Photonen im Gravitationsfeld

Formel ist falsch
Hallo Jörg,

erstmal finde ich es schon mal ein Schritt in die richtige Richtung, dass wir beide die Formel über einen Energieansatz machen. Ich hätte eigentlich erwartet, dass du die Formel über die Zeitdilataion herleitest.
Aber will dir beweisen, wieso deine Formel nicht stimmt.
Also, deine Formel ist:

df=gH f/c^2

Wenn ich dich richtig verstanden habe ist f die Ausgangsfrequenz mit der das Photon startet.
Also gut nun zerlegen wir die Höhe H mal in zwei Zwischenetappen
H=H1+H2. Zwischen 0 und H1 sei die Frequenzänderung df1 und zwischen H1 und H2 sei die Frquenänderung df2. so dass also gilt:
df=df1+df2
So weit einverstanden?

Nach deiner Formel ändert sich die Frequenz, von 0 nach H1 um: df1=fgH1/c²
Und wenn das Photon mit der Frequen f+df1 von H1 nach H2 startet um df2=(f+df1)gH2/c²

Es gilt also

df=f1+df2=fgH1/c² + (f+df1)gH2/c² = fg(H1+H2)/c² + df1gH2/c² = fgH/c² + df1gH2/c²

Im Widerspruch zu dem Ergebnis df=gH f/c^2

Es fehlt also der kleine Korrektuterm df1gH2/c² !! Das liegt einfach daran, dass die Frequenzänderung selbst von der Frequenz abhängt. Und wenn du die Sache ganz mathematisch herleitest, kommst du auf die von mir hergeleitete Formel, die das alles brücksichtigt.

Überzeugt?

Gruß
Oliver

Hallo Oliver,

erstmal finde ich es schon mal ein Schritt in die richtige
Richtung, dass wir beide die Formel über einen Energieansatz
machen.

Der Energiesatz ist manchmal der einzige Strohhalm an den man sich klammern kann :smile:

Ich hätte eigentlich erwartet, dass du die Formel über
die Zeitdilataion herleitest.

wie denn ? Von der Zeitdilatation weiss ich doch zunächst nur, daß sie existiert. Über den genauen Wert kann ich erstmal nichts sagen.

Aber will dir beweisen, wieso deine Formel nicht stimmt.
Also, deine Formel ist:

df=gH f/c^2

wie ich erwähnte, ist das eine Näherungsformel für H

huhu joerg oli
hallo joerg,

hier bin ich ;-
aber wenig zeit:

huhu joerg :wink:

Wo ist eigentlich legopeter ? …huhu :smile:

Jörg

ich bin auch noch da nur keine zeit.

fuer joerg

„…Da die Zeit auf der Erdoberfläche etwas langsamer abgeht, ist die Resonanz- und Sendefrequenz des „unteren“ Mößbaueratoms zwangsläufig etwas niedriger als sie es auf der Höhe des oberen wäre. Mehr kann man daraus zunächst eigentlich nicht schließen…“

so kann man es auch sagen, dass das photon beim aufstieg energie verliert wie ein stein auch. aber nur so, denn atome ticken immer gleich, auch wenn es von oben betrachtet so aussieht als wuerde es langsamer getickt haben. mithin man schliesst sehr wohl, dass das photon energie verliert.

"…Die Zeitdilatation im Gravitationsfeld muß alle physikalischen Vorgänge in einem lokalen Inertialsystem betreffen. Sonst wäre es ja keine echte Dilatation…

tut es ja auch, nur nicht vor ort betrachtet. mithin ist es prinzipiell egal, ob du den hoehenaufstieg wie beim stein oder die zeitdilation zwischen zwischen den orten betrachtest, denke ich.

"…dem kann ich jetzt nicht ganz folgen. Eine Energieänderung kann ich doch nur innerhalb eines Systemes messen, in dem ein einheitlicher Maßstab zur Energie/Frequenzmessung existiert. Genau diese Bedingung ist aber an unterschiedlichen geographischen Höhen nicht gegeben…

nein, du misst die energieaenderung von einem system zu einem anderen system. du weisst doch dass das moessbaueratom auch in anderer hoehe genau die gleiche energie abgestrahlt hat wie es es immer tut, und schon ganz du per messung den energieverlust zum anderen system bestimmen.

„…Die potentielle Energie erhöht die Ruhemasse im gleichen Maße, wie sich die kinetische Energie/Masse verringert, sodaß die Gesamtenergie/Masse konstant bleibt. Das gilt natürlich nur für denjenigen, der den Stein nach oben wirft und ihn vom Erdboden aus auf seinen Flug beobachtet…“

potentielle energie erhoeht keine ruhemasse. hebe einen stein auf ein haus und dur wirst keinen massenunterschied bemerken. erst wenn du ihn fallen laesst wandelt sich potentielle in bewegungsenergie um und diese koennte man wenn man wollte in ruhemasse von ein paar neuen teilchen umformen.

„…Da scheiden sich wohl die Geister. Für mich ist die Gültigkeit des Energieerhaltungssatzes eine fundamentale Eigenschaft von Masse und Energie. Grundvorrausetzung für vorher-nachher-Vergleiche ist deshalb, daß die Energie immer im gleichen Bezugssystem gemessen werden muß…“

jein, du kannst doch auch rechnerisch das bezugsystem wechseln. und dabei in rechnung energie und impulssaetze transformieren und dabei eben auch erhalten. lorentztransformation.

ach da ist noch mehr aber wenig zeit, ich denke du joerg siehst nicht dass du sehr wohl die systeme wechseln kannst und zwar exact mit berechnung bei beibehaltung aller erhaltungsssaetze. und man damit sehr wohl die erhaltung nachweisen kann, bzw den massenverlust eher energieverlust eines photons von einem hoehenpunkt/system zum naechsten.

hallo oliver

ich folge wie gesagt mittlerweile deinem ansatz des energieverlustes, also dass bei weiterem aufstieg man bereits verloren gegangene energie des photons fuer die weiteren verluste beruecksichtigen muss. aber wie ich schrieb am (lego, 30.9.2002 20:31) reicht der ansatz nicht, denn bei rein klassischer rechnung vom schwarzschildradius radial nach oben verloere ein photon die haelfte der energie, mit deiner korrektur aber weniger als die haelfte der energie. die wahrheit aber ist, dass es wenn es ganz genau von der schwarzschildsphaere startet alles verliert im grenzfall. mithin muss man zu deiner korrektur auch noch die zeitdilitation einrechnen. es kaempft weiter unten einfach laenger mit der gravitation, dadurch verliert es wieder mehr energie.

zu deinem urspruenglichen ansatz noch einmal eine pro-rede:

zwei photonen P1 und P2 steigen auf mit energie E1=2E2
es ist so wie auch immer dass P1 die haelfte der energie verliert beim aufstieg. und P2 verliert natuerlich auch genau die haelfte. wuerde P2 genauso viel verlieren wie P1 waere die energie von P2 am enden null. steigen sie noch weiter auf muss man entsprechend infinitismal den massenverlust einrechnen fuer die weiteren verluste.

hmmm ich muss mir mal mehr zeit nehmen,

beste gruesse, alle beide, peter

hier bist Du also… :smile:

Hallo Peter,

sorry, daß Du Dir jetzt wegen uns schon die Nächte um die Ohren schlagen mußt

ich bin auch noch da nur keine zeit.

ich eigentlich auch keine Zeit aber für ein bischen Universum erforschen muß es noch reichen :smile:

so kann man es auch sagen, dass das photon beim aufstieg
energie verliert wie ein stein auch. aber nur so, denn atome
ticken immer gleich, auch wenn es von oben betrachtet so
aussieht als wuerde es langsamer getickt haben.

Das verstehe ich nicht. Wenn ich das tickende Atom in eine (Atom)Uhr einbaue, zwei gleich schnell tickende Atomuhren in verschiedenen Höhen eine Weile ticken lasse und dann die Zeit vergleiche, hat doch ganz objektiv das Atom in der oberen Uhr ein paarmal mehr getickt. Das ist meines Wissen ja längst experimentell bewiesen. Daraus muß ich doch zwingend schließen, daß das Atom in der unteren Uhr objektiv langsamer tickt.

mithin man schliesst sehr wohl, dass das photon energie verliert.

genau diesem Schluß kann ich nicht folgen

"…Die Zeitdilatation im Gravitationsfeld muß alle
physikalischen Vorgänge in einem lokalen Inertialsystem
betreffen. Sonst wäre es ja keine echte Dilatation…

tut es ja auch, nur nicht vor ort betrachtet. mithin ist es
prinzipiell egal, ob du den hoehenaufstieg wie beim stein oder
die zeitdilation zwischen zwischen den orten betrachtest,
denke ich.

für die Berechnung der Gravitationsrotverschiebung ist es womöglich egal. Für weitergehende Überlegungen denke ich nicht :smile:

"…dem kann ich jetzt nicht ganz folgen. Eine
Energieänderung kann ich doch nur innerhalb eines Systemes
messen, in dem ein einheitlicher Maßstab zur
Energie/Frequenzmessung existiert. Genau diese Bedingung ist
aber an unterschiedlichen geographischen Höhen nicht
gegeben…

nein, du misst die energieaenderung von einem system zu einem
anderen system. du weisst doch dass das moessbaueratom auch in
anderer hoehe genau die gleiche energie abgestrahlt hat wie es
es immer tut,

Nein, ich weiss doch nur daß das Meßgerät direkt neben dem Mößbaueratom mit dem ihm eigenen Maßstab diesen Wert messen würde. Außerdem weiss ich, daß das Meßgerät da unten mit einem anderen Maßstab mißt wie ich hier oben. Wenn ich also die tatsächlich abgestrahlte Frequenz des Photons wissen will, muß ich die Frequenz des Mößbaueratoms erst in mein Bezugssystem „oben“ transformieren. Dabei wird die Frequenz halt etwas niedriger

potentielle energie erhoeht keine ruhemasse. hebe einen stein
auf ein haus und dur wirst keinen massenunterschied bemerken.
erst wenn du ihn fallen laesst wandelt sich potentielle in
bewegungsenergie um und diese koennte man wenn man wollte in
ruhemasse von ein paar neuen teilchen umformen.

Wie vereinbarst Du diese Aussage mit dem Massendefekt, der eintritt, wenn ich einen Körper in ein Gravitationsfeld bringe ? Der Massendefekt ändert ja nichts an der Struktur des Körpers oder an der Anzahl der Atome aus denen er besteht. Der Defekt ist also nur von einem festen Beobachter im Weltall oder auch auf der Erdoberfläche direkt beobachtbar. Dieser Beobachter kann den Massendefekt bzw.Änderung der Ruhemasse als potentielle Energie deuten, so wie ich es getan habe.

„…Da scheiden sich wohl die Geister. Für mich ist die
Gültigkeit des Energieerhaltungssatzes eine fundamentale
Eigenschaft von Masse und Energie. Grundvorrausetzung für
vorher-nachher-Vergleiche ist deshalb, daß die Energie immer
im gleichen Bezugssystem gemessen werden muß…“

jein, du kannst doch auch rechnerisch das bezugsystem
wechseln. und dabei in rechnung energie und impulssaetze
transformieren und dabei eben auch erhalten.
lorentztransformation.

jaja, ist schon klar, so habe ich das im Allgemeinen eigentlich auch gemeint. In unseren speziellen Fall kenne ich aber die Transformationsgleichung (noch) nicht. Deshalb muß ich die Größen zunächst im gleichen Bezugssystem messen. Später kann ich aus diesen Ergebnissen vielleicht eine Transformation herleiten und somit auch die Meßwerte von Meßgeräten aus anderen Bezugssystemen verwenden.

ach da ist noch mehr aber wenig zeit, ich denke du joerg
siehst nicht dass du sehr wohl die systeme wechseln kannst und
zwar exact mit berechnung bei beibehaltung aller
erhaltungsssaetze.

doch, das sehe ich schon, aber mir fehlt noch die Transformationsgleichung, die ich erst später herleiten kann. Deshalb muß ich zunächst strikt darauf achten, mein Bezugssystem nicht zu wechseln und im Buch nachgucken gilt nicht :smile:

Jörg

hallo joerg,

hier bist Du also… :smile:

jaja noch da :wink:

so kann man es auch sagen, dass das photon beim aufstieg
energie verliert wie ein stein auch. aber nur so, denn atome
ticken immer gleich, auch wenn es von oben betrachtet so
aussieht als wuerde es langsamer getickt haben.

Das verstehe ich nicht. Wenn ich das tickende Atom in eine
(Atom)Uhr einbaue, zwei gleich schnell tickende Atomuhren in
verschiedenen Höhen eine Weile ticken lasse und dann die Zeit
vergleiche, hat doch ganz objektiv das Atom in der oberen Uhr
ein paarmal mehr getickt. Das ist meines Wissen ja längst
experimentell bewiesen. Daraus muß ich doch zwingend
schließen, daß das Atom in der unteren Uhr objektiv langsamer
tickt.

nein, naja, du misst die herzschlagfrequenz beider Moessbaueratome (MB) mittels der beiden atomuhren neben ihnen jeweils. du stellst zwar fest, dass die untere atomuhr und das untere MB langsamer schlugen aufgrund der gravi, aber dass das MB immer noch genauso schnell schlug mit respekt zur atomuhr, und atomuhren gehen immer gleich, dass sie auch der zeitdilatation unterliegen ist eine auch eine andere wahrheit.

mithin man schliesst sehr wohl, dass das photon energie ::verliert.

genau diesem Schluß kann ich nicht folgen

diesen schluss ziehen andere physiker als ich es bin. du schickst ein photon los und weiter oben oder unten kommt es nachweisbar mit weniger oder mehr energie an. das photon hatte wie du den verlust jetzt auch immer benennen willst mit einem mal weniger energie oder eben mehr. und energie ist quasi masse, bewegte masse hier.

du schriebst was ich zitierte:

"…Die Zeitdilatation im Gravitationsfeld muß alle
physikalischen Vorgänge in einem lokalen Inertialsystem
betreffen. Sonst wäre es ja keine echte Dilatation…

… dazu ich …

tut es ja auch, nur nicht vor ort betrachtet. mithin ist es
prinzipiell egal, ob du den hoehenaufstieg wie beim stein oder
die zeitdilation zwischen zwischen den orten betrachtest,
denke ich.

für die Berechnung der Gravitationsrotverschiebung ist es
womöglich egal. Für weitergehende Überlegungen denke ich nicht

-)

hmmm fuer welche denn?

"…dem kann ich jetzt nicht ganz folgen. Eine
Energieänderung kann ich doch nur innerhalb eines Systemes
messen, in dem ein einheitlicher Maßstab zur
Energie/Frequenzmessung existiert. Genau diese Bedingung ist
aber an unterschiedlichen geographischen Höhen nicht
gegeben…

nein, du misst die energieaenderung von einem system zu einem
anderen system. du weisst doch dass das moessbaueratom auch in
anderer hoehe genau die gleiche energie abgestrahlt hat wie es
es immer tut,

Nein, ich weiss doch nur daß das Meßgerät direkt neben dem
Mößbaueratom mit dem ihm eigenen Maßstab diesen Wert messen
würde. Außerdem weiss ich, daß das Meßgerät da unten mit einem
anderen Maßstab mißt wie ich hier oben. Wenn ich also die
tatsächlich abgestrahlte Frequenz des Photons wissen will, muß
ich die Frequenz des Mößbaueratoms erst in mein Bezugssystem
„oben“ transformieren. Dabei wird die Frequenz halt etwas
niedriger

grrrr :wink: wir wiederholen uns. du weisst aber auch warum der masstab deines messgeraetes in der tiefe von oben anders erscheint und dass er von unten auf gleicher hoehe wieder genauso aussehen wuerde wie derjenige der just im moment in der hoehe vor deiner nase schwebt.

potentielle energie erhoeht keine ruhemasse. hebe einen stein
auf ein haus und dur wirst keinen massenunterschied bemerken.
erst wenn du ihn fallen laesst wandelt sich potentielle in
bewegungsenergie um und diese koennte man wenn man wollte in
ruhemasse von ein paar neuen teilchen umformen.

Wie vereinbarst Du diese Aussage mit dem Massendefekt, der
eintritt, wenn ich einen Körper in ein Gravitationsfeld bringe

indem ich von ruhemasse rede und nicht von masse. naja das ist jetzt kleinlich aber so meinte ich es.

jein, du kannst doch auch rechnerisch das bezugsystem
wechseln. und dabei in rechnung energie und impulssaetze
transformieren und dabei eben auch erhalten.
lorentztransformation.

ups sehe ich jetzt erst, lorentztrafo wird nicht reichen, mein faux pas.

jaja, ist schon klar, so habe ich das im Allgemeinen
eigentlich auch gemeint. In unseren speziellen Fall kenne ich
aber die Transformationsgleichung (noch) nicht. Deshalb muß
ich die Größen zunächst im gleichen Bezugssystem messen.
Später kann ich aus diesen Ergebnissen vielleicht eine
Transformation herleiten und somit auch die Meßwerte von
Meßgeräten aus anderen Bezugssystemen verwenden.

ja aber du misst doch auch in zwei systemen parallel, einmal unten, einmal oben.

wer hat schon die allgemeine rela-theorie verstanden? die herleitung fuer die spezielle ist klassische mathemathik und passt auf eine A4-seite. die allgemeine aber hui. da passe selbst ich. und bock habe ich auch nicht *g*
ich denke wir 3 koennten aber die eigenzeit auf jeweiliger hoehe ausrechnen und dann mit olis ansatz auf die richtige „energieverlustformel“ kommen, muss dann so sein dass bei aufstieg von scharzschildsphaere radial der verlust 1 wird.

[…]

doch, das sehe ich schon, aber mir fehlt noch die
Transformationsgleichung, die ich erst später herleiten kann.
Deshalb muß ich zunächst strikt darauf achten, mein
Bezugssystem nicht zu wechseln und im Buch nachgucken gilt
nicht :smile:

oh verstehe ok :wink:

Hallo Peter,
dieses Thema ist schon ziemlich schwierig, um es in WWW zu diskutieren, aber ich versuche trotzdem nochmal meinen Standpunkt zu erklären, auch auf die Gefahr hin, daß ich mich wiederhole. Also bitte nicht böse sein :smile:

nein, naja, du misst die herzschlagfrequenz beider
Moessbaueratome (MB) mittels der beiden atomuhren neben ihnen
jeweils. du stellst zwar fest, dass die untere atomuhr und das
untere MB langsamer schlugen aufgrund der gravi, aber dass das
MB immer noch genauso schnell schlug mit respekt zur atomuhr,

soweit sind wir uns einig.

und atomuhren gehen immer gleich,

solange sie direkt nebeneinander stehen

dass sie auch der
zeitdilatation unterliegen ist eine auch eine andere wahrheit.

genau deswegen gehen sie ja nicht gleich, wenn sie nicht nebeneinander stehen.

tut es ja auch, nur nicht vor ort betrachtet. mithin ist es
prinzipiell egal, ob du den hoehenaufstieg wie beim stein oder
die zeitdilation zwischen zwischen den orten betrachtest,
denke ich.

für die Berechnung der Gravitationsrotverschiebung ist es
womöglich egal. Für weitergehende Überlegungen denke ich nicht

-)

hmmm fuer welche denn?

z.B. wenn ein altersschwacher Stern beim Gravitationskollaps einen großen Anteil seiner Masse in Energie umwandelt und in Form von Photonen abstrahlt, ist es schon wesentlich, ob die Photonen die Sternenoberfläche schon mit verringerter Masse verlassen haben oder ob die PhotonenEnergie/Masse im Gravitationsfeld „steckengeblieben“ ist. In letzterem Fall müßte man das Gravitationsfeld völlig anders berechnen, da sich ja ein wesentlicher Anteil der Sternenmasse in dessen Gravitationsfeld befände.

grrrr :wink: wir wiederholen uns.

wir müssen langsam aufpassen, daß wir uns hier keine temporale Anomalie erzeugen und uns in einer Zeitschleife verfangen :smile:)

du weisst aber auch warum der
masstab deines messgeraetes in der tiefe von oben anders
erscheint und dass er von unten auf gleicher hoehe wieder
genauso aussehen wuerde wie derjenige der just im moment in
der hoehe vor deiner nase schwebt.

ich versuche mal ein klassisches Analogbeispiel zu erklären:
Eine geeichte Möselmeier-Wurfschleuder wirft 1-kg-Eisenkugeln mit einer Geschwindigkeit von genau 10m/s weg. Jeder gebildete Mensch weiss also, dass Möselmeier-Kugeln eine kinetische Energie von genau 50 Joule haben. Nun stelle ich so eine Schleuder auf die Ladefläche eines LKWs und lasse diesen mit 5 m/s abfahren. Dabei schieße ich eine Kugel nach hinten weg, die ich sogleich mit einem auf dem Erdboden befestigten Möselmeier-Detektor wieder auffange um die kinetische Energie zu messen. Wie jeder leicht ausrechnen kann, messe ich dann eine Energie von nur 12,5 Joule. Gemäss Deiner und olivers Argumentation muß ich daraus nun schließen, daß die Möselmeier-Kugel auf ihren Weg von der Wurfschleuder zum Detektor 37,5 Joule „verloren“ hat, was natürlich im Widerspruch zum Energieerhaltungssatz stehen würde.
Das Problem löst sich erst auf, wenn ich mein Bezugssystem nicht wechsle. Stehe ich neben dem Detektor, stelle ich fest, daß die vermissten 37,5 Joule dazu genutzt wurden, den LKW zu beschleunigen und die Kugel nur mit 12,5 Joule abgefeuert wurde. Dabei weiss ich doch, daß die Möselmeier-Kugen genau 50 Joule haben muß… ???. Setze ich mich auf den LKW neben die Schleuder, stelle ich fest, daß die Kugel zwar mit 50 Joule abgefeuert wurde, was ja immer so sein muß, aber nur 12,5 Joule im Detektor absorbiert wurden, während die restlichen 37,5 Joule dazu genutzt wurden, die Erde ein Wenig zu beschleunigen. Ich muß sogar nicht einmal im gleichen Bezugssystem messen. Über die bekannten Galilei-Transformationen kann ich mir auch Messwerte von einem ins andere Bezugssystem „rüberholen“.
Um wieder auf das Photon zurückzukommen: Ich messe in unterschiedlichen Bezugssystemen unterschiedliche Energieen und kenne die Transformationsgleichung diesmal nicht. Deshalb darf ich bei meiner Betrachtung das Bezugssystem nicht wechseln. Sonst komme ich, wie im Fall der Möselmeier-Kugel, völlig unsinnige Ergebnisse.

potentielle energie erhoeht keine ruhemasse. hebe einen stein
auf ein haus und dur wirst keinen massenunterschied bemerken.
erst wenn du ihn fallen laesst wandelt sich potentielle in
bewegungsenergie um und diese koennte man wenn man wollte in
ruhemasse von ein paar neuen teilchen umformen.

Wie vereinbarst Du diese Aussage mit dem Massendefekt, der
eintritt, wenn ich einen Körper in ein Gravitationsfeld bringe

indem ich von ruhemasse rede und nicht von masse. naja das ist
jetzt kleinlich aber so meinte ich es.

Masse, die im Gravitationsfeld ruht, zähle ich auch zur Ruhemasse, wobei ich den Massendefekt konsequenterweise von der Ruhemasse abziehe.

jaja, ist schon klar, so habe ich das im Allgemeinen
eigentlich auch gemeint. In unseren speziellen Fall kenne ich
aber die Transformationsgleichung (noch) nicht. Deshalb muß
ich die Größen zunächst im gleichen Bezugssystem messen.
Später kann ich aus diesen Ergebnissen vielleicht eine
Transformation herleiten und somit auch die Meßwerte von
Meßgeräten aus anderen Bezugssystemen verwenden.

ja aber du misst doch auch in zwei systemen parallel, einmal
unten, einmal oben.

Ja genau, und diese Ergebnisse kann ich nicht wirklich miteinander vergleichen, weil sie aus unterschiedlichen Bezugssystemen stammen und ich die Transformationsgleichung nicht kenne.

wer hat schon die allgemeine rela-theorie verstanden?

Das frage ich mich auch :smile:

die
herleitung fuer die spezielle ist klassische mathemathik und
passt auf eine A4-seite.

Ja, das habe ich schon damals in der Schule ganz gut verstanden.

die allgemeine aber hui. da passe
selbst ich. und bock habe ich auch nicht *g*

Da wird’s aber erst richtig interessant.

ich denke wir 3 koennten aber die eigenzeit auf jeweiliger
hoehe ausrechnen und dann mit olis ansatz auf die richtige
„energieverlustformel“ kommen, muss dann so sein dass bei
aufstieg von scharzschildsphaere radial der verlust 1 wird.

Mit Schwarzschild stehe ich auf Kriegsfuß, aber dieses Thema will ich an dieser Stelle besser nicht weiter diskutieren :smile:

Jörg