Grundsatzfragen der Physik ;-)

Danke : Na, da lag ich ja dann gar nicht so schlecht.
Aber gleichzeitig erhärten sich dadurch meine Fragen: Insbesondere eine Erklärung für b) ist mir unter diesen Rahmenbedingungen im Moment absolut schleierhaft ...

@ Earl_Grey: Wie bereits von Heiliger_Grossinquisitor geschrieben: Die Lichtuhr ist ein Gedankenexperiment, wie die meisten "Experimente" der Relativitätstheorie. Es geht hier nicht darum, ein Photon zwischen zwei Spiegel einzuschliessen und dann das Verhalten zu beobachten - es geht darum, zu überlegen, wie sich so ein Photon unter den Gesetzen der Relativitätstheorie verhalten müsste.

Sehen könnte man dieses Photon nicht: ein Mensch kann kein einzeles Photon sehen, da ist das Auge nicht empfindlich genug.

Ein Photon, welches zwischen Spiegeln hin- und herflitzt, kann sowieso niemand sehen, da man ja nur Photonen sehen kann, die "ins Auge" gehen. Und ein Photon gibt ja nicht etwa "seitlich Licht ab" oder so.

Wenn man es sehen würde, dann wäre es anschliessend "weg", also vom Auge absorbiert.

Es gibt noch viele Gedankenexperimente, die genauso unreal sind. Ein Beispiel: ein Skifahrer, der mit 0.5c durch eine Skihütte fährt, die zwei Türen hat, eine oben, eine unten. Die Hütte ist kürzer als seine Ski lang sind. Die obere Tür ist offen, die untere geschlossen. In dem Moment, in dem die Ski unten anstossen, öffnet sich blitzschnell die untere Tür und die obere schliesst sich. Aus sicht des ruhenden Beobachters (Hütten-Bezugssystem) funktioniert das, weil die Ski ja aufgrund der relativistischen Verkürzung kürzer als die Hütte sind, aber wie sieht das aus Sicht des Skifahrers aus? Hier ist ja die Hütte verkürzt - damit passen die Ski ja erst recht nicht rein.
Natürlich kann kein Skifahrer so schnell fahren (Gravitation, Reibung, ...), er würde keine Luft mehr bekommen, er könnte sich nicht auf den Ski halten, ...
Man bekommt die Türen nicht so schnell auf und zu, ...
Aber darum geht's nicht. Es geht darum, sich zu überlegen, wie das aus Sicht des Skifahrers aussieht, und wieso es ihm nicht hinten die Ski abschneidet, wenn sich die obere Tür schliesst.

Gruss Walter

Hallo Skeptisch,
dass es sich um ein Gedankenexperiment zur Relativitätstheorie handelt ist mir schon klar.
Mir stellten sich daraus abgeleitet - und haben deshalb nichts konkret mit den Hintergründen von Einsteins Lichtuhr zu tun, die und für was sie erdacht wurde interessiert mich (zumindest im Moment) gar nicht - o.g. grundsätzliche Fragen zum Thema "Licht/Photonen und ihr Verhalten an bewegten Spiegeln".
Und das sind IMO grundsätzliche Fragen aus der Realität ...

Nochmals konkret (und vergesst jetzt einmal dabei soweit möglich die Lichtuhr und die Relativitätstheorie, hier geht's um "Basics" ):
a) Wie erklärt sich Einfalls- = Ausfallswinkel beim Auftreffen von Photonen auf einen Spiegel (bzw. an eine Grenzfläche eines Mediums) auf Teilchenebene?
b) Warum/Wie "wandert" ein Photon (möglicherweise) mit einem bewegten Spiegel mit?
c) Wird der bewegte Spiegel dabei gegebenenfalls minimal abgebremst?

Earl_Grey schrieb:

a) Wie erklärt sich Einfalls- = Ausfallswinkel beim Auftreffen von Photonen auf einen Spiegel (bzw. an eine Grenzfläche eines Mediums) auf Teilchenebene? b) Warum/Wie "wandert" ein Photon (möglicherweise) mit einem bewegten Spiegel mit? c) Wird der bewegte Spiegel dabei gegebenenfalls minimal abgebremst?

a) Wenn es sich um ein einziges Photon handelt, so gilt (wie immer) die Impulserhaltung. Hier muss natürlich der Impuls mit berücksichtigt werden, der auf das Elektron übertragen wird.
Einfalls- = Ausfallswinkel kann mittels Interferenzen erklärt werden, wenn es sich um "Licht" handelt, also eine grosse Menge Photonen. Wenn man die Auftreffpunkte als Emissionspunkte betrachtet, und das zeitliche Verhalten berücksichtigt (welcher Teil der Wellenfront trifft wann auf), dann kann man sehen, dass sich alle Wellen, die nicht E=A entsprechen, auslöschen.
b, c) Natürlich kann Licht Materie bewegen, wenn Impuls übertragen wird. (Ich kann mich an ein Experiment mit einer Art Windrad erinnern, eine Seite der Rotorblätter war geschwärzt und eine nicht. Das Rad hat sich gedreht, wenn genügend Licht darauf gefallen ist.)
Aber wenn auf einen Spiegel von schräg links Licht einfällt, welches nach schräg rechts wieder abgestrahlt wird, so wird der seitliche Impuls natürlich bei der Absorption aufgenommen, und bei der Emission wieder abgegeben. Es findet also keine seitliche Bewegung statt. Etwas anderes ist es mit der Bewegung nach hinten. Hier wird sehr wohl Impuls dauerhaft auf den Spiegel übetragen. Drum werden die ja auch immer an der Wand befestigt

Gruss Walter

Skeptisch schrieb:

Drum werden die ja auch immer an der Wand befestigt

Muß jetzt aber erst kurz mal was arbeiten gehen, melde mich wieder.

Was ist da jetzt in Bezug auf die Erdrotation anders?

Angenommen es hätte Äther gegeben, dann hätte es dennoch kaum oder keine nennenswerte Interferenz gegeben da das Photon durch die Drehbewegung der Erde (und somit des Experimentalaufbaus) immer etwas gegen den Strom schwimmen würde, egal ob es nun vorwärts oder rückwärts fliegt. Der Effekt wäre weitaus geringer und somit schwerer feststellbar gewesen als der den die Vorwärtsbewegung der Erde um die Sonne auswirkt. Bedenke, die Erde wandert mit 30km/sec um die Sonne, rotieren um die eigene Achse tut sie nur mit ca. 460m/sec.

Wenn ich die Spiegel bewege bleibt das Photon davon unberührt: Einsteins Lichtuhr lässt sich nicht beschleunigen/abbremsen ohne sein Photon zu verlieren. Für das Gedankenexperiment müssen die Spiegel von Einsteins Uhr zuerst auf halbe LG beschleunigt werden und erst dann kann man (wieder) ein Photon im richtigen Winkel einschießen.

Nein, warum sollte das Photon verloren gehen? Und warum ausgerechnet halbe LG? Wenn das Photon stur an seiner Position im Raum beharrt und nur dort auf und ab springt verlöre die Uhr es bei jeder Geschwindigkeit. Aber dann müßte das Photon ja irgendwie an seine Position gebunden/gekoppelt sein, es wäre nichtmehr Teil des Uhrsystems, es müßte vom Raum an seiner Position festgehalten werden, irgendetwas müßte auf das Photon einwirken.

Eins haben wir/ich bislang vergessen bei der Lichtuhr, sie muß sich mit konstanter Geschwindigleit bewegen, dann bildet sie mit dem Photon ein geschlossenes Bezugssystem.


Alles andere zur Reflektion usw. habt Ihr beide ja schon angeschnitten. Weiterführendes erfährst Du in der "QED des Lichts" (Feynman läßt grüßen), aber gleich vorneweg, da erfährst Du noch weitaus verwirrendere Sachen über das Licht welche aber real sind.

Warum/Wie "wandert" ein Photon (möglicherweise) mit einem bewegten Spiegel mit?

Diese Frage läßt sich ohne Relativitätstheorie nicht beantworten (Bezugssystem).

Achja, zum Thema Lichtuhr:

http://www.faz.net/s...common~Scontent.html

Immerhin konnten die Photonen für mehrere Milliarden Reflektionen zwischen den Spiegeln gehalten werden (eigentlich ne Lichtuhr) ehe sie allmählich absorbiert wurden. Wären die Reflektionen stets total gewesen würden einige immer noch hin und her sausen.

Woher weiß das "angeregte" Atom wann es ein zentral auf sich treffendes Photon in die selbe Richtung zurückwerfen soll oder aber in einem bestimmten, vordefinierten Winkel?
Das kann es doch maximal aus seinen Nachbaratomen ableiten (Evtl. gemeinsame Elektronenhülle?).

Skeptisch schrieb:

Ich kann mich an ein Experiment mit einer Art Windrad erinnern, eine Seite der Rotorblätter war geschwärzt und eine nicht. Das Rad hat sich gedreht, wenn genügend Licht darauf gefallen ist.

Lichtmühlen (?) - Die basieren meines Wissens auf Wärme-(differenz-)Effekte dunkle/helle Rotoren und nicht auf einem "Impuls-Antrieb" - kann mich aber auch irren.

Eins haben wir/ich bislang vergessen bei der Lichtuhr, sie muß sich mit konstanter Geschwindigleit bewegen, dann bildet sie mit dem Photon ein geschlossenes Bezugssystem.

Jo - denn sonst:
"Wie Einsteins Lichtuhr ihr Photon verliert" (Beschleunigung der Spiegel nach rechts):

Könnt Ihr im Übrigen selbst ausprobieren:
Kofferraumhaube vom Auto öffnen, Euch selbst reinstellen. Frau ans Steuer setzen. Sanft beschleunigen, dann Geschwindigkeit konstant halten. Jetzt springt Ihr hoch und landet - wenn Ihr's richtig gemacht habt - wieder wohlbehalten im Kofferraum.
2. Versuch:
Wieder Kofferraumhaube vom Auto öffnen, wieder Euch selbst reinstellen. Diesmal noch nicht gleich losfahren. Ihr springt zuerst ganz dolle hoch und gerade wenn Ihr am Abheben seid gibt Eure Frau Vollgas. wenn Ihr's auch hier richtig gemacht habt landet Ihr zwar auf dem Hosenboden aber wenigstens ist Eure Frau ist weg.
3. Versuch:
Wenn es beim zweiten nicht richtig geklappt hat: Wieder hinten reinstellen, Frau fährt langsam los. Auf Kommando springt Ihr wieder ganz dolle hoch und gleichzeitig gibt Eure Frau Vollgas ... Jetzt sollte sie weg sein . Falls es wieder nicht funktioniert hat: Nochmal zum Üben bei 2. anfangen.

LSD des Lichts? Werde ich mir das einmal reinpfeifen.

EDIT:@Heiliger_Grossinquisitor: Wie schätzt Du denn das Michelson-Morley Experiment in seiner Interpretation als "unumstößlicher Beweis der Nicht-Existenz des Äthers" jetzt letztendlich ein?
Was wäre z.B. als Ergebnis herausgekommen gäbe es einen Äther der die Erde in Süd-Nord-Richtung mit genau 460m/sec überstreift?

Woher weiß das "angeregte" Atom wann es ein zentral auf sich treffendes Photon in die selbe Richtung zurückwerfen soll oder aber in einem bestimmten, vordefinierten Winkel? Das kann es doch maximal aus seinen Nachbaratomen ableiten (Evtl. gemeinsame Elektronenhülle?).

Das sind einfach geometrische Gesetze, da gibts nix zu wissen.

Lichtmühlen (?) - Die basieren meines Wissens auf Wärme-(differenz-)Effekte dunkle/helle Rotoren und nicht auf einem "Impuls-Antrieb" - kann mich aber auch irren.

Genau, der Effekt das Licht anschieben würde ist bei diesen Mühlen eine Täuschung, in Wahrheit beruht es auf Temperaturunterschiede zwischen den hellen und dunklen Flächen die ihrerseits die dünne Luft in den Glaskolben erwärmen und somit eine Art Rückstoß erzeugen wenn diese Luft von den dunklen Flächen wegströmt.

Dennoch übermitteln Photonen einen Impuls, je höher deren Energie desto höher der Impuls (siehe UV, Röntgen oder gar Gammaquanten die sogar Moleküle zerschlagen können).
In der Raumfahrt denkt man ja auch an Reisen mittels Lichtsegeln, die durch den Druck der solaren Photonen oder eventuell extrem starker Laser angetrieben werden.
Da diese Drücke logischerweise relativ gering sind bräuchte man aber riesige Lichtsegel um ein tonnenschweres Raumfahrzeug zu bewegen, gleichzeitig muß das Segel dabei so wenig wie möglich wiegen (ist aber technisch kein Problem, entsprechende Folien gibt es sehr stabil und nur wenige Mykro dick).
Das ganze ist aber prinzipiell technisch möglich.

Könnt Ihr im Übrigen selbst ausprobieren: Kofferraumhaube vom Auto öffnen, Euch selbst reinstellen. Frau ans Steuer setzen.

WIE BITTE? Ich bin doch nicht Lebensmüde

EDIT:@Heiliger_Grossinquisitor: Wie schätzt Du denn das Michelson-Morley Experiment in seiner Interpretation als "unumstößlicher Beweis der Nicht-Existenz des Äthers" jetzt letztendlich ein?

Ich sehe die Sache damit als bewiesen an. Mitlerweile ist man im stande den Versuch mit weitaus größerer Genauigkeit zu machen wie damals, und auch mit anderen Wellenlängen wo Interferenzen weitaus früher zu sehen sind, und nichts hat sich ergeben.
Zumal damit ja nur die später entstandene Relativitätstheorie in einigen Punkten bestätigt wurde, welche trotz mancher Fehler und noch bestehender Ungewissheiten momentan immer noch die beste Theorie ist um den makroskopischen Kosmos zu beschreiben, und das im Unterlicht- sowie Lichtgeschwindigkeitsbereich.

Was wäre z.B. als Ergebnis herausgekommen gäbe es einen Äther der die Erde in Süd-Nord-Richtung mit genau 460m/sec überstreift?

Das wäre irrelevant denn wenn es Äther geben würde dann würde die Erde ihn dennoch mit 30km/sec durchpflügen auf ihrem Weg um die Sonne, da machen 460m/sec Quer"schub" durch den Äther nichts aus, der andere Effekt überwiegt immer noch um den Faktor 65.
Es hätte lediglich auch bei den horizontalen Lichtstrahlen (horizontal also in Bewegungsrichtung um die Sonne) eine minimale Diagonaldrift gegeben so wie man sie auch für die senkrechten Strahlen des Experiments vorhergesagt hatte.

Bedeutet hätte dies lediglich das sich unser Sonnensystem mit 460m/sec durchs All driftet, in Wahrheit kreist unser Sonnensystem mit 300km/sec ums Zentrum unserer Galaxie.

LSD des Lichts? Werde ich mir das einmal reinpfeifen

Mach das, das Dokument ist aber nur ein grober Anriß der QED, also nicht gleich alles auf den Kopf stellen danach, diese paar Seiten sagen wenn nur oberflächlich was aus.

Das wäre irrelevant denn wenn es Äther geben würde dann würde die Erde ihn dennoch mit 30km/sec durchpflügen ...

Jo .

Dennoch übermitteln Photonen einen Impuls, ...

In Ergänzung zur Begründung von Skeptisch, warum man Spiegel an die Wand hängt: Ich weiß jetzt auch endlich warum es mich immer nach hinten umhaut sobald ich meine Taschenlampe anknipse - Das ist der Rückstoß.

Mach das, das Dokument ist aber nur ein grober Anriß der QED, also nicht gleich alles auf den Kopf stellen danach, diese paar Seiten sagen wenn nur oberflächlich was aus.

Ich habe Deinen Tipp nur als Buch zum Bestellen gesehen (Werde ich mir tatsächlich einmal holen, klingt interessant) - Für auf die Schnelle war das IMO noch die beste Quelle. Oder gibt's das Original irgendwo direkt im Netz?

Das sind einfach geometrische Gesetze, da gibts nix zu wissen.

Zur Beantwortung der Frage "Wie" ja, aber zur Beantwortung des "Warums" nicht ausreichend: Betrachte einmal nur das angeregte Atom und vergiß die anderen außenherum: Das Atom ist sozusagen ein Punkt (der des Auftreffens) -> Unser Geometrieverständnis ist nur bei mehreren Atomen nebeneinander (= Linie) anwendbar. Für einen Punkt (das Atom) trifft in beiden/allen Fällen ein Photon stets mitten in sein Herz. Es "antwortet" aber einmal so und einmal so ... Was steckt dahinter?

Nochmal zur Lichtuhr: Um die zu beschleunigen muß ich zuerst die Spiegel auf die gewünschte Geschwindigkeit bringen und kann dann erst das Photon einschießen (ansonsten purzelt's raus). Das darf dann aber auch nicht im 90 Grad-Winkel zur Bewegungsrichtung geschehen (Photonen sind trägheitslos und nehmen deshalb die Querbeschleunigung nicht mit) sondern der Einschuß-Winkel muß auf die (konstante) Geschwindigkeit abgestimmt werden - Richtig?

Ich bin doch nicht Lebensmüde

Heiliger_Grossinquisitor schrieb:

Genau, der Effekt das Licht anschieben würde ist bei diesen Mühlen eine Täuschung, in Wahrheit beruht es auf Temperaturunterschiede zwischen den hellen und dunklen Flächen die ihrerseits die dünne Luft in den Glaskolben erwärmen und somit eine Art Rückstoß erzeugen wenn diese Luft von den dunklen Flächen wegströmt.

Jein. Das stimmt, wenn sich die "Mühle" in einem Gas befindet.
Man kann das Ganze aber auch im Vakuum machen, und dann dreht tatsächlich der Lichtimpuls die Mühle (und auch noch andersrum).

Earl_Grey schrieb:

Zur Beantwortung der Frage "Wie" ja, aber zur Beantwortung des "Warums" nicht ausreichend: Betrachte einmal nur das angeregte Atom und vergiß die anderen außenherum: Das Atom ist sozusagen ein Punkt (der des Auftreffens) -> Unser Geometrieverständnis ist nur bei mehreren Atomen nebeneinander (= Linie) anwendbar. Für einen Punkt (das Atom) trifft in beiden/allen Fällen ein Photon stets mitten in sein Herz. Es "antwortet" aber einmal so und einmal so ... Was steckt dahinter?

Jetzt wird's langsam schwierig. Wir wollen doch hier kein Physikstudium ersetzen, oder? Vergiss solche Dinge wie "Atom" und "mitten in sein Herz". Atome haben kein Herz.
Quantenmechanik ist nicht anschaulich und so schön makroskopische Vergleiche manchmal sind - sie können auch auf eine völlig falsche Fährte führen.
Die geometrische Optik bietet mit dem Wellenmodell eine sehr schöne Erklärung für die Reflektion: die einfallenden Photonen regen die Atome an. Diese senden Wellen aus. In allen Richtungen ausser der "richtigen" kommt es zu destruktiven Interferenzen, so dass tatsächlich nur die "richtig" reflektierte Welle übrig bleibt. Das kann man mit einem Zirkel ganz nett zeichnen, gitb's vielleicht sogar irgendwo im Web.


Auf ein einzelnes Teilchen bezogen gilt, wie bereits geschrieben, die Impulserhaltung, so wie bei der "Reflektion" eines Balles an einer Wand. Da gilt dann auch Einfallswinkel = Ausfallswinkel. Und wenn man zu scharf schiesst, dann fällt die Wand um. Bei einem einzelnen Teilchen gilt aber auch die Quantenmechanik und um wirklich zu wissen, was hier passiert, müsste man die Wellenfunktion berechnen. Das führt hier aber wirklich zu weit. In dem von Dir angeführten Artikel steht ja eine Einführung in Pfadintegrale, damit geht das.


Lichtuhr: in diesem Experiment gibt es keine Beschleunigung. Die spezielle Relativitätstheorie behandelt nur unbeschleunigte Systeme. Wenn ihr beschleunigen wollt, so müsst ihr die allgemeine Relativitätstheorie bemühen. Aber ohne mich .
Experimente mit "gefangenen" Photonen könnte man m.E. mit einem halbdurchlässigen Spiegel machen, also einem, der in eine Richtung durchlässig ist (um die Photonen "einzuschiessen"), und in die andere undurchlässig (damit's nicht wieder herauskann). Der andere Spiegel kann ganz normal undurchlässig sein.


Wenn Dich das wirklich interessiert, dann würde ich z.B. den Gerthsen empfehlen. Es gibt aber auch jede Menge Online-Material, u.A. Wikipedia.


Gruss Walter

Wir wollen doch hier kein Physikstudium ersetzen, oder?

Mit abschließendem Diplom?
Ernsthaft: Aus meiner Sicht ist "auf populärwissenschaftlichem Niveau" hier völlig angemessen (z.B. Formeln wären mir persönlich "Too Much").

In dem von Dir angeführten Artikel steht ja eine Einführung in Pfadintegrale, damit geht das.

Danke - Wußte ich gar nicht (weder das eine noch das andere ;)).
Aber ich habe Dich da richtig verstanden:
Darüber kann man bei quantenmechanischer Betrachtung (sprich auf Teilchenebene mit Absorption und anschließender ...) Einfallswinkel = Ausfallswinkel erklären?

Andere Frage: Kann man die Polarisation eines Lichtstrahls/Photons ändern/beeinflussen? (Anmerkung: Mir geht es explizit nicht um Filtern sondern um Veränderung)

Atome haben kein Herz.

Meine schon - und noch mehr: Bei Ihnen verbirgt sich unter einer harten Schale ein weicher Kern.

Earl_Grey schrieb:

Aber ich habe Dich da richtig verstanden: Darüber kann man bei quantenmechanischer Betrachtung (sprich auf Teilchenebene mit Absorption und anschließender ...) Einfallswinkel = Ausfallswinkel erklären? Andere Frage: Kann man die Polarisation eines Lichtstrahls/Photons ändern/beeinflussen?

Also - ich geb's zu: Dein Bild mit dem Herz war nicht völlig falsch.
Quantenmechanisch gilt zwar auch die Impulserhaltung, aber das Photon kann auch Impulskomponenten "parallel" zum Spiegel an das Atom abgeben - was ein Ball bei einer i.d.R. massiven Wand nicht kann. Damit gilt für ein einzelnes Photon nicht notwendig E=A.
Bei einzelnen Photonen bricht die geometrische Optik zusammen, hier kann nur noch eine Wahrscheinlichkeit für bestimmte Streuwinkel ausgerechnet werden, die sogenannte Streumatrix: mit welcher Wahrscheinlichkeit wird ein Photon um welchen Winkel gestreut. In Summe, d.h. bei vielen Photonen, also bei "Licht", ergibt das dann die Gesetze der geometrischen Optik, weil eben bei der Streuung an den Atomen eines Spiegels die Reflektion mit E=A die wahrscheinlichste ist.

Die geometrische Optik bricht übrigens schon viel früher zusammen, Beugung, z.B. am Spalt, aber auch an den Rändern von Linsen, kann sie nicht beschreiben. Eigenlich kann sie nur "unendliche" Objekte, also unendlich grosse Spiegel, unendlich grosse Linsen etc. beschreiben. Für viele Effekte reicht das, insbesondere für Gedankenexperimente zur Relativitätstheorie , aber wer sich mit Photographie beschäftigt, weiss, dass Beugungseffekte von Objektiven sehr schwierig (und teuer) zu bekämpfen sind.

Filtern ist auch nichts anderes als Absorption und Emission an den Atomen des Filters, nur im Gegensatz zur Reflektion diesmal mit einer anderen Streumatrix, also mit anderen Wahrscheinlichkeiten bezüglich des Streuwinkels; hier ist die Streuung in Vorwärtsrichtung wahrscheinlicher als die in Rückwärtsrichtung. Damit können Photonen mit einem gewissen Spin (=Polarisation) absorbiert werden, den Spin (als Drehimpuls) dabei an die Atome des Filters übertragen und Photonen mit einem anderen Spin emittiert werden.

Gruss Walter

THX

Quantenmechanisch gilt zwar auch die Impulserhaltung, aber das Photon kann auch Impulskomponenten "parallel" zum Spiegel an das Atom abgeben - was ein Ball bei einer i.d.R. massiven Wand nicht kann. Damit gilt für ein einzelnes Photon nicht notwendig E=A.

Wie kann dann Einsteins Lichtuhr überhaupt (theoretisch) funktionieren?
Nicht nur, dass man sie nicht bewegen darf - Nein, jetzt macht auch noch das Photon was es will.

'Mal was anderes: Materie im All hat ja die Tendenz "zusammenzuklumpen" und sphärisch-symmetrische Gebilde (Planeten, Sonnen, ...) auszubilden bzw. sich in Scheiben (Sonnensysteme, Galaxien, ...) anzusammeln.
Die Bildung sphärisch-symmetrischer Gebilde ist mir auf Grund der Gravitation klar. Ebenso, dass diese in der Regel um eine feste Achse rotieren (z.B. Verhalten Billardkugel bei beliebigen Stoß mit Queue - entspricht Auftreffen von Materie).
Die daneben "bevorzugte" Scheibenbildung leitet sich IMO bei Explosionen (Supernova o.ä.) aus der Rotation und einhergehenden Fliehkräfte ab (? - obwohl so eine kräftige Explosion ...).
Allerdings andersherum ("Materie/Staub sammelt sich langsam an") kann ich mir diese Scheibentendenz im dreidimensionalen Raum nicht ganz erklären - zumal diese Ansammlungen meistens ja auch noch rotieren.
Sind das Auswirkungen von "Schwerkraft-Schlieren" der zentralen Masse im Zentrum? Allerdings wirkt die Schwerkraft des Massezentrums doch in alle Richtungen des Raums gleich - Hmmmm.

Earl_Grey schrieb:

Wie kann dann Einsteins Lichtuhr überhaupt (theoretisch) funktionieren?

Das ist ein *****Gedankenexperiment*****.
Das ist ein *****Gedankenexperiment*****.
Das ist ein *****Gedankenexperiment*****.
Das ist ein *****Gedankenexperiment*****.
Das ist ein *****Gedankenexperiment*****.

Wenn wir *annehmen*, dass ein Photon jedesmal in geeigneter Weise re-emittiert wird (und das ist zwar vielleicht nicht wahrscheinlich, aber wenn wir's oft genug probieren, dann wird's schon passieren, es gewinnen ja auch Leute im Lotto, obwohl's nicht wahrscheinlich ist) dann haben wir die berühmte Lichtuhr. Und es geht hier nicht darum, sie zu beschleunigen, sondern es geht darum, festzustellen, wie die Bahn des Photons für einen "ruhenden" Beobachter aussieht und wie sie für einen gleichförmig bewegten Beobachter aussieht. Obendrein denkt niemand daran, das Experiment durchzuführen. Das ist auch nicht wichtig. Diese Lichtuhr ist ein Bild, mit dessen Hilfe man sich überlegen kann, wie das mit der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit usw. ist.
Sie muss dazu nicht quantenmechanisch "funktionieren".

Zu der Zeit, als Einstein das beschrieben hat, steckte die Quantenmechanik in den Kinderschuhen, d.h. die quantenmechanische Beschreibung war damals nicht bekannt.

Und: man *darf* sie bewegen. Nur nicht beschleunigen.
Und das hat nix mit der Quantenmechanik zu tun sondern mit der Relativitätstheorie. Die spezielle Relativitätstheorie, um die es hier geht, beschreibt unbeschleunigte Systeme. Nix anderes. Das heisst nicht, dass es für beschleunigte Systeme nicht auch eine Theorie gäbe. Die gibt es: die allgemeine Relativitätstheorie.

Earl_Grey schrieb:

Allerdings andersherum ("Materie/Staub sammelt sich langsam an") kann ich mir diese Scheibentendenz im dreidimensionalen Raum nicht ganz erklären - zumal diese Ansammlungen meistens ja auch noch rotieren.

Welche Form sollte diese Materie denn sonst haben? Sie muss um das anziehende System rotieren (Drehimpulserhaltung) und sie wird durch Gravitationskräfte angezogen. Stell' Dir ein Kettenkarusell im Weltall vor - da würden die Sitze auch in einer Ebene [f]liegen. Ein "Teilchen" ausserhalb der Scheibe würde durch die Gravitation in die Scheibe gezogen: Die Gravitationskraft wirkt zentral zum Schwerpunkt, die Fliehkraft senkrecht von der Rotationsachse weg. Wenn Du die Gravitationskraft jetzt aufteilst (Kräfteparallelogramm, siehe "Beispiel") in eine Komponente (anti)parallel zur Fliehkraft und eine senkrecht dazu, dann wird die eine Komponente von der Fliehkraft kompensiert und die andere Komponente zwingt das Teilchen in die Scheibe.

Akkretionsscheibe (und viele mehr, google einfach nach Accretion Disk.

Gruss Walter

Das ist ein *****Gedankenexperiment*****.

Ach so, sag's doch gleich: Gedankenexperimente müssen also gar nicht funktionieren.
Ernsthaft: Mir ist durchaus bewußt was es grob mit den Hintergründen der Lichtuhr auf sich hat. Ich kann mir nur zuweilen ( ) die ein oder andere spitze Anmerkung nicht verkneifen - die ist aber weder böse noch persönlich gemeint.
Und mit der Kritik an meiner Feststellung "bewegen" liegst Du völlig richtig - Hier muss man doch schon verdammt mit seiner Wortwahl aufpassen .

Akkretion - Das ist es was ich meine :hail. Wenn das "Zeugs außenherum" erst einmal das Rotieren angefangen hat sind die von Dir genannten Auswirkungen logische Konsequenzen - Aber wie kommt es da dazu?
Ich schau' einmal unter Deinen Stichwörtern nach.

Die Akkretion stellt sich zwangsweise ein durch das zuströmen von Materie ins Zentrum.
Irgendwann strömt von einer Richtung mehr als aus der anderen und gibt einen Impuls der sich langsam aber stetig immer weiter aufbaut.
Ebenso entstehen solche Scheiben wenn z.B. Materie auf einen Stern oder besser Protostern fällt. Ein Stern rotiert ja und somit folgt die Materie langsam aber stetig beim Absturz dieser Rotation, und dieser Impuls wird ebenfalls allmählich weitergegeben.
Magnetfelder sind ebenfalls Ursachen, vor allem z.B. bei schwarzen Löchern spielen enorme Magnetfelder einer Rolle die durch die einströmende Materie (vor dem Ereignishorizont existiert ja nur mehr Plasma) selbst erzteugt werden (Quelle der Jets).
Wenn sich mal in einer Ebene etwas mehr Materie gesammelt hat ist deren gravimetrisches Potenzial größer (selbst wenns nur minimalst ist, dauert halt etwas länger dadurch), und langsam aber sicher sammelt sich Materie in dieser Ebene, und je mehr Materie in der Ebene umso stärker wird der Rest angezogen, durch das zuströmen baut sich der Drehimpuls immer weiter auf usw.

Das alles im Zusammenspiel ergibt langsam aber sicher Akkretionsscheiben, es geht ja nicht von heut auf morgen, wir reden hier ja von millionen von Jahren. Dadurch das die Materie im Zentrum schneller rotiert als am Rand wird der Drehimpuls immer weiter nach aussen getragen, so entstehen letztlich z.B. protoplanetare Sternsysteme die weitaus größer sind als wenn das Sonnensystem mal fertig ist bzw. so riesige Strukturen wie Spiralgalaxien (bei Spiralgalaxien werden in der Regel die Arme übrigends nicht nachgezogen wie man es vllt. beim Anblick der Bilder bzw. aus alltäglich bekanntem glauben möchte bzw. kennt, sie führen die Drehbewegung an!).

Sehe ich das richtig dass sich die Scheibe immer/meist axialsymmetrisch zur rotierenden Zentralmasse ausbildet und die Rotationen in der Regel gleichgerichtet sind?

("Ungleiches" Zuströmen könnte schließlich auch von oben oder unten erfolgen und eine nicht-axialsymmetrische "rotierende Scheibe" die Folge sein)

Inwieweit Magnetfelder eine Rolle spielen? Hmmm, das Magnetfeld einer sphärisch-symmetrischen Masseansammlung (Sonne, Schwarze Löcher, ...) sollte sich IMO durch die Rotation nicht ändern (siehe "Nachbar-Thread" ). Es könnte aber fluktuieren (-> Sonnenflecken) und damit zufallsabhängig auf die umgebende Materie wirken (-> Scheibe = Zufall).

Einströmende Materie induziert Magnetfelder ...
Eisen kommt recht häufig vor (Das hatten wir doch schon in einem anderen Zusammenhang ) und folgt diesen Feldern, dann wirkt zusätzlich die Gravitation ... Magnetfelder einströmender Materie könnten IMO die Arme erklären ...

bei Spiralgalaxien werden in der Regel die Arme übrigends nicht nachgezogen wie man es vllt. beim Anblick der Bilder bzw. aus alltäglich bekanntem glauben möchte bzw. kennt, sie führen die Drehbewegung an!

Dass ist (wie Du es schon andeutest) irritierend: Ein "saugender Wasserstrudel" dreht schließlich genau andersherum - Sonderbar.

Earl_Grey schrieb:

Hmmm, das Magnetfeld einer sphärisch-symmetrischen Masseansammlung (Sonne, Schwarze Löcher, ...) sollte sich IMO durch die Rotation nicht ändern (siehe "Nachbar-Thread" ).

In dem von mir angegebenen Link steht ziemlich weit unten

Die Magnetfeldlinien werden nun korkenzieherartig durch die Rotation außen entlang der Rotationsachse miteinander verdrillt.

Diese Magnetfelder befinden sich ja nicht im leeren Raum, sondern in magnetischen Plasmen, die sich bewegen, und das Magnetfeld beeinflussen. Google nach "Kerrsche Löcher" und Du wirst mehr finden, als ich weiss und vielleicht auch mehr, als Dir lieb ist.

Das mit dem ungleichen Zuströmen habe ich nicht kapiert.


Da: Abenteuer Universum - Forum kann Dir zu diesen Themen wahrscheinlich besser geholfen werden als hier.

Gruss Walter

Skeptisch schrieb:

Google nach "Kerrsche Löcher" und Du wirst mehr finden, als ich weiss und vielleicht auch mehr, als Dir lieb ist.

Das hier sieht auf den ersten Blick gut aus - Werde mich einmal reinlesen (Auf S. 30 steht z.B. auch was von Magnetismus im Sinne von Abremsung).
Auf jeden Fall: Kerrsche Löcher = Rotierende schwarze Löcher, zwingen ihrer Umgebung (=Raum-Zeit) ihre Rotation auf ...
Dem steht IMO aber die vom Inquisitor eingebrachte Bewegungsrichtung der Spiralarme entgegen - Ich weiß nicht wie Ihr das seht: Ich finde diese "Denksportaufgabe" damit höchst interessant.

Das mit dem ungleichen Zuströmen habe ich nicht kapiert.

Ich tendiere aktuell das ähnlich wie magnetische Einflüsse einzuordnen: Auswirkungen in Form von beobachtbaren Inhomogenitäten der Scheibe denkbar, als Anstoss zur Rotation (eher) Nein.

Da: Abenteuer Universum - Forum kann Dir zu diesen Themen wahrscheinlich besser geholfen werden als hier.

Habe einmal reingeschaut: Da ist ja beim Einstieg ein inhaltlich passendes Unterforum auszuwählen. Das sehe ich als ein Problem an:
Dazu müsste ich ja zuerst einmal strukturiert denken (können).;)
(Ich schau's mir aber trotzdem einmal an)

Diese Magnetfelder befinden sich ja nicht im leeren Raum, sondern in magnetischen Plasmen, die sich bewegen, und das Magnetfeld beeinflussen.

Genau so ist es.

Ein sehr aktives schwarzes Loch hat eine enorme Plasmascheibe um sich herum welche durch Rotation und Reibung entsprechende Magnetfelder erzeugt, diese werden durch die Rotation "verdrillt" und können mitunter einen Tunnel bilden der in diesem Fall wie ein gigantischer Teilchenbeschleuniger wirkt.
Auf die Art wird ein Teil der vom schwarzen Loch angesaugten Materie noch vor dem verschlucken über Jets wieder abgestrahlt, diese Jets entstehen oben und unten senkrecht zur Akkretionsscheibe.

Entsprechende Beispiele gibt es genug, das bekannteste, Galaxie M87 (eine enorm massereiche eliptische Galaxie) erzeugt zwei nahezu lichtschnelle Jets von je 100000 Lichtjahren länge!!

Noch gewaltiger wirds bei Quasaren, das sind besonders aktive Galaxien mit schwarzen Löchern von mehreren milliarden Sonnenmassen im Zentrum.

Einströmende Materie induziert Magnetfelder ...

Nein sofern kein Plasma oder geladene Teilchen dabei sind, Erklärung siehe Absatz oben. Das Bezog sich jetzt auf so kompakte Objekte wie z.B. schwarze Löcher, oder Doppelsternsysteme wo ein Begleiter vom anderen Materie abzieht, da können Magnetfelder materiebündelnd wirken wenn sich Plasma gebildet hat, nicht aber auf Galaxienbildung oder protoplanetare Scheiben. Da spielt die Gravitation eine Hauptrolle.

Eisen kommt recht häufig vor (Das hatten wir doch schon in einem anderen Zusammenhang ) und folgt diesen Feldern, dann wirkt zusätzlich die Gravitation ... Magnetfelder einströmender Materie könnten IMO die Arme erklären ...

Nein, Eisen hat damit überhaupt nichts zu tun. Galaxienentstehung ist ein sehr komplexer und in manchen Detailfragen noch ungeklärter Vorgang, aber es hat nichts mit Eisen zu tun, es ist a) ein gravitativer Vorgang und b) hat man herausgefunden das durch eine Galaxie Dichtewellen laufen, ähnlich wie Schallwellen, welche eben diese Arme bilden.
Die Räume zwischen den Armen sind ja nicht leer, die Sterndichte ist dort nur etwas geringer, dann kommt hinzu das sich die Sterne in einer Galaxie ständig bewegen, sie wandern umher, wandern raus, wandern wieder etwas rein Richtung Zentrum, wandern auch in den Armen auf und ab, also oben raus aus der Scheibe, wieder runter und unten raus, usw. Dadurch entstehen auch diese Dichtewellen welche solche Arme ausbilden können. Ursache ist das die Sterne ja nicht nur zwischen den Armen umherwandern, sondern dabei auch die Galaxie umkreisen. Logischerweise sind die Sterne dadurch wenn sie einmal ums Zentrum herum sind (ein galaktisches Jahr, entspricht 225 millionen Jahren bei unserer Galaxie) nicht mehr da wo sie zuvor waren, d.h. die gravitativen Verhältnisse in der Scheibe der Galkaxie fluktuieren laufend, was diese Dichtewellen auslöst.
In ein paar milliarden Jahren sehen die Arme unserer Galaxie ganz anders aus weil sie sich anders formen durch das herumgewandere und die Stoßwellen darin.

Dass ist (wie Du es schon andeutest) irritierend: Ein "saugender Wasserstrudel" dreht schließlich genau andersherum - Sonderbar.

Siehe oben, eine Galaxie ist ein ungemein komplexes und dynamisches Gebilde welches permanent in Bewegung ist (unser Sonnensystem wandert z.B. immer weiter nach aussen und wird in mehreren millionen Jahren in den Perseusarm eintreten). Dann, wie wir hier ja auch bereits mehrfach bemerkt haben, Galaxien sind nicht alleine das Ergebnis dessen was wir sehen, vielmehr verbirgt sich in Form dunkler Materie und gewaltiger Wasserstoffwolken was wir eben so mit normalen optischen Mitteln nicht sehen können. Es kann durchaus sein das sich z.B. die dunkle Materie auch in vereinzelten Armen ausserhalb des sichtbaren Randes mit aufhält und auch durchaus richtig herum dreht, also wie gewohnt nachgezogen wird, der sichtbare Teil schwimmt halt mit.

Dann sind auch die Wasserstoffwolken nicht gerade wenig, sie machen bei manchen Galaxien oder Galaxienhaufen mehr Masse aus als die ganzen Sterne der Galaxie bzw. des Haufens zusammen, haben somit durchaus eine gewaltigen Gravitativen Einfluss auf das ganze Gebilde. Sie sammeln sich entweder in Wolken oberhalb und unterhalb des Zentrum wo sie reinströmen und teilweise in der Sternentstehung aufgebraucht werden, aber auch zum großteil durch andere Prozesse wieder ausgestoßen werden um in jahrmillionen wieder zurück zu fallen, ein Kreislauf also, oder aber, manche Galaxien und vor allem Haufen sind auch komplett eingehüllt (Virgo Haufen z.B. ist komplett in einer gigantischen Wasserstoffwolke eingehüllt, die mehrere millionen Grad heißt ist (also im Röntgenbereich deutlich sichtbar ist) und mehr Masse enthält als der ganze Virgohaufen zusammen).


Das alles in Summe bildet ungemein komplexe Prozesse die hier kaum mal so eben aufzuschreiben sind. Daher nur mal mein Kurzausflug.

Ich habe einmal ein wenig gegooglet und finde irgendwie widersprüchliche Aussagen:
Bei der Uni Freiburg auf Seite 4f steht:

Spiralstruktur: die Spiralarme sind relativ helle Objekte. Einige Galaxien haben zwei ausgeprägte, durchgehende Arme, andere Galaxien viele kurze Fragmente. Die Arme öffnen sich fast immer in Gegenrichtung zur Rotation. Man sieht die Spiralstruktur am besten am interstellaren Staub, den H II-Regionen und an jungen Sternen. Staubwolken gibt es an den inneren Rändern der Spiralarme, an deren Rändern Sternentstehungsgebiete. Die Häufigkeit der Spiralen deutet darauf hin, daß es sich um ein langlebiges Phänomen handeln muß. Neuere theoretische Studien zufolge handelt es sich um spiralige Dichtewellen, welche den Kollaps der Staubwolken und damit die Sternentstehung hervorrufen. Bewegungen innerhalb der Spiralarme lassen sich mit der 21cm-Radiostrahlung messen. Die Entdeckung der für die Dichtewellentheorie charakteristischen Geschwindigkeitsfelder steht aber noch aus. Die Ursache der Spiralen sowie der Balken ist weiterhin unklar.

Dagegen steht z.B. hier unter Eine Spiralgalaxie rotiert »falschherum«:

Fast alle Spiralgalaxien rotieren so, dass sie ihre Arme »nachziehen«, ...

Watt denn nu?

Mein Kenntnisstand ist das die meisten Galaxien so rotieren das die Arme die Bewegung anführen, ausnahmen gibt es natürlich immer wieder.

Da die Bestimmung der Drehrichtung von Galaxien nicht ganz so einfach geht (schließlich wirbelt das Teil ja nicht herum) geh ich mal davon aus das die News aus dem zweiten Link nimmer ganz auf aktuellem Stand ist (ist ja von 2002) während der erste Link von 2005 stammt.

Heiliger_Grossinquisitor schrieb:

Ein Stern rotiert ja und somit folgt die Materie langsam aber stetig beim Absturz dieser Rotation, und dieser Impuls wird ebenfalls allmählich weitergegeben.

Das ist für mich nachvollziehbar: Eine Masseansammlung rotiert um eine Zentralmasse und wird immer näher angezogen. Diese Bewegungsrichtung spiegelt sich in den Spiralarmen 1:1 wider.
Aber es gibt - jetzt egal wie viele - ja auf jeden Fall eine ganze Menge Galaxien, bei denen die Arme den Drehimpuls anführen.

Und dann kommt da noch dazu dass sie im Außenbereich schneller rotieren als sie dürften (Der äußere Bereich müsste eigentlich durch die Fliehkräfte "wegfliegen").
Messungenauigkeiten (läge nahe wenn es schon Schwierigkeiten gibt die Drehrichtung zu bestimmen)? Dunkle Materie im "mittleren" Bereich der Scheibe die zusätzliche Gravitation "zur Verfügung stellt" und so den Fliehkräften entgegenwirkt? Oder passen Newton bzw. die ART nur nicht (ganz)?

Und dann kommt da noch dazu dass sie im Außenbereich schneller rotieren als sie dürften (Der äußere Bereich müsste eigentlich durch die Fliehkräfte "wegfliegen"). Messungenauigkeiten (läge nahe wenn es schon Schwierigkeiten gibt die Drehrichtung zu bestimmen)?

Wurde doch alles schon gesagt hier.

Die Rotationsgeschwindigkeiten lassen sich nur erklären wenn die Galaxie ein großes Halo aus massereichen Objekten hat, das können Machos sein oder dunkle Materie. Durch den Halo wird die Galaxie natürlich entsprechend größer und somit ergeben auch die Geschwindigkeiten wieder Sinn.

Von unserer Galaxie geht man ja auch von einem Durchmesser bis zu 200000 Lichtjahren aus, also doppelt soviel wie man an normaler Materie sehen kann.

Dazu kommt das es vereinzelt auch Ansammlungen dunkler Materie in der Galaxie selbst geben kann, bei unserer Galaxie hat man ja auch noch zwei solcher Ringe gefunden (zumindest indirekte Indizien darauf, direkt sehen kann man dunkle Materie ja nicht). Also genau wie Du eben angemerkt hast.

Aber es gibt - jetzt egal wie viele - ja auf jeden Fall eine ganze Menge Galaxien, bei denen die Arme den Drehimpuls anführen.

Wie etwas weiter oben schon bemerkt, erstens gibt es ja weitaus mehr als das was wir als Sterne oder Staubwolken sehen, und zweitens sind die Spiralformen nicht auschließlich Folge der Rotation sondern mitunter Ergebnis der Dichtewellen die durch die Galaxie laufen, somit vordergründig nicht von der Rotation verursacht.

... und alles dreht sich:

Warum fängt Staub oder Gas
a) überhaupt an zu rotieren und
b) bildet dann "Fraktale"?
Wie passiert das?
Ich spiele es gerade vor meinem geistigen Auge auf einem Segeltuch mit Kugeln (= Staub-/Gasteilchen) durch: Erst zwei (von links und rechts), dann drei (von links, rechts und hinten), vier (links, rechts, vorne, hinten) ... dann alles nochmal unterschiedlich groß ...

Als erstes bilden sich innerhalb einer solchen Staub- oder Gaswolke winzigste Klumpen, das kann passieren durch schwankungen der Schwerkraft durch einen nahe vorbeiziehenden Stern oder auch durch einen anderen auch kleineren Himmelskörper. Eine andere Variante die noch viel heftiger ausfällt ist wenn eine Stoßwelle durch eine Staubwolke/Gasnebel fährt, ausgelöst z.B. durch einen enormen Strahlungsausstoß durch einen besonders aktiven Stern, oder eine Druckwelle z.B. durch eine Nova oder Supernova usw.

In beiden Fällen werden dadurch erste Masseklumpen gebildet, im Falle von Stoß- Druckwellen um einiges heftiger und rabiater.

Im ersten sanften Fall haben diese winzigsten Masseansammlungen eine minimal höhere Gravitation, und ziehen somit mehr Staubkörner/Gasmoleküle/atome an wie der Rest. Das geht natürlich erstmal seehr langsam voran, und kaum sichtbar. Je größer die Masseansammlungen werden umso stärker wird deren Anziehung, und umso mehr und schneller geht diese auch voran. Auf die Art bilden sich dann letztlich erste richtige dichte Massen, die sich ihrerseits anziehen und zu noch dichteren Klumpen werden. Und so weiter, das Prinzip ist eigentlich überall nahezu das gleiche, egal ob es um die Entstehung eines Planeten oder Sterns geht usw.

Im Fall von Stoßwellen die durch einen Gas/Staubnebel fegt, z.B. durch eine nahe Supernova, kann das ganze ungemein schneller und heftig ausfallen, da hierbei die Nebel ungemein stark erhitzt und verdichtet werden was in besonders großen Staubwolken bzw. Gasnebeln zu einem regelrechten Boom an Sternetstehungen führen kann.

In Galaxien passiert dies z.B. sehr schön erkennbar während einer Kollision von zwei Galaxien.
Auch bilden die mächtigen Staubwolken in den Armen von Galaxien ideale Geburtsstätten für Sterne und Planetensysteme.

Aber auch große Gas/Staubnebel können als Brutstätte dienen, siehe z.B. Orion Nebel, oder der Adlernebel. Im Orionnebel hat man auch etliche dieser Protoplanetaren Scheiben gefunden, also äusserst dichte Staubscheiben mit dem vielfachen Durchmesser unseres Sonnensystems (in diesem Stadium sind sie immer so riesig) die sich um sich bildende oder bereits entzündete Sterne winden.

Ich spiele es gerade vor meinem geistigen Auge auf einem Segeltuch mit Kugeln (= Staub-/Gasteilchen) durch: Erst zwei (von links und rechts), dann drei (von links, rechts und hinten), vier (links, rechts, vorne, hinten) ... dann alles nochmal unterschiedlich groß ...

So ist es. Sobald sich an einem Punkt mehr Gas/Staubteilchen befinden als im sonstigen Raum ist dort die Gravitation höher, wenn auch nur um minimalste Werte (zu beginn gehts ja nur um einzelne Moleküle oder mikroskopische Staubkörner). Wenn die Geschwindigkeit und Temperatur niedrig genug ist das diese "Verdichtung" bestehen bleiben kann beginnt sie allmählich mehr Teilchen anzuziehen. Natürlich wie schon gesagt ungemein langsam, aber stetig und schneller werdend.

Und so wachsen Planeten, Sterne und ganze Sonnensysteme.

Der Drehimpuls ergibt sich irgendwann zwangsläufig wenn die Geschwindigkeit der einströmenden Teilchen durch die zunehmende Anziehungskraft der Verdichtung immer höher wird so das diese Teilchen Bewegungsimpulse an ihre Nachbarn weitergeben. Irgendwann kristallisiert sich unter Umständen eine Ebene heraus aus der mehr Teilchen einströmen als vom Rest und dadurch bildet sich irgendwann ein Drehimpuls der bei entsprechend dichten Wolken letztlich auch nach aussen weitergetragen wird. Auch stabilisiert sich diese Staubscheibe um einen jungen Stern durch die Rotation, und erst das legt den Grundstein für die Entstehung von Planeten.
Es bedeutet aber nicht das von oben und unten nichts einströmt, aber es bildet sich durch den Drehimpuls eben eine Ebene in der mehr Materie ist und sich auch immer mehr sammelt.

Sobald der Stern zündet wird durch den Strahlunsoutput des Sterns ohnehin der innere Bereich der Akkretionsscheibe leergefegt, schwerer Staub und Geröll kann sich eventuell halten, Gas wird aber durch die Strahlung in die Aussenbereiche getrieben (darum hat man auch im innern des Sonnensystems die massiven Planeten und in den äusseren Bereichen die ganzen Gasplaneten). Aber auch da gibts Ausnahmen wie die zahlreichen gefundenen extrasolaren Planeten zeigen, dort entdeckte man ja Gasriesen die teilweise größer als Jupiter sind, aber in Umlaufbahnen wie Merkur liegen, ein paar sogar noch weitaus näher. Also auch da gibt es noch ein paar Details die nicht ganz geklärt sind bzw. muß es Ausnahmebedingungen geben die man noch nicht kennt, denn anders lassen sich Gasriesen in solche Nähe des Zentralsterns nicht erklären.


Galaxien wachsen aber anders, da passiert weitaus mehr, da strömen ganze Sternhaufen zusammen, da spielen gewaltige Gaswolken mit rein, eventuelle Kollisionen von kleineren Galaxien usw. Das ist eine weitaus komplexere Geschichte und auch noch nicht in allen Punkten verstanden.

Aber auch da gibt es Entwicklungsstadien welche sich im laufe der Jahrmilliarden gebildet haben. In der Zeit der ersten Galaxien waren dies in der Regel unregelmäßige Galaxien, keine so geordnete Strukturen wie Spiralgalaxien oder Balken usw.

Auch waren die früheren Galaxien weitaus kleiner und auch im großen und ganzen nur mit Sternen der Riesen bzw. Überriesenklasse bestückt, überbleibsel der ersten Sterne im Universum die ungeheuer massiv und schwer waren und ihren Brennstoff in wenigen hunderttausend bis vllt. eine million Jahren verpulferten um dann in Supernovas zu vergehen. Aber dadurch wurden vllt. auch die ersten Grundtseine für Sternhaufen und kleine Galaxien gelegt, die Stoßwellen dieser ersten Supernovas fegten ja durch weitaus mehr Gas und Staubwolken als wir heute sehen, damals war der Raum ja noch nicht so riesig wie heute.

Erste Sterne gabs vermutlich schon wenige hunderttausend Jahre nach dem Urknall. Bereits wenige hunderttausend Jahre nach den ersten Sternen bildeten sich die ersten größeren Sternansammlungen, die Sternhaufen, sie entsanden jeweils aus einer gewaltigen Staub/Gaswolke. Dies ist auch ein Merkmal dieser Haufen, sie enthalten nahezu nur Sterne gleichen Alters und gleicher chemischer Zusammensetzung, ein Beweis das sie gemeinsam in einer Wolke enstanden sind (also nicht alle Sternhaufen sondern die Sterne eines Sternhaufens entstammen der gleichen Staub- Gaswolke). Manche dieser Sternhaufen sind vollkommen frei von Metallen (zur Erinnerung, in der Astronomie gilt alles ab Lithium, das dritte Element, als Metall), dort brennen also noch Sterne der ersten oder zweiten Generation nach dem Urknall und den ersten Sternen. Manche dieser Sternhaufen sind nur wenige hunderttausend bis wenige millionen Jahre jünger wie das Universum selbst. Dies war ja auch lange Zeit der Grund für viele große Fragen, denn vor etlichen Jahren schätzte man das Universum ja noch auf grade mal zehn milliarden Jahre, dann fand man Sternhaufen um unsere Galaxie die 11 und 12 milliarden Jahre alt sind was natürlich Kopfzerbrechen bereitete. Heute hingegen geht man von einem Alter des Universums von ca. 12,7 milliarden Jahre aus (+/- ein paar hundert Millionen).

Ich habe aber ein Problem: In "meinem Gedankenexperiment" mit den Kugeln auf dem Segeltuch bildet sich keine rotierende Scheibe / einheitliche Drehrichtung aller Kugeln heraus, es ist übergreifend eher ein chaotisches Durcheinander (mit lokal durchaus umeinander rotierender Massen) welches sich mit der Zeit immer mehr in Richtung Mitte "bewegt".
Und wenn ich das Ganze dann noch dreidimensional betrachte ...
Ich tendiere im Moment dazu, dass erst eine rotierende Massenansammlung im Zentrum (d.h. zuerst erfolgt ein "chaotisches Zuströmen") die ganze Materie außenherum (ganz langsam) in Bewegung versetzt.
Deshalb noch einmal meine Frage zum "Abklopfen" der These: Stimmen Dreh-/Rotationsrichtung Zentralmasse und Akkretionsscheibe eigentlich generell überein?

Die sichtbaren Spiralarme/Balken sollten IMO die Bereiche der größten Masseansammlungen (der "normalen Materie" ) der Scheibe sein (Sterne = viel Masse, "unsichtbare" Staub-/Gaswolken zwischen den Armen/Balken = weniger Masse)

"Das sind einfach geometrische Gesetze, da gibts nix zu wissen."

Das ist natürlich Unsinn, die Geometrie ist eine Hilfswissenschaft bzw. eine beschreibende Wissenschaft, keine, die Grundlagen erklärt. Ebensowenig kann die geometrische Optik "erklären", wieso ein Lichtstrahl durch Linsen gebrochen wird - sie kann aber beschreiben, wie es geschieht.

Ich habe die Erklärung, warum Einfallswinkel = Ausfallswinkel, auch nicht, vielleicht weiß da doch jemand mehr darüber?

WinfriedB schrieb:

Ich habe die Erklärung, warum Einfallswinkel = Ausfallswinkel, auch nicht, vielleicht weiß da doch jemand mehr darüber?

Mit Wellen kann man das schon erklären, ich hab das schon geschrieben (361). Wenn man jedes Atom, welches ein Photon absorbiert, als Emitter einer kreisförmigen (*) Welle betrachtet, dann kann man feststellen, dass sich alle Wellenanteile, die nicht zu E=A gehören, durch Interferenz auslöschen.

Siehe
Reflection and Refraction.
Bei der Brechung gilt natürlich nicht E=A, da hier die Ausbreitungsgeschwindigkeit eine andere ist, das sieht man mit diesem Applet auch sehr schön.


(*) Eigentlich ist die Welle natürlich kugelförmig, aber in drei Dimensionen ist das nicht so leicht vorstellbar. Auch das Applet in dem Link kann nur zwei Dimensionen

Nachtrag:
Ich habe auf Deutsch nichts wirklich Lesbares gefunden, darum auf englisch - unter "Physical interpretation of QED" steht eine Kurzfassung Feynmans originaler quantemechanischer Beschreibung mit Hilfe von Pfadintegralen. Das Ergebnis auf Teilchenebene ist einfach, dass die Wahrscheinlichkeit für E=A am grössten ist. Hab' ich aber glaube ich auch schon mal geschrieben.

Gruss Walter

ch tendiere im Moment dazu, dass erst eine rotierende Massenansammlung im Zentrum (d.h. zuerst erfolgt ein "chaotisches Zuströmen") die ganze Materie außenherum (ganz langsam) in Bewegung versetzt.

Das hab ich doch gesagt. Erst bilden sich kleinste Massenansammlungen die immer mehr Materie anziehen und sich auch selbst zu größeren Klumpen verdichten. Das daraus in den meisten Fällen irgendwann ein paar wirklich große Brocken entshehen (die dann u.U. ihrerseits wieder kollidieren und verschmelzen (oder zerstört werden) z.B. im Rahmen der Planetenetstehung) oder gar eine zentrale Masse (bei der Sternentstehung z.B.) ist die Folge davon.
Der Drehimpuls wird logisch erst dann langsam auf die ganze Scheibe ausgeweitet bzw. übertragen wenn sich eine zentrale rotierende Masse gebildet hat bzw. sich der Drehsinn versch. Trümmer oder kleinerer gebildeter Massenzentren angleicht. Solange mehrere kleine "Große" Trümmer durch die Wolke kreuz und quer kugeln gibt es Chaos, keine einheitliche Rotation.

Deshalb noch einmal meine Frage zum "Abklopfen" der These: Stimmen Dreh-/Rotationsrichtung Zentralmasse und Akkretionsscheibe eigentlich generell überein?

Bei der Sternentstehung oder gar protoplanetaren Scheiben ja (Ausnahmen gibts überall). Eine Galaxie ist aber keine Akkretionsscheibe !!, daher kann man dies nicht einfach so darauf ummünzen.

Die sichtbaren Spiralarme/Balken sollten IMO die Bereiche der größten Masseansammlungen (der "normalen Materie" ) der Scheibe sein (Sterne = viel Masse, "unsichtbare" Staub-/Gaswolken zwischen den Armen/Balken = weniger Masse)

Die sichtbaren Balken bilden sicherlich die Gebiete mit den größten Massenansammlungen, das beinhaltet aber nicht nur Sterne sondern auch Staub und Gas.

Zwischen den Armen ist nichts "unsichtbares" oder mehr dunkler Staub dafür weniger helle Sterne, zwischen den Armen ist die Sterndichte einfach geringer, Staub und Gas auch. Sie sind aber nicht leer, aber auch nicht von unsichtbarem angefüllt.

Wie schon gesagt, die Sterne, Staub- und Gaswolken werden durch Dichtewellen zu diesen Armstrukturen zusammengeschoben. Zumindest ist die bislang eine der logischsten Erklärungen dafür.

Ich frage mich: Wie wird dabei der Drehimpuls der rotierenden Zentralmasse auf die umgebende Materie übertragen und diese zur Rotation / Scheibenbildung angeregt?

Dichtewellen: Auch schon einmal gelesen, sagt mir aber inhaltlich noch nichts -> Werde da erst einmal googlen.

EDIT: Hey, die Dichtewellen könnten ja glatt meine "Sandbänke" sein!
Unterschied: Zum eigentlichen Wesen von Dichtewellen (z.B. ihre Enstehung) ist in den Quellen die ich bisher quergelesen keine Aussage zu finden - Im Gegensatz zu meinen fundiert dargelegten "Sandbänken".
Ernsthaft: Hat da jemand eine Quelle die "ein bißchen mehr Substanz" beinhaltet (als z.B. wikipedia) und trotzdem noch verständlich ist?

@Skeptisch: Schönes Applet. Nochmal zu E=A: Ich verstehe noch nicht ganz das Zustandekommen der Interferenzen. Nehmen wir ein Beispiel: Ein Lichtstrahl trifft in einem 45-Grad-Winkel auf einen Spiegel. Inwieweit bilden die z.B. im 90-Grad-Winkel zum Spiegel abgestrahlten Lichtstrahlen untereinander Interferenzen, die im entgegengesetzt 45-Grad-Winkel angestrahlten dagegen nicht?

Wenn die Spiegel-Auftrittsfläche durch 5 Atome repräsentiert werden würde, die nach Anregung kugelförmig Lichtwellen aussenden, sieht dieses Ergebnis nachher doch immer gleich aus und ist völlig unabhängig vom Eintrittswinkel. Außer es spielt hier die "zeitliche Taktung und Reihenfolge" der Anregung der Atome eine Rolle ...

Ich frage mich: Wie wird dabei der Drehimpuls der rotierenden Zentralmasse auf die umgebende Materie übertragen und diese zur Rotation / Scheibenbildung angeregt?

Na wie wohl?

Reibung

EDIT: Hey, die Dichtewellen könnten ja glatt meine "Sandbänke" sein! Unterschied: Zum eigentlichen Wesen von Dichtewellen (z.B. ihre Enstehung) ist in den Quellen die ich bisher quergelesen keine Aussage zu finden - Im Gegensatz zu meinen fundiert dargelegten "Sandbänken".

Sie treten in dem Fall wie schon gesagt dadurch auf da durch die Bewegungen der Sterne sich die gravitativen Potenziale laufend verändern was ihrerseits wieder Rückwirkung auf Sternbewegungen und Ansammlungen hat, somit gibt es Stellen wo mehr Sterne sind und andere wo weniger sind, und diese Bereiche verändern sich laufend (in jahrmillionen halt), ändern die Position usw. Diese ständigen Veränderungen in den Gravitationsfeldern wirken halt derart das diese Änderungen der Sterndichten wie Wellen auftreten, einem Bereich mit hoer Sterndichte folgt einer mit niedriger, dann wieder hoher und so fort.

Dichtewellen sind aber jetzt keine eigenständige Kraft- oder Energieform.

Schallwellen sind z.B. auch eine Art Dichtewellen, sie haben ja eine komprimierende Wirkung auf die Luft. Wasserwellen im Grunde auch.

In den Saturnringen gibt es z.B. auch Dichtewellen, hervorgerufen durch die unterschiedlich großen Geteins- und Eistrümmer welche sich gegenseitig beeinflussen durch Reibung, aber auch beeinflußt werden durch die sogenannten "Schäferhundmonde", kleine Monde die in den Zwischenräumen der einzelnen Ringe ihre Bahnen ziehen und somit die Ringe getrennt halten. So ein Mond wirkt natürlich gravitativ in den Ring hinein, auf leichte Teilchen stärker als auf schwere, so das es unterschiedliche Bewegungen gibt, die einzelnen Trümmergrößen gruppieren sich immer wieder mal in "einer Linie" im Ring, erkennbar auf Aufnahmen dann durch helle oder dunkle Streifen in den einzelnen Ringen, diese Streifen können mit dem Ring laufen aber auch quer dazu, also aussehen wie Speichen im Ring, oder auch Spiralförmig. Das ganze hat auch mit Resonanz zu tun, das müßte ich jetzt aber selber genauer erst noch nachlesen.

Gibts genug Fotos, hier mal eine Falschfarbenaufnahme wo diese Wellen kontrastmäßig besser zu sehen sind.

Heiliger_Grossinquisitor schrieb:

Reibung

Neee!

Dooooch

@Heiliger_Grossinquisitor: (Das dauert ja dann ewig! )
Die Dichtwellen sind im Übrigen dann doch nicht meine "Sandbänke":
Die "Dichtewellen" sind IMO ja nix anderes als Masseansammlungen welche in Wechselwirkung untereinander stehen - Aber Hauptsache ein neuer Begriff

Nebenspekt:
Bei welcher/n Galaxie(n) hat man die beschleunigte Rotation im Außenbereich festgestellt (und mit dunkler Materie begründet)? IMO müssten die alle "die Arme vorne" haben ...

anymouse schrieb:

Earl_Grey schrieb: Auf Teilchen wirkt die Gravitation - Da würde sich beim Graviton IMO die Katze in den Schwanz beißen. Warum? Der Träger des elektrischen Feldes ist das Photon - wer sagt, dass das Graviton auch der Gravitation unterliegt? Aber so ganz trivial ist der Punkt nicht, gebe ich zu; müsste ich mal drüber nachdenken.

(Kontext: Beitrag 222)
Und? wie schaut's aus? (Zeit ist um! ):prost

Earl_Grey schrieb:

@Skeptisch: Schönes Applet. Nochmal zu E=A: Ich verstehe noch nicht ganz das Zustandekommen der Interferenzen. Nehmen wir ein Beispiel: Ein Lichtstrahl trifft in einem 45-Grad-Winkel auf einen Spiegel. Inwieweit bilden die z.B. im 90-Grad-Winkel zum Spiegel abgestrahlten Lichtstrahlen untereinander Interferenzen, die im entgegengesetzt 45-Grad-Winkel angestrahlten dagegen nicht?

Ich habe hier die Wellenbeschreibung benutzt. Dabei werden kugelförmige Wellen abgestrahlt, die miteinander interferieren, einmal konstruktiv (bei E=A) und einmal destruktiv (sonst), ganz nach dem
Huygenschen Prinzip.

Wenn Du lieber mit Teilchen argumentieren möchtest: "Using a Feynman diagram one decides every possible path between the start and end points. Each path is assigned a complex number-valued probability and the actual path we observe is the weighted average of all of the paths. This average path is the one that the classical theory predicts, the quickest path between the two points." Also andersrum: Nimm das zu beobachtende Objekt, den Beobachter und den Spiegel und mittels Pfadintegralen wirst Du zu dem Ergebnis kommen, dass der mittlere Weg der klassische mit E=A ist

Earl_Grey schrieb:

Wenn die Spiegel-Auftrittsfläche durch 5 Atome repräsentiert werden würde, die nach Anregung kugelförmig Lichtwellen aussenden, sieht dieses Ergebnis nachher doch immer gleich aus und ist völlig unabhängig vom Eintrittswinkel. Außer es spielt hier die "zeitliche Taktung und Reihenfolge" der Anregung der Atome eine Rolle ... :.

Auch hier gilt das Huygenssche/Fresnelsche Prinzip, und natürlich auch Feynmans Pfadintegrale. Nur verliert man bei nur fünf Atomen den grössten Teil der Intensität und sieht nichts mehr.

Gruss Walter

Hätte ich mir doch bloß die Frage verkniffen ...

Wieso, wirds zu heftig?

Ich hasse es wenn etwas in Arbeit ausartet
Aber was soll's:
a) Darf das Huygens-Fresnelsche Prinzip denn überhaupt auf Reflexion angewendet werden oder beschränkt es sich nicht auf Beschreibungen zur Beugung und Brechung?
b) Beim "5 Atome"-Beispiel ging es mir nicht nur um ein Photon (wüsste auch nicht wie ein Photon fünf Atome treffen sollte, zwei leuchten mir gerade noch so ein ... - Wellenlänge? Amplitude?) sondern um einen Lichtstrahl bestehend aus 5 oder mehr Photonen (wie nennt man so einen Lichtstrahl > 1 Photon korrekt?)
c) Nochmals meine konkrete Frage: Wo soll es bei Telchenbetrachtung wie zu Interferenzen kommen? Die Pfadintegrale führen eben leider zu keinem schlüssig nachvollziehbaren Bild in meinem Kopf ...

Kennst das

Ich muß gestehen mich aus Faulheit seit Monaten nicht mehr richtig mit den Themen befasst zu haben, gut, Zeitmangel wegen der Arbeit momentan ist auch Schuld.

Aber was man sich selbst eingebrockt hat ... : s.o. (Habe noch was ergänzt)

Apropos Reflexion etc.

Habt ihr im Handelsblatt vom Donnerstag den Artikel zur Prismenreflexion gelesen?
Ein Prof. und sein Kumpel haben einen Lichtstrahl auf 2 Prismen gerichtet.
Ein Teil wurde reflektiert - ein Teil ging grade durch.

Dann haben sie die Prismen 1 m auseinander gezogen.
Der hindurchgehende Strahl kam genauso schnell am 2. Prisma raus wie der reflektierte aus dem 1..

Agg. bewirkt der Tunneleffekt, dass der Zwischenraum unendlich schnell überbrückt wird (Photon wandelt sich bei Austritt aus dem 1. Prisma in ein virtuelles Photon, um sich im 2. Prisma in ein reales Photon zurück zu verwandeln).

Solche Sachen hätte man schon seit Jahrzehnten immer wieder nachgewiesen. Wäre normal. Quantenmechhanik halt. Nicht wenige Physiker hätten so etwas bestätigt und Informationen mit bis zu 4,7-facher Lichtgeschwindigkeit übertragen. Soviel zur Maximalkonstanten.

Einstein hätte die Effekte angeblich als spukhaft abgetan.

Die Tunnel-Effekt-Gegner sprechen von Messfehlern.

Wer weiß. Wäre aber schon toll - sowas unendlich schnelles.

Grüße

Der Tunneleffekt ist nichts neues mehr, gibt optische Anwendungen, auch elektronische wie z.B. Tunneldioden.

Die Lichtwellen verlieren beim durchqueren der Tunnelstrecke aber nahezu ihre gesamte Energie.

Man hat ja auch schon Mikrowellen usw. tunneln lassen, aber auch da ging sehr viel Energie verloren.

Für das Photon stellt die Tunnelstrecke ja im Grunde eine Barriere dar, unter Umständen kann es diese Barriere aber überwinden indem es sich Energie quasi aus dem "Raum" borgt, diese muß es aber wieder zurückgeben.

Materie kann man aber nicht tunneln.

Rein statistisch würde auch das gehen, ein Mensch der z.B. alle Minute an eine Mauer läuft würde diese irgenwann einmal tatsächlich durchtunneln, aber rein rechnerrisch erst nach mehreren Milliarden Jahren.

Man muß aber erklären das es keine Überschreitung der LG ist in dem Sinn das sich das Photon mit Überlichtgeschwindigkeit bewegt, es bewegt sich genauso nur mit LG wie sonst auch. Es durchquert die Tunnelstrecke ohne Zeitverlust, die Tunnelstrecke ist wegtechnisch gesehen gar nicht existent für das Photon.

Ist eine etwas verdrehte Sache, Quantenphysik halt, da ist so manches unlogisch.

Stimme Heiliger_Grossinquisitor vollumfänglich zu:
Jedes Photon kann seine Energie unter bestimmten Umständen an das Raum-Zeit-Gitter abgeben ("Es ist weg."). Das Gitter wird durch die Energiezufuhr zu Schwingungen angeregt. Es ist möglich, dass das Gitter einen Teil der / die Energie in Form von Photonen an anderer Stelle des Raum-Zeit-Gefüges wieder abgibt -> Der beobachtbare Tunneleffekt.

Heiliger_Grossinquisitor schrieb:

Materie kann man aber nicht tunneln.

Mir ist nicht ganz klar, was Du mit Materie meinst.
Nicht, dass hier Missverständnisse entstehen:
Auch Teilchen, die Masse haben, tunneln. Siehe z. B. Alphazerfall.

Aber eben nicht ganze Menschen, sondern nur einzelne Teilchen.

Earl_Grey schrieb:

Ich hasse es wenn etwas in Arbeit ausartet

Kommt mir so vor, als hättest Du hier die wenigste Arbeit, Du muss das Ganze ja nur lesen.

Earl_Grey schrieb:

a) Darf das Huygens-Fresnelsche Prinzip denn überhaupt auf Reflexion angewendet werden oder beschränkt es sich nicht auf Beschreibungen zur Beugung und Brechung?

Das Huygens-Fresnelsche Prinzip gilt für alles, wo bei der Anwendung des Prinzips das Richtige, sprich das in Experimenten gemessene, herauskommt. Also insbesondere für Reflektion, Brechung und Beugung.

Earl_Grey schrieb:

b) Beim "5 Atome"-Beispiel ging es mir nicht nur um ein Photon (wüsste auch nicht wie ein Photon fünf Atome treffen sollte, zwei leuchten mir gerade noch so ein ... - Wellenlänge? Amplitude?) sondern um einen Lichtstrahl bestehend aus 5 oder mehr Photonen (wie nennt man so einen Lichtstrahl > 1 Photon korrekt?)

Ja - und? Auch fünf oder fünfzig Photonen ergeben nicht viel Licht.

Earl_Grey schrieb:

c) Nochmals meine konkrete Frage: Wo soll es bei Telchenbetrachtung wie zu Interferenzen kommen? Die Pfadintegrale führen eben leider zu keinem schlüssig nachvollziehbaren Bild in meinem Kopf ...

Wie? Ja - welche Art von Antwort erhoffst Du Dir hier?
Im Bild der *Wellenoptik* kann man sehr schöne Skizzen zeichnen, bei denen man z.B. die Wellenfronten sieht und damit indirekt die Interferenzen.
Im Bild der *Quantenmechanik* gibt's i.d.R. keine verständlichen Skizzen. Die Interferenz eines Telchens mit sich selbst kann man zwar mit Feynman-Graphen zeichnen, aber ob Dich das glücklich macht ...

Feynman beschreibt in der QED, dass jedes Photon *gleichzeitig* alle möglichen Wege von A nach B durchläuft und fast alle Wege sich gegenseitig aufheben, durch Selbstinterferenz der Photonen. Übrig bleibt der *klassische* Weg. Ich glaube nicht, dass ich das anschaulicher beschreiben kann.


Vielleicht etwas Grundsätzliches: physikalische Theorien sind nicht die Realität. Physiker machen Beobachtungen und Messungen. Dann stellen sie Modelle auf, um die Beobachtungen erklären und berechnen zu können. Manchmal stellen sie auch Modelle auf, um Effekte im Grossen auf Effekte im Kleinen zurückführen zu können, z.B. Stromfluss auf Elektronenbewegungen im Leiter.

In der Optik hat man mit geometrischer Optik angefangen und konnte mittels des Fermat'schen Prinzips einiges damit erklären, z.B. Reflektion und Brechung. Nicht aber die Beugung.
Dann hat man die Wellenoptik erfunden. Die kann auch die Beugung erklären.
Später kam die Quantenmechanik. Die kann alle zur Zeit bekannten optischen Effekte erklären.

Geometrische Optik ist sehr anschaulich, hier kann man einfache Skizzen zeichnen. Lichtstrahlen sind auch gut vorstellbar.
Wellenoptik ist auch anschaulich, die Skizzen sind aber komplexer. Wellen können wir im Wasser sehen, das kann man sich auch noch ganz gut vorstellen.
Quantenmechanik ist überhaupt nicht anschaulich und dann kommt nocht dazu, dass hier nur noch mit Wahrscheinlichkeiten gerechnet werden kann.

Für grosse Teilchenmengen (also wenn Du Dein Bild im Spiegel betrachtest) spielt das keine Rolle, hier ergibt das wellenoptische das gleiche Ergebnis, und wenn man nicht so genau hinschaut (und die Beugungseffekte ignoriert), dann liefert sogar die geometrische Optik das richtige Ergebnis.

Quantenmechanik ist eine Theorie, die die gemessenen Effekte beschreibt und berechnet. Alle Analogien, die hier vorkommen (Welle, Teilchen) sind Bilder aus unserer makroskopischen Welt und daher nur Modelle, die nicht der Realität entsprechen. Ein Photon ist kein Teilchen und auch keine Welle, wir können jedoch das Verhalten des Photons durch Modelle beschreiben, die teilweise auf Wellen und teilweise auf Teilchen basieren.
Quantenmechanisch heisst destruktive Selbstinterferenz eines Teilchens, dass das Teilchen an einer bestimmten Stelle im Raum mit einer äusserst geringen Wahrscheinlichkeit zu finden ist. Man kann das mit Wellen und Interferenzen von Wellen veranschaulichen, mit Teilchen dürfte das Veranschaulichen schwierig sein.


Gruss Walter

Earl_Grey schrieb:

Stimme Heiliger_Grossinquisitor vollumfänglich zu: Jedes Photon kann seine Energie unter bestimmten Umständen an das Raum-Zeit-Gitter abgeben ("Es ist weg."). Das Gitter wird durch die Energiezufuhr zu Schwingungen angeregt. Es ist möglich, dass das Gitter einen Teil der / die Energie in Form von Photonen an anderer Stelle des Raum-Zeit-Gefüges wieder abgibt -> Der beobachtbare Tunneleffekt. :prost

Mir kommt es nicht so vor, als würdest Du den Tunneleffekt beschreiben. Das liest sich eher wie Vakuumfluktuation

Ansonstem *muss* natürlich jedes Teilchen, welches hier irgendwie und irgendwo verschwindet, wieder auftauchen - nicht "es ist möglich". (Mögliche Ausnahme: Vakuumfluktuationen am Ereignishorizont eines schwarzen Lochs.)

Bei der Tunneldiode tunneln nicht Photonen, sondern Elektronen.
Das Tunneln von Photonen ist eher ungewöhnlich, wird aber z.B. von Herrn Nimtz beschrieben: On_Universal_Properties_of_Tunnelling

Gruss Walter

Mir ist nicht ganz klar, was Du mit Materie meinst. Nicht, dass hier Missverständnisse entstehen: Auch Teilchen, die Masse haben, tunneln. Siehe z. B. Alphazerfall. Aber eben nicht ganze Menschen, sondern nur einzelne Teilchen.

Ja, das meinte ich eigentlich, war falsch ausgedrückt.
Makroskopische Objekte können nicht tunneln (nur statistisch gesehen in enorm langen Zeitintervallen), einzelne Teilchen natürlich schon.

Stimme Heiliger_Grossinquisitor vollumfänglich zu: Jedes Photon kann seine Energie unter bestimmten Umständen an das Raum-Zeit-Gitter abgeben ("Es ist weg."). Das Gitter wird durch die Energiezufuhr zu Schwingungen angeregt. Es ist möglich, dass das Gitter einen Teil der / die Energie in Form von Photonen an anderer Stelle des Raum-Zeit-Gefüges wieder abgibt -> Der beobachtbare Tunneleffekt.

Welches Raum Zeit Gitter?

Ich glaube auch das Du eher von Vakuumfluktuation sprichst als vom Tunnelprozess.

Das tunnelnde Objekt gibt nicht seine Energie ab um irgendwo vom Raum Zeit Gefüge wieder ausgespuckt zu werden, sondern das Teilchen borgt sich Energie vom Raum Zeit Gefüge um eine Energiebarrerie, einen Potenzialunterschied, oder um wie im Fall der Mikrowellenexperimente eine Strecke zu durchqueren für welche die Wellen/Teilchen eigentlich zu groß sind.
Die (das) Welle (Teilchen) muß die geborgte Energie plus gehörigem Zins aber wieder ans Gefüge zurückgeben und verliert somit gewaltig an Energie/Impuls.

Skeptisch schrieb:

Kommt mir so vor, als hättest Du hier die wenigste Arbeit, Du muss das Ganze ja nur lesen.

Sorry falls ich Dir irgendwie auf den Schlips getreten bin (Deine Antwort liest sich IMO zumindest so), anscheinend kam die Ironie in meinem Beitrag nicht rüber:
Ich bin jedem dankbar, der auf Fragestellungen eingeht und dabei Zeit aufwendet - und somit auch Dir. Ich habe in diesem Thread auf diesem Wege auch wieder einiges dazugelernt. Und mir braucht dabei keiner was auf dem Silbertablett servieren ...

Das Huygens-Fresnelsche Prinzip gilt für alles, wo bei der Anwendung des Prinzips das Richtige, sprich das in Experimenten gemessene, herauskommt. Also insbesondere für Reflektion, Brechung und Beugung.

O.K. Aber: Ist das jetzt ironisch gemeint "Wenn es zum Ergebnis passt dann kann man es anwenden (ansonsten nicht)!"?

Wie? Ja - welche Art von Antwort erhoffst Du Dir hier? ... Feynman beschreibt in der QED, dass jedes Photon *gleichzeitig* alle möglichen Wege von A nach B durchläuft und fast alle Wege sich gegenseitig aufheben, durch Selbstinterferenz der Photonen. Übrig bleibt der *klassische* Weg. Ich glaube nicht, dass ich das anschaulicher beschreiben kann. ...

Das hast Du bereits (ich glaube sogar mehrfach) so beschrieben und ich habe es auch schon (auch wenn Du es vielleicht nicht glauben magst ) an verschiedenen Stellen nachgelesen - Und trotzdem erschließt sich mir das nicht :
Ein Atom wird von einem Photon getroffen/angeregt und gibt anschließend wieder ein Photon ab. Mit was soll denn nun das abgegebene Photon dabei interferrieren? Es ist als Welle oder Teilchen betrachtet schließlich ganz allein auf weiter Flur, völlig wurscht, wohin es fliegt ... Aber lass' gut sein.

Skeptisch schrieb:

Mir kommt es nicht so vor, als würdest Du den Tunneleffekt beschreiben. Das liest sich eher wie Vakuumfluktuation

Heiliger_Grossinquisitor schrieb:

Ich glaube auch das Du eher von Vakuumfluktuation sprichst als vom Tunnelprozess.

Also das will ich jetzt sehen wo die Vakuumfluktuation so (wie ich es geschrieben habe: Aus der Energie des Raum-Zeit-Gitters) erklärt wird: Das wäre mir völlig neu -> Habt Ihr Quellen?
Bei allem, was ich bisher gelesen habe, werden Ergebnisse von Messungen/Experimenten mittels Formeln/Berechnungen hergeleitet/bestätigt (bzw. andersherum) und dementsprechende Feststellungen getroffen (Das zieht sich IMO wie ein roter Faden durch weite Teile der Quantenmechanik ). Was mir fehlt: Wo sind Erklärungen bzw. zumindest Thesen/Vermutungen?

... sondern das Teilchen borgt sich Energie vom Raum Zeit Gefüge ...

Also müsste das Raum-Zeit-Gitter Energie und/oder Masse haben - Richtig?
(Nur das wir uns nicht mißverstehen: Das ist genau meine Vermutung. )

Also das will ich jetzt sehen wo die Vakuumfluktuation so (wie ich es geschrieben habe: Aus der Energie des Raum-Zeit-Gitters) erklärt wird:

Du hattest davon gesprochen das Teilchen würde verschwinden und ans Raum Zeit Gefüge Energie abgeben und selbiges würde das Teilchen woanders wieder hervorbringen.

Das ganze ähnelt der Vakuumfluktuation. Das Vakuum ist nicht leer, es wimmelt von "virtuellen" Teilchenpaaren, "virtuell" nennt man sie deshalb weil sie für uns eigentlich nicht greifbar sind.
Überall im Vakuum entstehen fortlaufend Teilchen/Antiteilchenpaare, welche sich aber nach kurzem getrennten Weg wieder verbinden und vernichten.
Es wird also kurz aus dem Gefüge Energie geborgt und in Form von Teilchen in Masse umgewandelt, diese wird aber danach wieder zurück gegeben, also die Bilanz bleibt ausgeglichen.

Diese Fluktuationen, diese Vakuumenergie sind/ist nachgewiesen worden mit dem Casimir Effekt.


Beim Tunneleffekt borgt sich das tunnelnde Teilchen/Photon auch Energie aus dem Gefüge, aber es braucht diese um ein Hindernis zu überwinden und muß diese wieder zurückgeben mit Zins. Es verschwindet aber nicht und gibt Energie ans Gefüge ab um wieder zu entstehen so wie Du geschrieben hattest, das Teilchen/Photon ist immer vorhanden und gibt Energie NACH dem Tunnelvorgang wieder zurück mit etwas Beigabe.
Der wirkliche Ablauf beim tunneln selbst ist noch nicht ganz geklärt, der Begriff des Tunnelns ist auch nur gewählt worden weil man sich diesen Effekt bildlich so vorstellen kann als würde das Teilchen/Photon das Hindernis durchtunneln, sich quasi einen Tunnel graben um auf die andere Seite zu kommen.
Was da aber letztlich genau passiert ist nicht ganz klar. Im Prinzip gibt es für jedes Teilchen, jedes Photon und auch jeden Körper eine gewisse Wahrscheinlichkeit ein Hindernis zu durchqueren obwohl dies eigentlich nicht möglich sein dürfte. Nur werden diese Wahrscheinlichkeiten nur bei entsprechend kleinen Abständen und kleiner werdenden Teilchenzahlen so groß das dieser Effekt auch wirklich innerhalb kurzer Zeit eintritt.
Soll heißen, um nochmal den gegen die Wandlaufenden Menschen von mir aufzugreifen, im Prinzip steht der Wahrscheinlichkeit das der Mensch tatsächlich irgendwann mal durch die Wand geht ohne Spuren an dieser zu hinterlassen nichts im Wege, in Wahrheit aber ist die Wahrscheinlichkeit astronomisch gering das ALLE Teilchen seines Körpers im selben Moment zum tunneln anfangen.

Also müsste das Raum-Zeit-Gitter Energie und/oder Masse haben - Richtig?

Man geht davon aus das der Raum (also das RaumZeit Gefüge) ein brodelnder See aus Quanten ist auf subatomarster Ebene, in Bereichen weit jenseitz dessen was man jemals wird "sichtbar" machen können (Planck läßt mal wieder grüßen).

Das Raum Zeit Gefüge hat Energie sagst Du, ja, ob man da aber jetzt von Masse in unserem Sinne sprechen kann wohl eher nein, das Thema hatten wir auch schon oft genug.
Jede noch so geringe Masse würde angesichts der Größe des Universums in Summe gigantischste Ausmaße annehmen und alles wieder kollabieren lassen.
Auch ist diese Vakuumenergie nichts was man irgendwie greifen könnte. Man kann sie indirekt nachweisen durch den Druck den diese "virtuellen" Teilchen hervorrufen (Casimir Effekt), aber das wars dann auch.

Mit was soll denn nun das abgegebene Photon dabei interferrieren? Es ist als Welle oder Teilchen betrachtet schließlich ganz allein auf weiter Flur, völlig wurscht, wohin es fliegt ... Aber lass' gut sein.

Mit sich selbst.


@Skeptisch

Weil Du sagtest das Tunneln von Photonen sei ungewöhnlich, nahezu jeder Durchgang eines Photons durch eine Grenzschicht zwischen zwei Medien (also Grenzschicht wenn sie für den jeweiligen Frequenzbereich des Photons auch eine solche darstellt, beim Licht z.B. Übergang von Luft in Glas, Luft in Wasser, Glas in Glas usw.) ist im Grunde ein Tunnelprozess.
Nur die Ein- und Austrittsfläche, nicht der ganze Körper (das ganze Medium), ausser es ist tatsächlich so ausgelegt.