Man hat ja folgendes Problem bei Teilchenbeschleunigern:
Man muß die Teilchen ja irgendwie kontrollieren, daher verwendet man geladene Teilchen in Verbindung mit Elektromagnetismus um sie zu fokussieren und auf eine Bahn zu lenken. Dummerweise geht dabei bekanntermaßen Energie in Form von Synchronotonstrahlung verloren. Dadurch stößt man inzwischen an Grenzen bei der Umsetzung von immer leistungsfähigeren Beschleunigern.
Folgende rein theoretische Annahme: Wäre man in der Lage, beliebig Gravitationsfelder mit einer Art „Graviton - Spule“ zu erzeugen, könnte man dann nicht einfach neutrale Teilchen nehmen ( z.B. Neutronen - sind immerhin nach außen neutral ) und diese auf Kreisbahn ohne EM zu beschleunigen? Diese Teilchen bekommen zwar eine Bahnbeschleunigung, die fehlende Ladung führt aber dazu, daß kein Energieverlust durch Strahlung entsteht, oder?
Folgende rein theoretische Annahme: Wäre man in der Lage,
beliebig Gravitationsfelder mit einer Art „Graviton - Spule“
zu erzeugen, könnte man dann nicht einfach neutrale Teilchen
nehmen ( z.B. Neutronen - sind immerhin nach außen neutral )
und diese auf Kreisbahn ohne EM zu beschleunigen? Diese
Teilchen bekommen zwar eine Bahnbeschleunigung, die fehlende
Ladung führt aber dazu, daß kein Energieverlust durch
Strahlung entsteht, oder?
Durch Synchrotronstrahlung entst"unde in der Tat kein Energieverlust, wohl aber durch Gravitationswellen. Dass das so ist, wurde bereits beobachtet - und zwar anhand von umeinander kreisenden Pulsaren (der erste Doppelpulsar, an dem die Abnahme der Periode beobachtet werden konnte, war PSR 1913+16). Diese verlieren n"amlich Energie (in Form von Gravitiationswellen), wodurch sich die Umlaufperiode "andert (sie wird gr"osser - -dOmega/dt ~ Omega^5).
Also, so wie elektrisch geladene Teilchen auf Kreisbahnen Energie in Form von EM-Wellen verlieren, verliert Masse auf Kreisbahnen Energie in Form von Gravitationswellen.
Durch Synchrotronstrahlung entst"unde in der Tat kein
Energieverlust, wohl aber durch Gravitationswellen. Dass das
so ist, wurde bereits beobachtet - und zwar anhand von
umeinander kreisenden Pulsaren (der erste Doppelpulsar, an dem
die Abnahme der Periode beobachtet werden konnte, war PSR
1913+16). Diese verlieren n"amlich Energie (in Form von
Gravitiationswellen), wodurch sich die Umlaufperiode "andert
(sie wird gr"osser - -dOmega/dt ~ Omega^5).
Hm, habe ich das jetzt richtig verstanden ? Die Periodendauer wird kleiner, oder ?
Woher weiss man eigentlich daß dieser Effekt durch Abstrahlung von Gravitationswellen entsteht ? Die Gezeitenkräfte könnten doch auch erhebliche Energieverluste verursachen.
Hm, habe ich das jetzt richtig verstanden ? Die Periodendauer
wird kleiner, oder ?
Woher weiss man eigentlich daß dieser Effekt durch Abstrahlung
von Gravitationswellen entsteht ? Die Gezeitenkräfte könnten
doch auch erhebliche Energieverluste verursachen.
Die Pulsare ruecken enger zusammen und vereinigen sich
schliesslich. Bei diesem Knall (um Groessenordnungen groesser
als eine Supernova), so meinen einige Modelle, werden die
ueber ein viertel Jahrhundert raetselhaften Gamma-Ray-Burst
freigesetzt.
Warum nicht Gezeiten? Ich denke, es liegt daran, dass die
bei Binaerpulsaren gemessenen Periodenaenderungen genau dem
entsprechen, die durch die allgemeine Relativitaetstheorie
infolge von Gravitationswellenstrahlung vorausgesagt wird.
Mit anderen Worten, das Modell der Gravitationswellen beschreibt
den beobachteten Effekt besser als die Gezeitenwechselwirkung.
Durch Synchrotronstrahlung entst"unde in der Tat kein
Energieverlust, wohl aber durch Gravitationswellen. Dass das
so ist, wurde bereits beobachtet - und zwar anhand von
umeinander kreisenden Pulsaren (der erste Doppelpulsar, an dem
die Abnahme der Periode beobachtet werden konnte, war PSR
1913+16). Diese verlieren n"amlich Energie (in Form von
Gravitiationswellen), wodurch sich die Umlaufperiode "andert
(sie wird KLEINER - -dOmega/dt ~ Omega^5).
Hm, habe ich das jetzt richtig verstanden ? Die Periodendauer
wird kleiner, oder ?
Ja, sie wird nat"urlich kleiner - Tippfehler, sorry.
Woher weiss man eigentlich daß dieser Effekt durch Abstrahlung
von Gravitationswellen entsteht ? Die Gezeitenkräfte könnten
doch auch erhebliche Energieverluste verursachen.
Wie unten schon gesagt wurde - Pulsare sind sozusagen perfekte Uhren, und man kann an ihnen die Relativit"atstheorie super nachpr"ufen. In diesem Fall stimmt die gemessene Gr"ossenordnung perfekt mit der Vorhersage "uberein.
Wieso ist man sich so sicher, daß im Falle von ungeladenen Teilchen Energie in Form von Gravitationswellen frei wird? Meines Wissens hat man Gravitationswellen noch nicht einmal nachweisen können - da ist doch dieses Mega - Projekt der USA am Laufen, die drei „Satelliten“ um die Sonne kreisen lassen wollen um die sich verändernden Abstände durch Laserstrahlablenkungen bestimmen zu können, wobei Abweichungen von bis zu einem nm mit Ionenantrieben korrigiert werden sollen ( weiß nicht, ob ich jetzt lachen soll ).
Aber auf jeden Fall erscheint die Erklärung in gewisser Weise logisch.
Wieso ist man sich so sicher, daß im Falle von ungeladenen
Teilchen Energie in Form von Gravitationswellen frei wird?
Zun"achst hat die Emission von Gravitationswellen nichts mit der elektrischen Ladung des Teilchens zu tun (komm mir jetzt nicht mit geladenen Schwarzen L"ochern, das ist 'ne andere Geschichte).
Das, was ans Strahlungsfeld der Gravitonen koppelt, ist die Masse, und die hat ein Neutron unbestrittenermassen.
Meines Wissens hat man Gravitationswellen noch nicht einmal
nachweisen können -
Bisher gibt es keinen direkten Nachweis, das ist richtig, aber mehrere indirekte, unter anderem durch die beobachtete Abnahme der Rotationsperiode zweier umeinander kreisender Pulsare.
Die Pulsare ruecken enger zusammen und vereinigen sich
schliesslich. Bei diesem Knall (um Groessenordnungen groesser
als eine Supernova), so meinen einige Modelle, werden die
ueber ein viertel Jahrhundert raetselhaften Gamma-Ray-Burst
freigesetzt.
Wieso eigentlich mit einem Knall ? Wo kommt denn da plötzlich so viel Energie her ?
Warum nicht Gezeiten? Ich denke, es liegt daran, dass die
bei Binaerpulsaren gemessenen Periodenaenderungen genau dem
entsprechen, die durch die allgemeine Relativitaetstheorie
infolge von Gravitationswellenstrahlung vorausgesagt wird.
Mit anderen Worten, das Modell der Gravitationswellen
beschreibt
den beobachteten Effekt besser als die Gezeitenwechselwirkung.
Kann man daraus umgekehrt schließen, daß die Gezeitenkräfte keine Rolle spielen oder daß sie so stark sind, daß sich bereits eine orbitale Resonanz eingestellt hat ?
Folgende rein theoretische Annahme: Wäre man in der Lage,
beliebig Gravitationsfelder mit einer Art „Graviton - Spule“
zu erzeugen, könnte man dann nicht einfach neutrale Teilchen
nehmen ( z.B. Neutronen - sind immerhin nach außen neutral )
und diese auf Kreisbahn ohne EM zu beschleunigen? Diese
Teilchen bekommen zwar eine Bahnbeschleunigung, die fehlende
Ladung führt aber dazu, daß kein Energieverlust durch
Strahlung entsteht, oder?
Florian
Moin!
Egal welche Ladung deine Teilchen haben oder welchen Antrieb (EM oder Grav) du benutzt, wenn du einen Beschleunigerring benutzt, bekommst du Synchrotronstrahlung (Ich hoffe ich schreib das Wort jetzt richtig).
Wenn du keine Synchrotronstrahlung willst, dann bau einen Linearbeschleuniger.
Die Synchrotronstrahlung entsteht, weil die Teilchen eigentlich geradeaus fliegen wollen.
Wenn man ein Teilchen nimmt, das in einem solchen Beschleunigerring immer und immer wieder im Kreis fliegt, dann hat es zu einem bestimmten Zeitpunkt einen grossen Impuls in X-Richtung.
Impuls p=m(Masse)*v(Geschwindigkeit).
Eine viertel Umkreisung später ist der Impuls in X-Richtung 0, dafür ist der Impuls in Y-Richtung sehr gross. Da ein Teilchen normalerweise geradeausfliegen würde, musste also eine grosse Kraft (durch die Ablenkungsmagneten) aufgewendet werden um die Richtung des Impulses zu ändern. Die Grösse des Impulses hat sich aber nicht geändert. Das Teilchen fliegt immer noch mit der selben Geschwindigkeit (dies ist jetzt etwas vereinfacht) und hat die gleiche Energie. Mit der Ablenkenden Kraft wurde aber Energie in das Teilchen gepumpt. Da wir aber vorher gesehen hatten das die Energie im Teilchen bei seinem Durchlauf gleich bleiben sollte, muss es diese Energie wieder abgeben. Dies tun Teilchen indem sie Synchrotronstrahlung abgeben.
Es wäre also egal ob du Elektromagnete oder Gravitonspulen benutzt. Beide würde eine ablenkede Kraft auf die Teilchen ausüben, die die Teilchen wieder über Synchrotronstrahlung abgeben würden.
Ansonsten mal die richtigen Teilchenphysiker fragen.
Die Pulsare ruecken enger zusammen und vereinigen sich
schliesslich. Bei diesem Knall (um Groessenordnungen groesser
als eine Supernova), so meinen einige Modelle, werden die
ueber ein viertel Jahrhundert raetselhaften Gamma-Ray-Burst
freigesetzt.
Wieso eigentlich mit einem Knall ? Wo kommt denn da plötzlich
so viel Energie her ?
Pulsare (Neutronensterne) koennen nur bis zu einer oberen
Massengrenze existieren. Die Lage dieser Grenze (2-5
Sonnenmassen) haengt davon ab, mit welchem Modell man das
entartete Neutronengas eines solchen Sterns beschreibt
(Zustandsgleichungen).
Saugt ein Neutronenstern Materie und erhoeht damit seine Masse,
dann kommt irgendwann der Punkt des Ueberschreitens der Massen-
grenze. Eine Vereinigung zweier Neutronensterne ist ein sehr
abruptes Erhoehen der Massenkonzentration. Es erfolgt ein
Gravitationskollaps, der mit der Bildung eines Schwarzen Loches
endet. Die Energie wird durch die Gravitation „geliefert“.
Das heisst auch, dass die Masse des Gesamtsystems nicht gleich
der Massensumme der Einzelkomponenten sein wird. Die Massen-
differenz wird gemaess E=mc^2 in den Raum „geblasen“. Und
es handelt sich hier um Betraege, die mit der Masse der Sonne
vergleichbar sind.
Mit anderen Worten, das Modell der Gravitationswellen
beschreibt
den beobachteten Effekt besser als die Gezeitenwechselwirkung.
Kann man daraus umgekehrt schließen, daß die Gezeitenkräfte
keine Rolle spielen oder daß sie so stark sind, daß sich
bereits eine orbitale Resonanz eingestellt hat ?
Ich dachte nicht daran, dass solche Binaerpulsare synchron
rotieren, pardon. Die Gezeitenbremse wirkt nur, wenn die Rotation
der Koerper schneller erfolgt als der Umlauf. Dann wirken die
Gezeiten als Bremse auf die Rotation der Einzelkoerper. Infolge-
dessen erweitern beide Koerper ihren Abstand zueinander (Dreh-
impulserhaltung). Bei Binaerpulsaren sind Rotation und Umlauf
synchronisiert. „In erster Naeherung“ kann man also sagen, dass
es fuer die Gezeiten nichts mehr zu veraendern gibt, sie haben
ja schon Umlauf und Rotation „gleichgemacht“. Bei genauerer
Rechnung wird aber die Umlaufperiode durch Gravitationswellen-
abstrahlung verkuerzt. Es entsteht wieder eine kleine Differenz
zwischen Umlaufperiode und Rotation, die Gezeiten wirken und
versuchen das auszugleichen. Der Umlauf ist schneller, die
Rotation wuerde durch die Gezeiten erhoeht werden, infolge
Drehimpulserhaltung muesste der Abstand wieder wachsen. In dem
Sinne wirken die Gezeiten der Gravitationswellenabstrahlung
„entgegen“. Ich habe aber keine Vorstellung ueber die Groessen-
verhaeltnisse beider Effekte. Moeglicherweise ist die Gezeiten-
wirkung (die ja erst „in zweiter Naeherung“ wirksam ist), ver-
nachlaessigbar klein.
Mit der Ablenkenden Kraft wurde
aber Energie in das Teilchen gepumpt.
Wie soll das gehen? Die am Teilchen geleistete Arbeit entspricht dem Skalarprodukt aus Kraft und Weg. Da die ablenkende Kraft immer senkrecht zum Weg des Teilchens wirkt, wird zu keinem Zeitpunkt Arbeit geleistet.
Ich dachte nicht daran, dass solche Binaerpulsare synchron
rotieren, pardon. Die Gezeitenbremse wirkt nur, wenn die
Rotation
der Koerper schneller erfolgt als der Umlauf. Dann wirken die
Gezeiten als Bremse auf die Rotation der Einzelkoerper.
Infolge-
dessen erweitern beide Koerper ihren Abstand zueinander (Dreh-
impulserhaltung). Bei Binaerpulsaren sind Rotation und Umlauf
synchronisiert. „In erster Naeherung“ kann man also sagen,
dass
es fuer die Gezeiten nichts mehr zu veraendern gibt, sie haben
ja schon Umlauf und Rotation „gleichgemacht“. Bei genauerer
Rechnung wird aber die Umlaufperiode durch Gravitationswellen-
abstrahlung verkuerzt. Es entsteht wieder eine kleine
Differenz
zwischen Umlaufperiode und Rotation, die Gezeiten wirken und
versuchen das auszugleichen. Der Umlauf ist schneller, die
Rotation wuerde durch die Gezeiten erhoeht werden, infolge
Drehimpulserhaltung muesste der Abstand wieder wachsen. In dem
Sinne wirken die Gezeiten der Gravitationswellenabstrahlung
„entgegen“. Ich habe aber keine Vorstellung ueber die
Groessen-
verhaeltnisse beider Effekte. Moeglicherweise ist die
Gezeiten-
wirkung (die ja erst „in zweiter Naeherung“ wirksam ist), ver-
nachlaessigbar klein.
Wenn Umlauf und Eigenrotation trotz kontinuierlicher Abnahme der Umlaufzeiten immer noch synchron sind, dann ist die Gezeitenwirkung doch offensichtlich nicht vernachlässigbar, es sei denn, es wirken noch ganz andere Kräfte.
Wenn Umlauf und Eigenrotation trotz kontinuierlicher Abnahme
der Umlaufzeiten immer noch synchron sind, dann ist die
Gezeitenwirkung doch offensichtlich nicht vernachlässigbar, es
sei denn, es wirken noch ganz andere Kräfte.
Das ist richtig, aber es kam hier darauf an, welchen Beitrag
die Gezeiten zur _Aenderung_ der Umlaufperiode im Vergleich
zur Gravitationswellenabstrahlung leisten. Man muss sich das
so vorstellen: Die Gravitation sorgt fuer ein Zusammenruecken
der Pulsare, die Gezieten passen die Rotationsperioden an
und treiben die Pulsare wieder auseinander. Aber ich kann Dir
nicht sagen, um wieviel sie das tun. Offensichtlich ist der
Betrag kleiner (sonst wuerden die Pulsare nie zusammenkommen).
MEB
Die Pulsare ruecken enger zusammen und vereinigen sich
schliesslich. Bei diesem Knall (um Groessenordnungen groesser
als eine Supernova), so meinen einige Modelle, werden die
ueber ein viertel Jahrhundert raetselhaften Gamma-Ray-Burst
freigesetzt.
Wieso eigentlich mit einem Knall ? Wo kommt denn da plötzlich
so viel Energie her ?
Pulsare (Neutronensterne) koennen nur bis zu einer oberen
Massengrenze existieren. Die Lage dieser Grenze (2-5
Sonnenmassen) haengt davon ab, mit welchem Modell man das
entartete Neutronengas eines solchen Sterns beschreibt
(Zustandsgleichungen).
Saugt ein Neutronenstern Materie und erhoeht damit seine
Masse,
dann kommt irgendwann der Punkt des Ueberschreitens der
Massen-
grenze. Eine Vereinigung zweier Neutronensterne ist ein sehr
abruptes Erhoehen der Massenkonzentration. Es erfolgt ein
Gravitationskollaps, der mit der Bildung eines Schwarzen
Loches
endet. Die Energie wird durch die Gravitation „geliefert“.
Das heisst auch, dass die Masse des Gesamtsystems nicht gleich
der Massensumme der Einzelkomponenten sein wird. Die Massen-
differenz wird gemaess E=mc^2 in den Raum „geblasen“. Und
es handelt sich hier um Betraege, die mit der Masse der Sonne
vergleichbar sind.
Das Problem ist nur, warum das so plötzlich passieren soll. Immerhin wirken ja auch erhebliche Fliehkräfte, die den Zusammenprall der Sterne noch bis kurz vor der Vereinigung verhindern. Diese müßten dann ja auch den Gravitationskollaps für lange Zeit hinauszögern. Ich stelle mir das etwa wie eine rotierende Hantel vor, die sich ganz langsam zu einer stark abgeplatteten rotierenden Kugel formt.
Das Problem ist nur, warum das so plötzlich passieren soll.
Immerhin wirken ja auch erhebliche Fliehkräfte, die den
Zusammenprall der Sterne noch bis kurz vor der Vereinigung
verhindern.
Wenn der Gravitationskollaps einsetz, dann gibt es nichts mehr, was ihn aufhalten kann. Im Schwarzschildradius wirkt die Zentrifugalkraft sogar nach innen. Alles, was sich dann noch außerhalb des Schwarzschildradius befindet rotiert mit nahezu Lichtgewschwindigkeit um das entstehede schwarze Loch herum, wobei die Masse mit hohem Wirkungsgrad in Strahlung umgewandelt wird.
… könnte man dann nicht einfach neutrale Teilchen
nehmen ( z.B. Neutronen - sind immerhin nach außen neutral )
und diese auf Kreisbahn ohne EM zu beschleunigen? Diese
Teilchen bekommen zwar eine Bahnbeschleunigung, die fehlende
Ladung führt aber dazu, daß kein Energieverlust durch
Strahlung entsteht, oder?
Dieses Gedankenexperiment enthält leider noch einige irrige Annahmen. Ich liste sie der Einfachheit halber mal auf:
Die gravitative Wechselwirkung ist um einen Faktor 10^38 (!!!)
schwächer als die em-WW. Das bedeutet (zur Veranschaulichung) zum Beispiel: um im H-Atom die em-Wechselwirkung zwischen dem Proton und dem Hüllenelektron allein durch Gravitation zu ersetzen, müßtest du ca. 10^38 Protonen in den Kern setzen (das sind ziemlich genau SÄMTLICHE Protonen des Universums!!).
Und weiter: Zwischen (z.B.) zwei Neutronen kommt/käme die Gravitation überhaupt erst ins Spiel, wenn diese einen „Abstand“ von 10^-33 cm hätten. Nun kann man bei Teilchen von einem „Radius“ oder gar „Volumen“ nicht so direkt sprechen, aber solche Größen wie „Formfaktor“ oder „Wirkungsquerschnitt“ wären ungefähr etwas Analoges. Demnach hätte das Neutron soetwas wie einen „Radius“ in der Größenordnung 10^-13 cm. Das heißt: ihre gravitative Wirkung aufeinander käme erst zum Tragen, wenn sie sich eh schon am selben Ort (nämlich einem 10^20stel ihres Radius) befänden.
In einem Ring-Teilchenbeschleuniger sorgen die Magnete lediglich für die erzwungene Kreisbahn der Teilchen aber NICHT für deren Bahnbeschleunigung! Die bekommen sie erst durch (zwischen den Magneten angeordnete) lineare Beschleunigungsaggregate. Diese beschleunigen das geladene Teilchen durch elektromagnetische Wechselfelder („Führungsfelder“), auf denen das Teilchen einem Wellenreiter ähnlich angetrieben wird.
Das bedeutet für dein Gedankenexperiment: selbst wenn du ein neutrales Teilchen gravitativ auf eine Kreisbahn bringst (was durch einen Neutronenstern von 20km Durchmesser oder ein handliches Schwarzes Loch in Laborgröße ohne weiteres möglich sein sollte *gg*), dann hast du eine Kreisbahn, aber immer noch keinen Teilchenbeschleuniger !!!
Zum gravitativen (Linear-)Beschleunigen müßtest du noch eine auf die Masse repulsiv (!) wirkende Maschine erfinden…
Alle massiven neutralen Elementarteilchen haben eine interne (!) Ladungsverteilung und magnetische Momente, insbesondere das Neutron. Das Neutron käme auch als einziges für so eine Maschine in Frage, weil es mit 10^3 sec mittlerer Lebensdauer sinnvoll an einem Stoßprozess teilnehmen könnte. Alle anderen neutralen massiven Teilchen existieren gar nicht so lange (10^-21 sec z.B.), daß sie die Beschleunigungsphase in der Maschine überleben… ))
Also abgesehen von dem von Gnlwth dargestellten Problem der gravitativen Wellenabstrahlung wäre deine Maschine
kein Beschleuniger (sondern nur ein Karussel)
nicht um einen Deut kleiner als andere Beschleuniger
nicht energieverlustfrei
auch als reines Karussel nur für Neutronen zu gebrauchen
Nur mal so aus Interesse: Das gleiche Prinzip gilt doch theoretisch auch dann, wenn ich einen Körper per Hand eine Bahnbeschleunigung zuführe, also meinetwegen wenn ein Hammerwerfer seinen Hammer dreht, oder?
Auf gut deutsch würde das heißen: Ich hab’ ständig in meinem Leben Gravitationswellen und EM - Wellen in Form von Synchronotnstrahlung erzeugt und wußte es noch nicht einmal.
Mir ist klar, das das sehr schwache Wellen sind, das brauchst du mir nicht zu sagen.
Wie sieht überhaupt eine Gravitonwelle aus ( theoretisch )? Schließlich tritt ja unter normalen Umständen bei der Gravitation nur eine Polarisation auf. Das würde ja heißen, daß eine Graviton - „Welle“ in Wirklichkeit ein einfacher Vektor ist, oder?
Glaubst du, daß weiß ich nicht? Was glaubst du, warum ich „rein theoretisch“ geschrieben habe?!
Kein Karussel: Beschleunigung könntest du auch durch Graviton - Felder erzeugen, erzähl mir nichts anderes - auch wenn wir da für ein oder zwei schwarze Löcher pro Kreuzung brauchen.
).