Gravitationsrotverschiebung

Wissenschaft Physik
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Hallo Leute,
ich habe mich gerade mal wieder etwas mit ART beschäftigt und bin dabei auf eine interessante Frage gestoßen:
Wenn ein Photon die Oberfläche eines Sternes verläßt, verkleinert sich bekanntlich seine Frequenz und Energie beim verlassen des Gravitationsfeldes, d.h. eine Messung weitab des Sternes käme zu diesem Ergebnis. Nun ist es aber doch so, daß auf der Sternoberfläche die Zeit langsamer vergeht als weit entfernt, und zwar genau um den Faktor der Rotverschiebung. Das bedeutet aber, daß das Photon bereits bei seiner Entstehung auf der Oberfläche genau diese niedrigere Frequenz und Energie besitzt, die ein Beobachter weitab des Sternes messen würde. Das bedeutet wiederum, daß ein Photon, von außen betrachtet, beim Durchfliegen eines Gravitationsfeldes keinerlei Energie bzw. Massenänderung erfährt und daß auch kein Energieaustausch zwischen Photon und Gravitationsfeld stattfindet. Demzufolge ist die Gravitationsrotverschiebung nur Folge der unterschiedlichen Zeitmaßstäbe von Beobachtern/Empfängern und Sendern bei unterschiedlichen Gravitationspotentialen.
Wenn ich die Texte zu diesem Thema richtig verstanden habe, gibt es aber einen Energieaustausch zwischen Feldenergie des Gravitationsfeldes und dem Photon. Darin sehe ich einen Widerspruch zu den o.a. Überlegungen. Wie sehen das die ART-Experten ?

Jörg

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Im Zusammenhang mit gravitativer Rotverschiebung habe ich
mal ein Gedankenexperiment gelesen, nach welchem man ein
perpetuum mobile konstruieren könnte, gäbe des diese Rot-
verschiebung nicht. Die Auflösung war folgende: Entfernt sich
ein Photon von einem Gravitationszentrum, so muß es beim
„Erklimmen“ des Potentials Arbeit verrichten. Damit verliert
es Energie an das Potential, die Frequenz wird geringer,
die „Farbe“ des Photons nach Rot verschoben.

Gravitation ist eine Kondition der Raum-Zeit (sie ist ge-
krümmt). Jede Masse/Energie spürt die Wirkung dieses Feldes,
also auch ein Photon.

MEB

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Im Zusammenhang mit gravitativer Rotverschiebung habe ich
mal ein Gedankenexperiment gelesen, nach welchem man ein
perpetuum mobile konstruieren könnte, gäbe des diese Rot-
verschiebung nicht.

Ich nehme an, es sollte etwa so funktionieren:

  1. Das Photon verläßt den Stern ohne Rotverschiebung und Energieverlust
  2. In einem Raumschiff weit außerhalb wird dessen Energie in Materie umgewandelt
  3. Die Materie stürzt auf den Stern und gewinnt dabei kinetische Energie aufgrund des Potentialunterschiedes
  4. Die Materie incl. Bewegungsenergie wird wieder in ein Photon umgewandelt, dessen Energie dann höher wäre als die des ursprünglichen Photons

Die Auflösung war folgende: Entfernt sich
ein Photon von einem Gravitationszentrum, so muß es beim
„Erklimmen“ des Potentials Arbeit verrichten. Damit verliert
es Energie an das Potential, die Frequenz wird geringer,
die „Farbe“ des Photons nach Rot verschoben.

So habe ich das, was ich dazu gelesen habe, auch verstanden.
Den besagten Widerspruch löst das aber nicht auf.

Gravitation ist eine Kondition der Raum-Zeit (sie ist ge-
krümmt). Jede Masse/Energie spürt die Wirkung dieses Feldes,
also auch ein Photon.

Fragt sich nur, in welcher Weise. Mal angenommen, es fände kein Energieaustausch zwischen Gravitationsfeld und Teilchen aller Art statt, die sich darin bewegen:
Das Photon gelangt also ohne Energieverlust von der Sternenoberfläche zum Raumschiff. Wegen des unterschiedlichen Zeitmaßstabes wird die Energie des Photons allerdings im Raumschiff geringer gemessen als auf der Sternenoberfläche. Das Photon wird wieder in Materie umgewandelt und die stürzt zurück auf den Stern. Beim Sturz wird ein Teil der Materie in kinetische Energie umgewandelt, sodaß sich die Ruhemasse verkleinert. Unten angekommen wird die Materie mit ihrer Bewegungsenergie wieder in ein Photon umgewandelt, das sicherlich wieder die Energie des ursprünglich abgesendeten Photons hat. Also auch ohne die bekannte Form der Rotverschiebung mit Energieaustausch zwischen Gravitationsfeld und Photon kein Perpetuum mobile.

Wenn die Größe von Energie und Masse also nur eine Frage des Standpunktes (Gravitationspotential) wäre, müßte auch die auf den Stern stürzende Masse, trotz ihres zunehmenden Massendefektes, auf der Oberfläche immer noch mit dem ursprünglichen Wert ihrer Ruhemasse gemessen werden können.

Ich hoffe es ist jetzt einigermaßen klar geworden, worin das Problem besteht. Die Frage bleibt also:
Findet wirklich ein Energieaustausch zwischen Gravitationsfeld und Photon statt und wenn ja, wie ist das mit den unterschiedlichen Zeitmaßstäben zu vereinbaren ?

fragt sich Jörg

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Das ist sogar sehr einfach zu erklären, wenn man für das verständnis der zusammenspiele im kosmos einen andere betrachtungswinkel wählt.
Versuch dir doch mal vorzustellen, es gibt kein Gravitations"feld". Jegliche gravitation ist auf stoßprozesse von teilchen zurückzuführen. mit dieser betrachtungsweise hast du die möglichkeit, dich aus dem universum zu verbannen und die abläufe von außerhalb zu betarchten. im moment werden jegliche abläufe nur so betrachtet, daß wir stets ein teil des universums sind und uns deshalb relativistische dinge recht schlecht vorstellbar werden, da, während sie ablaufen, auch wir uns in der zeit vorwärts bewegen.
ich gehe sogar soweit, zu behaupten, daß mit der oben erwähnten sichtweise auf jegliche festlegungen von physikalischen größen verzichtet werden kann, da man sie alle daraus herleiten kann. die zeit aus stoßprozessen herzuleiten ist wahrlich kein problem, längen auch nicht, masse eigenständig gibts nicht - der rest sollte nicht so schwierig werden, wenn mal mal tiefer drüber nachdenkt.

mfG

Frank

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Gravitation und Elektromagnetismus?!
Hi

Gehen wir also mal davon aus, daß Energie vom Photon an das Gravitationsfeld abgegeben wird - verdammt wäre das nicht eindeutig eine Wechselwirkung zwischen Elektromagnetismus und Gravitation?! Oder anders ausgedrückt: Ist das nicht der lebende Beweis dafür, daß Elektromagnetismus und Gravitation ineinander übergehen können?! Die technologischen Möglichkeiten, die die Erzeugung von Gravitationsfeldern/Antigravitationsfeldern aus elektromagnetischen Feldern zur Folge hätten, muß ich wohl nicht erklären - es ist fast beängstigend.

Florian

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Nein ist es nicht. Eher eine Täuschung. Lies dazu bitte méine andére Antwort und versuche, dir damit das universum vorzustellen. dann wirst du es recht einfach begreifen.

Frank

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