Raumcon
Astronomie => Fragen und Antworten: Astronomie => Thema gestartet von: Keitaro am 16. Mai 2011, 05:52:17
-
Hallo zusammen,
ich habe mir mal die Frage gestellt: Hat Licht ein Gewicht?
Zu dieser Frage komme ich, da es ja theoretisch eins haben müsste um von der Imensen Gravitation eines Schwarzen Loches angezogen zu werden. Oder sehe ich das falsch?
Und wenn Licht ein Gewicht hat, besteht es denn aus einem Element mit einer Atommasse?
-
Hallo und willkommen bei uns,
diese Idee/Frage hatte ich früher auch mal, quasi "um so" die Gravitationswirkung der Dunklen Materie zu "erklären".
Aber, Gravitation geht erst mal nur von Objekten mit Ruhemasse aus. Photonen haben keine Ruhemasse. Sie haben Energie und Impuls, als "echte" und empirisch messbare Größen. Über den Impuls kann man ihnen, rein rechnerisch, eine träge (relativistische) Masse zuordnen, aber das ist quasi nur eine Rechengröße, ohne echte empirische Entsprechung.
Photonen werden auch nicht direkt (à la Newton) von Massen angezogen, sondern sie folgen der gekrümmten Raumzeit um ein massebehaftetes Objekt.
-
Tja, das Problem mit diesem Modell ist nur, dass die gekrümmte Raumzeit zwar das Phänomen der Gravoitation recht gut zu beschreiben scheint, aber keine Erklärung liefert, was Gravitation eigentlich ist.
Zur Frage nach "einem Element mit einer Atommasse": Unter einem Element versteht man einen Atomkern, bestehend aus mindestens einem Proton und in fast allen Fällen auch mindestens einem Neutron, in dessen Umgebung sich eine gewisse Anzahl Elektronen befinden (bei einem Ungleichgewicht Protonen - Elektronen ist das Element geladen und man spricht von einem Ion). Ein solches Element nimmt man beim Licht aber nicht an. Wie Schillrich schon gesagt hat, besteht das Licht aus speziellen Lichtteilchen, den Photonen, die eine Ruhemasse = 0 haben. Natürlich sind Photonen niemals ruhig, sondern immer in Bewegung. Wie neulich bereits diskutiert wurde, kann die relativistische Masse eines sich bewegenden Photons bei Vakuum-Lichtgeschwindigkeit paradoxerweise jeden beliebigen Wert annehmen zwischen null und unendlich. Mathematisch ist das alles völlig korrekt.
-
Also hat ein Photon keine Messbare Masse, die aber im Vakuum bei Lichtgeschwindigkeit einen Wer von zB. 100t annehmen kann?
Und die anzieheung des Lichtes von einem schwarzen Loch entsteht dadurch das dass Schwarze Loch den Raum krümmt und das Licht lediglich dieser Krümmung folgt?
Hab ich das jetzt so richtig verstanden?
-
Also hat ein Photon keine Messbare Masse, die aber im Vakuum bei Lichtgeschwindigkeit einen Wer von zB. 100t annehmen kann?
Im Prinzip ja. Elementarteilchen mit einer Ruhemasse (Masse bei v = 0) größer als Null ebenso wie größere Objekte werden bei Annäherung an die Lichtgeschwindigkeit immer schwerer und bei Erreichen wird die Masse sogar unendlich hoch. Daher erreichen solche Objekte eben auch keine Lichtgeschwindigkeit. Setzt man in die entsprechende Formel dagegen eine Ruhemasse von Null ein, ändert sich die Masse nicht, aber bei v = c ist das Ergebnis nicht definiert. Wie schwer (bei welchen Energiezuständen) ein sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegendes Photon werden kann, müsste dir jemand beantworten, der sich besser in der Physik auskennt. 100 t werden es aber wohl nicht werden. Die Masse eines fliegenden Photons hat mit seiner Energie zu tun, und die wiegt nun einmal nicht sehr viel. Da gilt dann wieder m = E / c2.
Und die anzieheung des Lichtes von einem schwarzen Loch entsteht dadurch das dass Schwarze Loch den Raum krümmt und das Licht lediglich dieser Krümmung folgt?
Hab ich das jetzt so richtig verstanden?
Korrekt! Man geht davon aus, dass der Lichtstrahl einer Geraden folgt, diese aber zusammen mit dem Raum gekrümmt wird. Es ist allerdings ein physikalisches Modell, mit dem sich Beobachtungen in der Natur gut erklären lassen. Es sind also andere Modelle denkbar, die die Gravitationswirkung anders beschreiben, und eine gute Erklärung für das Wirken der Gravitation liefert es auch nicht. Die gekrümmte Raumzeit beschreibt lediglich die Auswirkungen, und deshalb benutzt man diesen Ansatz. (Wenn man irgendwann das Wesen der Gravitation verstanden haben wird, mag sich das ändern - oder auch nicht.)
-
Super, danke für die gute Erklärung.
-
Licht hat keine Masse. Man darf die Formel E=mc^2 nicht falschverstehen: Die Energie, die ein Lichtquant traegt, ist einer bestimmten Masse aequivalent, es hat diese aber nicht. Aber unter bestimmten Umstaenden kann die Energie in die entsprechende Masse umgewandelt werden, zum Beispiel wenn ein Gammaquant zu einem Elektron-Positron-Paar reagiert (Paarbildung (http://de.wikipedia.org/wiki/Paarbildung_%28Physik%29).
-
Hi
Licht hat zwar keine Ruhemasse aber es doch irgendwie Masse.
Mir hat mal Jemand ein Experiment erzählt wo man das merkt.
Wenn ein Auto im Schatten steht wiegt es ein paar Gramm weniger als wenn Sonne draufscheint.
Das Auto wird sozusagen vom Strahlungsdruck schwerer gemacht.
Ein anderes Experiment war eine Scheibe mit einem Laser der Impulse nach unten aussendete, wobei die Scheibe zu hüpfen begann.
Gruß René
-
Hallo,
Strahlungsdruck ist kein Gewicht (Gravitation), sondern Impuls (Bewegungsgröße). Wie oben geschrieben: der Impuls der Lichtquanten ist sehr real und messbar. Die (äquivalente) Masse hingegen ist nur errechenbar ohne physikalische Realität.
-
Ich verstehe das nur nicht richtig.
Wenn ich mich von etwas abstoße, muss der Gegenstand eine gewisse träge Masse besitzen.
Sonst könnte ich mich ja nicht abstoßen.
mfG René
-
Es reicht tatsächlich ein Impuls, Masse ist nicht zwingend nötig
-
Hallo,
ich denke mal, wenn Photonen eine Masse hätten gäb`s ein Problem, wenn diese mit Lichtgeschwindigkeiten fliegen, was sie ja eigentlich tun.
Gruß Uwe
-
Woher weiss man denn, dass es keine Masse hat? Ergibt sich das nur aus mathematische Formel?
-
Hi
Ich habe heir mal einen interessaneten Artikel.
In Ihm wird gesagt, das energiereiche Strahlung etwas langsamer ist als Energiearme.
http://www.astronews.com/news/artikel/2009/10/0910-042.shtml (http://www.astronews.com/news/artikel/2009/10/0910-042.shtml)
Wenn das wirklich stimmen sollte, müßte man doch annehmen, dass Strahlung doch eine Masse hat.
Wenn auch nur eine minnimale.
Energiereiche Strahlung hätte dann etwas mehr Masse als energiearme und ist deshalb langsamer.
Wie kommt man denn eigendlich darauf dass c die maximale erreichbare Geschwindigkeit ist?
Vieleicht ist sie auch etwas höher und die Photonen erreichen die Maximale Geschwindigkeit garnicht.
Dann hätte man das Problem mit dem unendlich hohen Energieaufwand bei erreichen der Lichtgeschwindigkeit doch garnicht.
Gruß René
-
Hallo René,
hast du den Artikel auch gelesen? Und nicht nur Schlagworte aus dem Zusammenhang gerissen? Da steht genau das Gegenteil von deinem Schluss drin ...
Ich zitiere mal:
gelang es den Wissenschaftlern jetzt eine wichtige Aussage von Einsteins Relativitätstheorie zu überprüfen.
...
Und doch treffen die Photonen - unabhängig von ihrer Wellenlänge - in der gleichen Sekunde ein.
...
Die Beobachtungen bestätigen einmal mehr die Relativitätstheorie Einsteins - und werfen zugleich Probleme für Theorien auf, die eine quantenphysikalische Beschreibung der Gravitation versuchen.
...
...
Außerdem geht es bei der Vermutung, dass energiereiche (hochfrequente) Strahlung länger unterwegs wäre, nicht um Masse, sondern um eine mögliche/unterstellte feinkörnige Struktur der Raumzeit unterhalb der Planck-Länge, wodurch die Photonen diesen "Untergrund" spüren könnten.
Viele Ansätze für eine solche Quanten-Gravitation sagen voraus, dass der Raum auf kleinsten Skalen - der so genannten Planck-Länge von 10-35 Metern - eine schaumige oder körnige Struktur aufweist.
Diese Körnigkeit des Raumes könnte einen Einfluss auf die Ausbreitung elektrischer Strahlung haben: Je kleiner die Wellenlänge - also je höher die Energie - desto stärker würde die Strahlung die Struktur des Raumes spüren und dadurch langsamer werden.
... ::) :-X ...
-
Vieleicht hast du ja nicht bis zu Ende gelesen.
Dort steht: die Photonen mit der höchsten Energie trafen gerade einmal neun Zehntel einer Sekunde später als die Photonen mit niedriger Energie ein.
Das bedeutet, dass Photonen mit hohen Energien auf einer Flugstrecke von 7,3 Milarden Lichtjahren 0,9 Sekunden langsamer sind.
Eine feinkörnige Struktur der Raumzeit könnte das natürlich auch erklären.
Bisher gibts dafür aber keine Beweise
Für mich zählen nur die Fakten, also das was beobachtet wurde und nicht die Urteile und Interpretationen.
Ich habe ja auch gesagt dass die Masse und der Massenunterschied sehr gering sein müßte.
mfG
-
Es kann auch durchaus sein, dass bei diesem beobachteten Ausbruch hoch- und niederenergetische Gammastrahlen nicht zur exakt selben Zeit ausgesandt wurden (was u.a. eine Annahme für diese Experimente ist). Ach so kann man kleine Abweichungen erklären.
-
Wie kann Licht keine Masse haben, wie erklärt man dann Lichtdruck...? Und wie kann etwas existieren das keine Masse hat... Dann wäre es ja nicht da...?
-
Ich glaube, da mußt du dich gedanklich davon lösen, daß alles eine Masse haben muß.
In unserer Physik ist das überhaupt nicht notwendig.
Wellen existieren sehr wohl, und haben keinerlei Masse. Und dennoch transportieren sie Energie, und sind zweifelsohne da.
Eine Welle, und damit auch sichtbares Licht, transportiert die Energie h*f (planksches Wirkungsquantuum * Frequenz).
Und über Einsteins berühmte Formel ist diese Energie einer Masse äquivalent.
Und damit wiederum haben sie auch einen Impuls (m*v), und damit ist der Strahlungsdruck erklärbar den eine Welle ausübt. Also kein Problem.
Wellen und Massen sind in unserer Physik vollkommen gleichrangig.
Physik, oder unsere Welt in der wir existieren, hat noch viel mehr zu bieten, was etwas "spooky" ist.
Das ist ja das interessante an Physik....
-
Wie kann Licht keine Masse haben, wie erklärt man dann Lichtdruck...? Und wie kann etwas existieren das keine Masse hat... Dann wäre es ja nicht da...?
Frau Saskia Grunau von der Uni Oldenburg schreibt, dass Photonen zwar keine Ruhemasse, aber weil mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs doch eine sehr kleine bewegte Masse haben. 300 Millionen Photonen würden demnach die gleiche Masse wie ein einziges Proton oder Neutron haben.
Die Gesamtmasse des Lichts, das pro Tag die Erde erreicht ist damit aber immerhin 168 Tonnen. Die Masse des Lichts sorgt übrigens auch dafür, dass Photonen von der Schwerkraft beeinflusst werden.
https://www.uni-oldenburg.de/physik/studium/physik-studieren-in-oldenburg/was-sie-schon-immer/wie-schwer-ist-licht/ (https://www.uni-oldenburg.de/physik/studium/physik-studieren-in-oldenburg/was-sie-schon-immer/wie-schwer-ist-licht/)
-
Hätte Licht kein Gewicht, könnte es schwarzen Löchern entweichen
-
Hätte Licht kein Gewicht, könnte es schwarzen Löchern entweichen
Du hast Einstein und die Raumkrümmung nicht verstanden.
Ob mit oder ohne Masse, da kommt nichts raus.
-
Um vielleicht auch ein wenig Licht (weil es ja gerade um Licht ginge 8) ) in die Sache zu bringen...
Licht, oder besser Photonen, haben keine Ruhemasse.
Sie haben aber ein bestimmte Energie, da sie sich ja mit Lichtgeschwindigkeit bewegen.
Diese Energie hat aber nach E=mc2 (für relativistische Teilchen aber genaugenommen E2=m2c4+p2c2) ein Massenäquivalent.
Daher kann es auch Wirkungen wie Rückstoß erzeugen.
Beim schwarzen Loch gibt es ein weiters Problem. Das ist die Fluchtgeschwindigkeit.
Um sich von einem jedem anderen Körper, z.B. der Erde, zu entfernen braucht man eine Mindestgeschwindigkeit, die so genannte Fluchtgeschwindigkeit, sonst fällt man wieder darauf zurück.
Am schwarzen Loch, oder genauer am Schwarzschildradius des schwarzen Loches, übersteigt diese Fluchtgeschwindigkeit aber die Lichtgeschwindigkeit.
Also kommen auch Photonen nicht hinaus.
Und da es nichts schnelleres gibt als Photonen kommt also gar nichts raus.
O.k. Über Vakuumfluktuationen, am Ende die Hawkingstrahlung, dann doch ganz gering ein bißchen etwas, aber das ist ein anderes Thema.
-
Über Vakuumfluktuationen, am Ende die Hawkingstrahlung, dann doch ganz gering ein bißchen etwas, aber das ist ein anderes Thema.
Stimmt, leicht anderes Thema, aber Hawkingstrahlung entsteht ja AM Ereignishorizont (ein virtuelles Teilchen fällt rein, sein Zwilling entkommt), also entkommt auch hier kein Teilchen AUS dem Loch.
-
Von Neutrinos ist mittlerweile bekannt, dass diese eine extrem geringe Ruhemaße haben müssen. Kann jemand in wenigen Worten erklären, wie man bei Photonen eine noch viel geringere Ruhemasse ausschließt? Oder wären 0,000001 eV sogar möglich.
-
Von Neutrinos ist mittlerweile bekannt, dass diese eine extrem geringe Ruhemaße haben müssen. Kann jemand in wenigen Worten erklären, wie man bei Photonen eine noch viel geringere Ruhemasse ausschließt? Oder wären 0,000001 eV sogar möglich.
Das folgt daraus, dass es keine Minimal-Erzeugungsenergie für Photonen gibt/benötigt: Du kannst "massenweise" (ok, schlechtes Wortspiel) Photonen mit egal wie kleiner Gesamtenergie erzeugen.
-
.. Kann jemand in wenigen Worten erklären, wie man bei Photonen eine noch viel geringere Ruhemasse ausschließt? Oder wären 0,000001 eV sogar möglich.
Ich empfehle zB den Wikipedia-Eintrag zu "Photon". Dort steht u.a.:
"Wenn die Masse des Photons verschieden von Null wäre, dann würde sie sich durch verschiedene Folgen bemerkbar machen. Keine von ihnen ist bisher beobachtet worden. Die Genauigkeit der Experimente erlaubt die Aussage, dass eine eventuelle Photonenmasse in jedem Fall unter 10 − 18 e V / c 2 liegen muss, das ist der 10 27 ste Teil der Masse des Wasserstoffatoms."
Darunter folgen verschiedene Effekte, die bei einer von Null verschiedenen Masse von Photonen auftreten müssten, aber mit steigender Genauigkeit ausgeschlossen wurden.
-
.. Kann jemand in wenigen Worten erklären, wie man bei Photonen eine noch viel geringere Ruhemasse ausschließt? Oder wären 0,000001 eV sogar möglich.
Ich empfehle zB den Wikipedia-Eintrag zu "Photon". Dort steht u.a.:
"Wenn die Masse des Photons verschieden von Null wäre, dann würde sie sich durch verschiedene Folgen bemerkbar machen. Keine von ihnen ist bisher beobachtet worden. Die Genauigkeit der Experimente erlaubt die Aussage, dass eine eventuelle Photonenmasse in jedem Fall unter 10 − 18 e V / c 2 liegen muss, das ist der 10 27 ste Teil der Masse des Wasserstoffatoms."
Darunter folgen verschiedene Effekte, die bei einer von Null verschiedenen Masse von Photonen auftreten müssten, aber mit steigender Genauigkeit ausgeschlossen wurden.
"verschiedene Folgen" bzw. "verschiedene Effekte" (müsste korrekt wohl jeweils "unterschiedliche" heißen) sagt alles und nichts...
Ich empfehle den Artikel aber nicht, denn da steht dann Fachchinesisch wie "Falls Photonen Masse hätten, dann würde sich für das elektrostatische Feld einer Punktladung statt des Coulomb-Potentials ein Yukawa-Potential ergeben, also ein zusätzlicher exponentieller Abschwächungsfaktor.". Das ist sinnfrei in einer allgemeinverständlichen Enzyklopädie, ist mir aber speziell bei Physikthemen in der WP-DE schon oft aufgefallen; die Schreiberlinge sind nicht in der Lage, zumindest zu Beginn mal so zu formulieren, dass es jeder versteht. Und wenn man das auf der Diskissionsseite mal anmerkt, kommt so was Überhebliches wie "alle Fachbegriffe sind ja verlinkt" oder gar "schreib es doch besser"...
-
Wer komplexe Sachverhalte verstehen will, muss sich eben auf mehr als nur 'wenige Worte' einlassen.
-
Wer komplexe Sachverhalte verstehen will, muss sich eben auf mehr als nur 'wenige Worte' einlassen.
Es geht nicht um die Anzahl der Worte, sondern um die Verständlichkeit derselben auch für Laien.
Auch mit ein paar Semestern Physik(-Nebenfach) müsste ich nachschlagen, was damit gemeint ist, was die WP einem da um die Ohren haut. Nicht sachgerecht.
-
Danke für die Antworten. Also gibt es wie beim Protonenzerfall eine riesige bzw. minikleine Zahl, aber prinzipiell ist es nicht absolut ausgeschlossen?
(Zur Auflockerung: In einem RitterRostMusical meiner Kinder gab es in einem Lied die Textzeile:"Was hat Licht für ein Gewicht? - Blöde Frage, sag ich nicht!")
-
Nach Standardmodell gibt's verschiedene Austauschteilchen (Vektorbosonen) für die Grundkraefte.
Es gibt somit keine Erklärung, warum die starke Wechselwirkung und die Gravitation so stark vom Rest -- der elektroscheachen Wechselwirkung -- abweicht.
Das LHC im CERN zeigte keine SUSY-Teilchen oder Extradimensionen.
Photonen sind somit eher Modellteilchen und somit nicht völlig gesichert -- im Gegensatz zu Neutrinos und Elektronen, von denen selbst ein Bild erzeugt werden konnte.
Merkwürdig ist, daß Vektorbosonen masselos sind, während Higgs-Bosonen überhaupt erst Masse erzeugen.
Aber alles ist im Standardmodell bislang noch nicht 100% belegt -- alles noch hypothetisch
-
Nee; diese Ansammlung von Teilchenphysik-Schlagworten ist schon extrem vereinfachend und erklärt nicht viel.
Merkwürdig ist, daß Vektorbosonen masselos sind, während Higgs-Bosonen überhaupt erst Masse erzeugen.
Nicht das Higgs-Teilchen erzeugt die Masse, sondern das Higgs-Feld. Und das auch nur einen Bruchteil der beobachtbaren Masse; der weitaus größte Teil folgt schlicht aus der Energie des Teilchens via E=mc².
-
Das Standardmodell kann vieles nicht erklären.
Gerade Photonen bringen "geisterhafte" Phänomene hervor. Stichwort: "Durch die Wand Versuch".
Die Erklärung ist genauso mysteriös: Umwandlung von Photonen in Axionen und zurück. Nur eben: niemand konnte Axionen experimentell nachweisen.
Btw.: Wenn's Axionen und keine Antiaxionen gäbe und Axionen eine Ruhemasse haben sollten -- dann wäre sowohl die Erhaltung der Masse als auch die Erhaltung von Spin,... verletzt.
-
Das Standardmodell kann vieles nicht erklären.
und die anderen noch weniger
Gerade Photonen bringen "geisterhafte" Phänomene hervor. Stichwort: "Durch die Wand Versuch".
Die Erklärung ist genauso mysteriös: Umwandlung von Photonen in Axionen und zurück. Nur eben: niemand konnte Axionen experimentell nachweisen.
Btw.: Wenn's Axionen und keine Antiaxionen gäbe und Axionen eine Ruhemasse haben sollten -- dann wäre sowohl die Erhaltung der Masse als auch die Erhaltung von Spin,... verletzt.
Bei Star Trek nennt man das Technobabble.
-
Ich habe eine einfache Erklärung (die vielleicht falsch ist):
Eine Welle transportiert Energie und kann durchaus kinetische Effekte verursachen, dafür ist aber keine Masse erforderlich.
Z.B. Schall (ich weiß dass der Vergleich hinkt, für die Ausbreitung von Schall ist immer irgendein massebehaftetes Medium erforderlich, aber mir fällt nichts besseres ein):
Man kann die kinetischen Effekte eine Schallwelle leicht erkennen, z.B. wird vor einer laut spielenden Bassbox eine Kerze ausgeblasen, aber ein eigentlicher Transport von Luft findet nicht statt. Was wir als "Wind" vor einer Bassbox spüren sind lediglich Druckschwankungen.
Folglich hat Licht kein Gewicht und keine Masse (das ja schon aus der Relativitätstheorie erfolgt, da sich Licht mit Lichtgeschwindigkeit bewegt).