Beschleunigte Ladung und Äquivalenzprinzio

Hi Enduro,

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: Enduro</i>
<br />

Hier: http://xxx.lanl.gov/abs/gr-qc/0006037v1 wird aber festgestellt, dass die Strahlung eben nicht absolut ist und zudem, dass auch der außenstehende Beobachter keine Strahlung sieht.
Wie ist das zu erklären, denn aus seiner Sicht ist die Ladung ja beschleunigt[?]

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Im Unterschied zu Masse ist Energie nicht Lorentz-invariant. Der nicht mitbeschleunigte
Bzw. frei fallende Beobachter kann also durchaus Photonen beobachten, die ein beschleunigtes bzw. im Gravitationsfeld fixiertes Elektron aussendet,

Grüße, Günter

Man geht überwiegend davon aus, daß eine gleichförmig beschleunigte Ladung strahlt, wenngleich meines Wissens diese Frage (aus der Sicht der Elektrodynamik) in der Literatur auch kritisch betrachtet wird. Es hängt aber vom gewählten Bezugssystem ab, ob oder nicht man die Strahlung sieht.
Wenn Du Dich mit einer Wasserwelle mitbewegst, nimmst Du das 'auf und ab' nicht wahr.

Kürzlich gab es zu dieser Thematik einige Beiträge in einem anderen Thread.

Grüße,
Günter

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: Enduro</i>
<br />Hi,
Wie ist das dann mit der Kausalität, d.h. wenn der Beobachter in der Rakete mit dieser umdreht und zum frei fallenden Beobachter zurückfliegt. Dort könnte er ja Auswirkungen der Strahlung sehen (z.B. Photoplatte), die es nach seiner Ansicht gar nicht geben dürfte...
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Doch, seiner Ansicht nach gibt es die. So, wie der mit dem Wind fahrende Radfahrer weiß, daß es ihn gibt, auch wenn er ihn unter speziellen Bedingungen nicht spürt.
Die Kausalität ist verletzt, wenn eine Wirkung keine Ursache hat. Daß der mitbeschleunigte Beobachter keine Strahlung "sieht", hat eine Ursache, daß er sie sieht, sobald er nicht mehr beschleunigt, ebenfalls.

Gruß, Günter

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: Enduro</i>
<br />Hi,
Wie ist das dann mit der Kausalität, d.h. wenn der Beobachter in der Rakete mit dieser umdreht und zum frei fallenden Beobachter zurückfliegt. Dort könnte er ja Auswirkungen der Strahlung sehen (z.B. Photoplatte), die es nach seiner Ansicht gar nicht geben dürfte...
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Doch, seiner Ansicht nach gibt es die. So, wie der mit dem Wind fahrende Radfahrer weiß, daß es ihn gibt, auch wenn er ihn unter speziellen Bedingungen nicht spürt.
Die Kausalität ist verletzt, wenn eine Wirkung keine Ursache hat. Daß der mitbeschleunigte Beobachter keine Strahlung "sieht", hat eine Ursache, daß er sie sieht, sobald er nicht mehr beschleunigt, ebenfalls.

Gruß, Günter

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: Enduro</i>
<br />Hallo,

ich bin über eine interessantes Problem gestoßen:
Eine beschleunigte Ladung strahlt bekanntlicherweise nach den Maxwell-Gleichungen Energie ab.
Zudem gilt Einsteins Äquivalenzprinzip: Ein Beobachter in einer Rakete kann nicht unterscheiden, ob er konstant beschleunigt oder sich in einem Gravitationsfeld befindet.
Angenommen, der Beobachter hat ein Elektro dabei, so dürfte dies nach dem Äquivalenzprinzip keine Strahlung aussenden. Für einen außenstehenden Beobachter beschleunigt aber das Elektron mitsamt Rakete. Dieser müsste folglich Strahlung feststellen. Ich dachte, Strahlung sei absolut, dann ergäbe sich ja ein Problem: Kann die vom außenstehenden Beobachter registrierte Strahlung z.B. eine Photoplatte schwärzen, so gäbe es für den Beobachter in der Rakete keinen Grund für diese Schwärzung. [B)]

Hier: http://xxx.lanl.gov/abs/gr-qc/0006037v1 wird aber festgestellt, dass die Strahlung eben nicht absolut ist und zudem, dass auch der außenstehende Beobachter keine Strahlung sieht.
Wie ist das zu erklären, denn aus seiner Sicht ist die Ladung ja beschleunigt[?]

Gruß

Enduro
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Hallo Enduro, Günter,

dies ist in der Tat ein interessantes Problem, da die Schulphysik hier ein Paradox ergibt. Der o.g. genannte Artikel von Shariati aus dem Jahr 2000 auf arXiv versucht hier Klarheit zu schaffen, in dem der drei Arten für Strahlung benennt, von denen er zwei für relativ und eine für absolut hält. Nebenbei, ich finde den Artikel nicht besonders klar, die Begriffe relative und absolute Strahlung scheinen mir nicht etabliert.

Ob eine gleichförmig beschleunigte Ladung strahlt oder nicht scheint auf den ersten Blick ein einfach physikalisches Problem. Es ist wie ihr schreibt vor allem im Hinblick auf das Äquivalenzprinzip von schwerer und träger Masse interessant, das schließlich so etwas wie eines der Grundfeste der Physik darstellt.
Wenn man in die aktuelle Literatur schaut ( D.R. Rowland, Eur. J. Phys. 31, 1037(2010), kann man folgenden Eindruck gewinnen: Eine gleichförmig beschleunigte Ladung strahlt, oder anders ausgedrückt emittiert Photonen. Der Beobachter in der Rakete kann dennoch anhand der Photonen nicht entscheiden, ob er sich in einem Gravitationsfeld befindet (keine Strahlung, keine Photonen) oder ob er gleichmäßig beschleunigt wird (Strahlung, Emission von Photonen) da die Photonen je nach Bezugsystem einen verschiedenen Charakter haben. Für den externen Beobachter sind die Photonen reell, sie gehören zu einer transversalen elektromagnetischen Welle und lassen sich also mit einer Antenne oder einem anderen Strahlungsdetektor nachweisen. Für den Beobachter in der Rakete sind die Photonen longitudinal, sie sind damit virtuell, und lassen sich nicht nachweisen. Die Begriffe absolute und relative Strahlung in dem eingangs genannt Artikel aus dem Jahr 2000 entsprechen vermutlich den reellen bzw. virtuellen Photonen.

Im Klartext bedeutet dies, dass das Äquivalenzprinzip auch für geladene Teilchen gilt. Dies ist zumindest mein Eindruck. Allerdings findet man auch Veröffentlichung, von z.B. von S. Parrot (http://arxiv.org/abs/gr-qc/9303025), die zu einem anderen Ergebnis kommen, dass das Äquivalenzprinzip für geladene Teilchen nicht gilt. In der o.g. Arbeit von 2010 wird dieser Artikel Parrot gar nicht zitiert. Der Artikel scheint heftig umstritten zu sein, er wurde 1993 erstmals zur Veröffentlichung eingereicht und erschien dann erst nach 8 Revisionen knapp zehn Jahre später (2002). Es gib ein ganzes Buch von S. Lyle mit knapp 400 Seiten zu dem Thema, das auch auf diese wohl kontroverse Arbeit ausführlich eingeht, doch ich kann nicht sagen mit welchem Ergebnis, da mir das Buch nur über google books zugänglich ist und dort die entscheiden Seiten fehlen. Die neuste Arbeit von 2010 zitiert dieses Buch gar nicht, was ich schon seltsam finde. Unter dem Strich bin ich überrascht, dass ein auf den ersten Blick einfaches Problem so komplex zu sein scheint, dass für einen Außenstehenden nicht klar wird, ob es eine etablierte Lösung gibt.
Nach der aktuellen Arbeit von Rowland ist das Problem eines gleichförmig beschleunigten Elektrons so kompliziert, da man das Elektron in diesem Fall nicht als festes, punktförmiges Objekt ansehen darf, sondern als ausgedehntes, nicht festes Objekt; das Elektron muss bei der Beschleunigung das elektromagnetische Feld, in dem Energie gespeichert ist quasi mitschleppen und mit beschleunigen. Zusammenfassend, dass Äquivalenzprinzip scheint auch für geladenen Teilchen zu gelten.

Beste Grüße

Thomas

p.s. Enduro, mich würde interessieren, wie bist du denn überhaupt auf dies Paper gestoßen?

Hallo Thomas,

nach Berechnungen von Almeida&Saa sieht der mit der Ladung gleichförmig beschleunigte Beobachter (Rindler Beobachter, relativ zu dem die Ladung ruht) ein elektrostatisches Feld, also keine abgestrahlten Photonen. Von einem auf dem "Labortisch liegenden Elektron" würde man das ebenfalls erwarten. Ich habe mir vor einiger Zeit 5 oder 6 paper angeschaut, die sich mit dieser umstrittenen Frage beschäftigen (es gibt weit mehr) und neige zu der Version von Almeida&Saa.

Viele Grüße, Günter

Hallo Günter,

auf das von dir geannante Paper von Almeida und Saa war ich auch gestoßen, es kommt zudem gleichen Ergebniss wie viele andere Paper, dass ein mit einer Ladung mitgeschleunigter Beobachter keine Strahlung sieht. Dies Ergebnis für sich ist im Grunde nicht so überraschend, denn schließlich ruht die Ladung ja relativ zum Beobachter, das Argument in dem Paper, dass das elektrische Feld rein statisch ist finde ich auch sehr einleuchtend. Etwas unübersichtlich wird die Situation dadurch, dass es über viele Jahre Meinungsverschiedenheiten gab, ob eine gleichmäßig beschleunigte Ladung überhaupt strahlt. Wenn sie es nicht tut, gibt es mit dem Äquivalenzprinzip überhaupt kein Problem. Obendrein, die Arbeiten, die zu dem Ergebnis kommen das Äquivalenzprinzip gelte nicht für geladene Teilchen, stehen irgendwo offen im Raum, sie werden z.T. zitierten, ohne Kommentar ob das Ergebnis richtig oder falsch oder, wie auch in dem von dir genannten Artikel, den ich im übrgen trotz der Komplexiität sehr didaktisch finde, einfach übergangen.

beste Grüße

Thomas

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">
<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">p.s. Enduro, mich würde interessieren, wie bist du denn überhaupt auf dies Paper gestoßen?<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Also ich studiere Physik und im nächsten Semester höre ich die Vorlesung zur theoretischen Elektrodynamik. Und als ich mir ein bisschen Gedanken um die Themen gemacht habe, bin ich auf das "Problem" gestoßen. Daraufhin hab ich ein bisschen gegoogelt und bin auf das Paper gestoßen.

Gruß

Enduro
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Hallo Enduro,

dann viel Erfolg und auch Spass bei der Elektrodynamik.

beste Grüße

Thomas

(diabolisches Lachen hier einfügen),
ja, dann viel Spaß bei der E-Dynamik^^.
Abhängig vom Vorlesungshaltenden kann das... sehr viel Spaß machen^^

Hi Enduro, du kannst ja dann mal deinen Prof. fragen, was er davon hält. Würde sicher alle hier versammelten interessieren. Gruß, Günter

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: jonny</i>
<br />(diabolisches Lachen hier einfügen),
ja, dann viel Spaß bei der E-Dynamik^^.
Abhängig vom Vorlesungshaltenden kann das... sehr viel Spaß machen^^
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Mein Kommentar war durchaus ernst gemeint, wenn man sich für theoretiche Physik und im speziellen Elektrodynamik interessiert kann es auch viel Spaß machen. Ausserdem, es muss sich niemand eine Vorlesung anhören, wenn sie ihm nicht gefällt, gerade heute kann man sich mit Büchern, Internet, ganz besonders Übungen und diskutieren mit Mitstudierenden den Stoff aneignen.

Thomas

Hi Enduro,
ich kann mich noch gut an theroretische Physik II erinnern - da hat unser Dozent die Maxwell-Gleichungen aus dem elektrostatischen Feld eines Elektrons und der speziellen Relativitätstheorie hergeleitet...das war zeimlich schlüssig und geht wohl so ca. in die Richtung Deiner Frage.

In der Kontinuumslösung führen veränderliche Ströme daher immer zu veränderlichen Feldern und somit zu elektromagnetischer Strahlung. Auch ein beschleunigtes Elektron moduliert das Feld im Bezugssystem des Beobachters - die Erzeugung von Synchrotonstrahlung ist real. Im Bezugssystem des Elektrons ist das nicht so, da wird das Feld nicht moduliert.

Bis dahin gibt es keinen Widerspruch - die Maxwellgleichungen ergeben sich genau daraus, dass sich die Feldänderungen nur mit Lichtgeschwindigkeit in die Umgebung ausbreiten. Auf den ersten Blick scheint mir das ein bischen wie das Zwillingsparadoxon - wenn das geladene Teilchen 'zurückkommt' findet es eine Photoplatte geschwärzt vor und fragt sich, wie das denn nur passieren konnte

Wo sich mein 20 Jahre altes Uni-Wissen dann erschöpft, ist die Frage, ob sich das mit der Ununterscheidbarkeit von Gravitation und Beschleunigung beisst. Denn dann müsste ja ein geladenes ruhendes Teilchen in einem Gravitationsfeld elektromagnetisch strahlen - einen solchen Effekt kenne ich nicht...und lasse mich gerne als vergesslich betiteln.

DS, Holger

Hallo Holger,

ich denke das beißt sich nicht. Für den im Gravitationsfeld stationären Beobachter strahlt die ebenfalls stationäre Ladung nicht, wohl aber für den frei fallenden (inertialen) Beobachter. Auf den ersten Blick klingt das paradox, aber Energie ist nun mal nicht invariant.

Grüße, Günter

Hmmm - falls es das noch nicht gibt, wäre es doch mal ein Experiment wert: Ein Detektor (Fotoplatte/Radio) bewegt sich schnell um eine unbeschleunigte Ladung - kann der Detektor Strahlung nachweisen?
Ds, Holger

Keine Ahnung, Holger, ob es empirische Befunde gibt, vermutlich nicht. In Deinem Beispiel ist allerdings beides nicht inertial. Es sei denn, die Ladung befände sich im flachen Raum.

Gruß, Günter