mich nicht in der Lage, hier wirklich begründete Annahmen anstellen zu können (abgesehen von der beobachteten und nicht ausreichend erklärten beschleunigten Expansion). Mir geht es sonst aber wie dir, mit "simply lost" kann ich nichts anfangen.

Grüße, amc
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