Beiträge von TGM im Thema „Rotverschiebung und Plancksches Wirkungsquantum“

Hallo Mark,

vielen Dank für die vielen Links mit Infos, der Dipol-Term in der Winelverteilung der Hintergrundstraße ist für mich ganz neu. Ich finde es sehr faszinierend, dass es gelingt die Eigenbewegund der Sonne und die verschieden Anteile zu bestimmen. Vermutlich müsste man sogar die Bewegung der Erde um die Sonne sehen können.

Dies erinnert ein bisschen an die Diskussion im auslaufenden 19. Jahrhundert als man - allderdings erfolglos - versuchte die Bewegung der Erde relativ zum Äther über die Änderung der Lichtgeschwindgeit zu messen.

beste Grüße

Thomas

Hallo Günter,

besten Dank, sehr interessant!

Thomas

Kalle,

besten Dank!

Thomas

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: GünterD</i>
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Galaxien nennt man - abgesehen von kleinen Eigenbewegungen - mitbewegt. Heißt, sie bewegen sich im freien Fall mit dem sog. Hubble-Fluß. Dieser bewirkt, daß die Entfernungen zwischen ihnen zunehmen. Verdoppelt sich das Universum, verdoppelt sich der Abstand zwischen den Galaxien. Das ist invariant, google metric expansion. Eine Interpretation ist, daß sich der Raum zwischen ruhenden Galaxien dehnt. Die Rakete muß also sehr schnell sein um den sich vergrößernden Abstand zu überwinden. Ab einem bestimmten Abstand schafft das nicht mal Licht.

Viele Grüße
Günter
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Hallo Günter,

vielen Dank für deine ausführlichen und hilfreichen Erläuterungen. Zu dem letzten Punkt, was ist das Kriterium ob etwas nicht mitbewegt ist , dass es, z.B. wie ein Stern innerhalb einer Galaxie gebunden ist? In diesem Bild, bewegen sich die Galaxien in Galaxienhaufen nicht von einander weg, verschiedene Galaxienhaufen von einander schon?

beste Grüße

Thomas

p.s. das Link zu den Raumzeitdiagrammen funktiert bei mir leider nicht

Hallo Günther,

da ich für die Interpretation der Energieerhaltung das Bild mit dem Dopplereffekt und der Berechnung der Gesamtenergie des Photons und des emittierenden Atoms im Rahmen der Relativitätstheorie in die Debatte geworfen habe sollte ich mich wohl nochmal äußern. Inzwischen haben ich in diverse Bücher geschaut und gelernt, wenn der Emitter und Beobachter beide zum Raum ruhen und lokal vorhandene Massen keine Störung verursachen, dann ist eindeutig die Dehnung des Raumes und die damit verbundene Arbeit für die Energieerhaltung verantwortlich (Kalle, danke für die Hinweise). Diese kosmische, sowie Doppler- und die Gravitationsrotverschiebung sind alle relativische Effekte und wirken meist zusammen. Nur unter speziellen Bedingen kann man den Anteil genau trennen, im Labor spielt die kosmische keine Rolle, bei der Beobachtung von Licht aus der Frühphase des Universums, hier dominiert die kosmische Rotverschiebung. Da man den Raum selbst ja nicht spüren kann stellt sich die Frage ob eine Galaxie zum Raum ruht, bzw. was ich als Bewegung bezeichnen darf. Hier wird die Thematik in verschiedenen Büchern ganz unterschiedlich angesprochen, James Peebles, der gerade den Physik Nobelpreis für seine fundamentalen Arbeiten zur Kosmologie verliehen bekommen hat schreibt in dem Kapitel über die Expansion - und er spricht hier explizit von der Expansion des Raumes (Principles of physical cosmology, Seite 71) - dass die Distanz eine zeitliche Funktion des Expansionsfaktors des Raumes ist und für kleine Geschwindigkeiten – die er explizit als Fluchtgeschwindigkeiten bezeichnet - ist die Rotverschiebung durch den Dopplereffekt gegeben. Er schreibt, dass dies nur eine Näherung, und damit nicht korrekt ist, doch ich denke, da sich diese Betrachtung auch in vielen anderen Fachbüchern findet, hat sie eine Bedeutung die über das Historische, des Hubble's Gesetzes, hinausgeht. Man kann nämlich fragen ob sich da etwas bewegt oder ob dies eine 'Fiktion' sei, es dehnt sich lediglich der Raum sich aus. Hier kann man sich eine kosmische Reise vorstellen. Möchte man zu einer Galaxie fliegen benötigt man auf jeden Fall eine sehr schnelle Rakete. Auf der Reise wird man sehen, wie die Galaxie größer wird, näher kommt. Im Ergebnis wird es je nach kosmologischen Modell bei der Berechnung der genauen Ankunftszeit auch abhängig von der Relativgeschwindkeit der Galaxie und der Erde zum Raum einen kleinen Unterschied geben. Doch wie kann ich hier und heute vorhersehen wann die Rakete wirklich eintreffen wird und später dann den Unterschied überhaupt wahrnehmen? Anders als beim Experiment im Labor wo ich Geschwindigkeiten und Entfernungen (Höhe, die einen Potentialunterschied festlegt) exakt bestimmen kann, fehlen auf kosmischen Skalen genau Maßstäbe. Wenn ich die Energieerhaltung bei der Rotverschiebung – auch im Universum - verstehen möchte komme ich um den Dopplereffekt im Grunde gar nicht herum, das war für mich der Startpunkt und die Erklärung für die Energieerhaltung ist vielleicht sogar verblüffend. Indem ich einen wichtigen Aspekt übersehen habe bin ich jetzt auf vieles Interessantes und bisweilen verwirrende Aspekte der allgemeinen Relativitätstheorie und der Kosmologie gestoßen. Die Mathematik dahinter ist sehr anspruchsvoll, doch die Annahmen, dass das Universum im Mittel isotrop und homogen ist sind wunderbar einfach. Kombiniert mit Erhaltungssätzen wie Energie und Impulserhaltung, die sich im Rahmen des Noether-Theorem mit Symmetrieeigenschaften verknüpft sind ergibt sich ein konzeptionell sehr elegantes, abstraktes Modell, das aber nicht ein immer einfach zu verstehen ist.

Beste Grüße

Thomas

Hallo Pascal, und alle die hier mitlesen...

ich versuchen nochmal klar zu stellen:

Wie gesagt, die Frage zur Energieerhaltung bei der Rotverschiebung und das oben skizzierte Paradox ist gar nicht eine speziell astronomische Frage. Eine Rotverschiebung kann durch einen Dopplereffekt (siehe oben), aber auch durch ein Gravitationsfeld verursacht werden.

Beides lässt im Rahmen der Relativitätstheorie und im Einklang mit Energiehaltung – erklären. Beim Dopplereffekt muss man die Energieänderung des Emitters des Lichtes relativistisch korrekt berücksichtigen (siehe oben). Im zweiten Fall, wenn das Licht auf dem Weg zum Beobachter ein starkes Gravitationsfeld durchläuft, ist der Vorgang ganz analog zu einem Ball, der auf der Erde nach oben geworfen wird, er verliert Energie. Beide Aspekte der Rot/Blauverschiebung sind durch Laborexperimente auf der Erde extrem gut abgesichert und sehr gut verstanden. Meinungen wie in Kalle's Rundumschlag die nach Wiki-Texten klingen, dass die kosmologische Rotverschiebung etwas ganz anderes sei, da bin ich äußerst skeptisch, das halte für ein reines Interpretations – oder eher ein sprachliches Problem:

Wo ist der Unterschied, zwischen „das Universum dehnt sich kontinuierlich aus, der Raum expandiert (wie ein Luftballon) und die Galaxien (als Punkte auf der Oberfläche des Luftballons) befinden sich dort in Ruhe“ (aber de facto von außen betrachtet nimmt ihr Abstand natürlich zu) zu dem Bild ohne Luftballon, wo ich nur sehe, dass der Abstand der Galaxien mit der Zeit größer wird, was bedeutet, sie bewegen sich zu einander, d.h. sie unterscheiden sich in beiden Fällen in ihrer Geschwindigkeit (also Dopplereffekt...)? Wer meint, dass sei keine Frage der Interpretation oder der Sprache, der müsste ein Experiment vorschlagen wie man die beiden Modelle unterscheiden kann!

Deshalb nochmal, der Schlüssel zum Verständnis des scheinbaren Paradox liegt in der Relativitätstheorie. Im Falle des Dopplereffektes kann man sich dies auch sofort plausibel machen: Wenn die Lichtgeschwindigkeit gegen unendlich geht, d.h. relativische Effekte gegen null gehen, gibt es keine Rotverschiebung und auch kein Paradox.

Beste Grüße

Thomas

Hallo Pascal,

eine interessante Frage, klingt erstmal paradox, doch im Grunde ist es gar nicht eine speziell astronomische Frage und um sie zu beantworten muss man auch nicht auf die Expansion des Weltalls und ähnliche Dinge eingehen.

Eine Rotverschiebung - und man könnte denken daher auch einen Energieverlust - beobachtet man auch auf der Erde, wenn sich eine Lichtquelle von dem Beobachter weg bewegt. Doch die Energiehaltung ist eine Folge der Relativitätstheorie: Wenn man die Gesamtenergie des Emitters und des Photons betrachtet ist sie erhalten. Nimmt man als Emitter z.B. ein Atom das sich vom Beobachter weg bewegt, dann erfährt es bei der Emission des Photons einen Rückstoß und wenn man die Rückstoßenergie korrekt relativistisch berechnet, dann ist die Gesamtenergie als Summe der Energie des Photons (die kleiner ist als bei der Emission eines ruhenden Atoms) und der kinetischen Energie des bewegten Atoms die gleiche, wie die entsprechende Summe bei einem zum Beobachter ruhenden Atom und nicht rotverschobenen Photon.

Beste Grüße

Thomas