Strahlung und Rotverschiebung

[Dares]

Hallo liebes Forum,

sorry, manche Themen kommen immer gleichzeitig.

Ich hätte mal eine Frage zur Strahlung: Wenn ich mir vorstelle dass ein abgesendetes Signal in Form von Gammastrahlung also im kurzwelligen Bereich liegt so müsste sich durch die Rotverschiebung sich diese Information doch langwelliger werden oder sogar ins sichtbare Licht rücken und somit auch nicht radioaktiv sein.

Das wäre mal die Kurzfassung meiner Frage. Über viele Gedanken und Ideen würde ich mich freuen.

Grüsse

Dares

[positronium]

...so müsste sich durch die Rotverschiebung sich diese Information doch langwelliger werden...

Ja, die Wellenlänge wird grösser, und damit die Energie kleiner.

...oder sogar ins sichtbare Licht rücken...

Prinzipiell ja, aber dafür braucht es eine gehörige Portion Rotverschiebung - Zahlen dazu habe ich leider nicht im Kopf.

...und somit auch nicht radioaktiv sein.

Photonen/EM-Wellen sind nicht radioaktiv, sie können aber so viel Energie tragen, dass sie beim Auftreffen auf Materie verschiedene Effekte auslösen - so auch solche, wie sie durch andere Strahlung verursacht werden: Aufbrechen chemischer Bindungen, Ionisierung etc.. Wenn die Energie durch Rotverschiebung weit genug sinkt, werden manche dieser Effekte natürlich unmöglich.

[Dares]

@Positronium
Danke für Deinen Beitrag und die Info`s. Das bringt mich etwas näher zu meiner Frage.

Nun gut, wie soll ich es besser formulieren oder ausdrücken? Mit meinem eigenen Sachverstand hinke da doch ein wenig hinterher.
Um es mal einfach zu sagen: Das Universum strahlt in allen erdenklichen Formen sei es nun Röntgensrahlung oder Infrarotstrahlung. Sind diese Informationen nicht völlig falsch da sich Wellenlängen durch die Expansion dehnen?

[positronium]

"Falsch" in dem Sinn nicht, aber natürlich (rot-)verschoben.
Weil keine Gleichverteilung im Spektrum vorliegt, macht das aber nichts. Wenn man zwei (näherungsweise) gleiche Objekte in verschiedenen Entfernungen vermisst, haben die Spektren die gleiche Struktur, die man durch Anwendung der Formeln zur Rotverschiebung deckungsgleich machen kann.

[Skeltek]

Wie ist das eigentlich, wenn ein Photon auf einen Graviattionstopf zu beschleunigen würde während sich der Raum zwischen Photon und Gravitationsquelle gleichermaßen ausdehnt; also dafür sorgt, dass der Abstand beider gleich bliebe?
Das eine führt ihm Energie zu und macht es kurzwelliger, das andere dehnt den Raum und macht es langwelliger.
Würde das Teilchen eine Frequenzänderung erfahren, wenn die Konstellation so gestaltet ist, dass der Abstand zur Gravitationsquelle gleich bleibt?

Im Grunde genommen fand ich die Standarderklärung der Rotverschiebung immer sehr dubios, zumal Photonen ja keine Ausdehnung in Flugrichtung haben, sondern nur eine senkrecht zur Flugrichtung...

[seeker]

Das Universum strahlt in allen erdenklichen Formen sei es nun Röntgensrahlung oder Infrarotstrahlung. Sind diese Informationen nicht völlig falsch da sich Wellenlängen durch die Expansion dehnen?

In aller Kürze: Diese Verschiebungen (Rot- und Blauverschiebung) kann man herausrechnen, wenn man sie kennt.

Z.b. geht das über Absorptions- und Emmissionslinien (Fraunhoferlinien, usw.), die meist in einem Strahlungsspektrum gefunden werden können.
Da gibt es dann Linien für Wasserstoff, Helium, usw. und wenn diese Linien von der Frequenz her nicht an der Stelle sind, wo sie sein müssten, dann kann man ausrechnen, wie stark das Licht verschoben wurde.

Schau dazu das Bild auf dieser Webseite hier an:
http://www.physikgrundlagen.de/redshift.html

Wie ist das eigentlich, wenn ein Photon auf einen Graviattionstopf zu beschleunigen würde während sich der Raum zwischen Photon und Gravitationsquelle gleichermaßen ausdehnt; also dafür sorgt, dass der Abstand beider gleich bliebe?

Du meinst ein einfallendes Photon in ein SL, dass ein paar Mrd Lichtjahre groß ist, während der Raum expandiert?
Hmm... das eine wäre gravitative Blauverschiebung, das andere expansive Rotverschiebung, könnte sich aufheben, wenn beide genau gleich sind.
Allerdings können beide eigentlich nur einen einzigen Augenblick gleich sein, weil sie sich mit der Zeit für das Photon unterschiedlich entwickeln.

Im Grunde genommen fand ich die Standarderklärung der Rotverschiebung immer sehr dubios, zumal Photonen ja keine Ausdehnung in Flugrichtung haben, sondern nur eine senkrecht zur Flugrichtung...

Wieso das?
Mal nen Sinus auf ein Gummiband und dann zieh das Band auseinender und schau wie sich die Wellenberge, die auch senkrecht stehen, voneinander entfernen...


Gruß
seeker

[positronium]

Im Grunde genommen fand ich die Standarderklärung der Rotverschiebung immer sehr dubios, zumal Photonen ja keine Ausdehnung in Flugrichtung haben, sondern nur eine senkrecht zur Flugrichtung...

viewtopic.php?f=79&t=3242&p=47312&hilit ... sch#p47312

[Skeltek]

@positronium:
Tut mir leid, falls ich darauf damals nicht nichmal geantwortet hatte.

Das Doppelspaltexperiment ist der Beweis dafür; der Streckenunterschied abseits der Mitte des Schirms zeigt, dass das Photon mit sich selbst an verschiedenen Entfernungen in Bewegungsrichtung interferieren kann.

Das beweist nur, dass es entlang seiner Zeit bzw Raumachse verschiedene Phasen/Zustände durchläuft
Das Doppelspaltexperiment beweist so also nur die Ausdehnung in zwei räumlichen Achsen und die zeitliche Periodenlänge ihres zyklischen Durchlaufs.
Ich dachte immer der Spin beinhaltet bereits eine implizite Aussage darüber, in wievielen Dimensionen ein Teilchen Wirkung überträgt (also omnidirektional, radial, transversal, zyklisch bzw Stoß, Scheerung usw)? Der Spin hängt ja soweit ich das in Erinnerung habe mit dem geometrischen Aufbau bzw der Wirkweise der Teilchen zusammen...

@seeker:
Die Sinuswelle auf dem Achsenkreuz bzw Gummiband beschreibt die zeitliche Entwicklung der Phase einer Welle, nicht die Form entlang der Ausbreitungsrichtung.
Der Zeitachse wird der Realteil einer komplexen Funktion e^(i*phi*t) zugeordnet. Dass Zeitachse und zurückgelegte Strecke als äquivalent betrachtet werden können liegt ja nur an der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit.

[positronium]

@positronium:
Tut mir leid, falls ich darauf damals nicht nichmal geantwortet hatte.

Du hattest geantwortet.

Das Doppelspaltexperiment ist der Beweis dafür; der Streckenunterschied abseits der Mitte des Schirms zeigt, dass das Photon mit sich selbst an verschiedenen Entfernungen in Bewegungsrichtung interferieren kann.

Das beweist nur, dass es entlang seiner Zeit bzw Raumachse verschiedene Phasen/Zustände durchläuft

Nein. Wenn das Photon nur zweidimensional wäre, könnte es im Fall des Doppelspaltexperiments nicht mit sich selbst interferieren. - Zwei Wellenfronten, als sich ausdehnende Kugeloberflächen (von den beiden Spalten ausgehend) beschrieben, würden stets als Schnittmenge nur einen Kreis (bzw. hinter der Wand einen Halbkreis) bilden. Deshalb braucht man eine "Dicke" in Ausbreitungsrichtung.

[tomS]

Ich habe hier was dazu geschrieben:

http://www.physikerboard.de/topic,40796 ... ebung.html
http://www.physikerboard.de/topic,43356 ... iband.html

[Skeltek]

@tomS:
Danke für die Links, denke zu deiner Erklärung zur Rotverschiebung durch Raumdehnung gibt es nicht viel hinzuzufügen.

Nein. Wenn das Photon nur zweidimensional wäre, könnte es im Fall des Doppelspaltexperiments nicht mit sich selbst interferieren. - Zwei Wellenfronten, als sich ausdehnende Kugeloberflächen (von den beiden Spalten ausgehend) beschrieben, würden stets als Schnittmenge nur einen Kreis (bzw. hinter der Wand einen Halbkreis) bilden. Deshalb braucht man eine "Dicke" in Ausbreitungsrichtung.

Ja, und diesem Model nach soll diese Dicke soll dann bis zu einem beliebigen Vielfachen der Wellenlänge groß sein? Es gibt ja auch nicht nur drei Maxima auf dem Schirm.
Und der Spaltabstand kann auch ein beliebiges vielfaches der Wellenlänge sein... es verringert lediglich die Wahrscheinlichkeit, dass das Photon auch durch geht.

Du weisst genau, dass das Model viele Widersprüche aufweist...
z.B. würde es übrigens auch bedeuten, dass beim Beschleunigen auf eine Gravitationsquelle zu, das hintere Ende schneller (v2>c) wäre als die Front(v1<v2) um kurzwelliger zu werden.

Es ist nicht klar, ob der Teil des Photons welcher durch den zweiten Spalt geht nicht eher mit einem dem Spalt kurz wechselwirkt und dort eine Verzögerung von einer oder mehreren Periodendauern erfährt während es dort innerhalb des Spaltes osziliert; schließich spiet die Spaltbreite dort eine wesentliche Rolle.

[positronium]

Ja, und diesem Model nach soll diese Dicke soll dann bis zu einem beliebigen Vielfachen der Wellenlänge groß sein?

Ja, es ist ein Modell; die Beschreibung als Wellenpaket.

Du weisst genau, dass das Model viele Widersprüche aufweist...

Auch ich habe meine Probleme damit. Das ist schon richtig.

z.B. würde es übrigens auch bedeuten, dass beim Beschleunigen auf eine Gravitationsquelle zu, das hintere Ende schneller (v2>c) wäre als die Front(v1<v2) um kurzwelliger zu werden.

Überlichtgeschwindigkeit tritt in der QM als Phasengeschwindigkeit immer auf.
Ich denke, die Beschleunigung ruhemassebehafteter Teilchen sollte man sich im Rahmen des Standardmodells als Verschiebung der Impulsverteilung hin zu Wellen mit höherer Energie vorstellen. Die genaue Entwicklung eines Wellenpakets hängt dann vom jeweils aktuellen Phasenzustand aller Wellen ab.

Es ist nicht klar, ob der Teil des Photons welcher durch den zweiten Spalt geht nicht eher mit einem dem Spalt kurz wechselwirkt und dort eine Verzögerung von einer oder mehreren Periodendauern erfährt während es dort innerhalb des Spaltes osziliert; schließich spiet die Spaltbreite dort eine wesentliche Rolle.

Leider kann ich nicht beurteilen, ob so etwas denkbar ist.

[Skeltek]

z.B. würde es übrigens auch bedeuten, dass beim Beschleunigen auf eine Gravitationsquelle zu, das hintere Ende schneller (v2>c) wäre als die Front(v1<v2) um kurzwelliger zu werden.

Überlichtgeschwindigkeit tritt in der QM als Phasengeschwindigkeit immer auf.
Ich denke, die Beschleunigung ruhemassebehafteter Teilchen sollte man sich im Rahmen des Standardmodells als Verschiebung der Impulsverteilung hin zu Wellen mit höherer Energie vorstellen. Die genaue Entwicklung eines Wellenpakets hängt dann vom jeweils aktuellen Phasenzustand aller Wellen ab.

Dem letzten Teil kann ich nur zustimmen.
Beim ersten Satz muss ich mir erstmal klar machen, was es bedeuten würde, wenn man sich das hinter Ende des Photons versucht als Einhüllende vorzustellen. Immerhin hinkt diese der Wellenfront immer hinterher.

[positronium]

Beim ersten Satz muss ich mir erstmal klar machen, was es bedeuten würde, wenn man sich das hinter Ende des Photons versucht als Einhüllende vorzustellen. Immerhin hinkt diese der Wellenfront immer hinterher.

Das Photon bzw. alle Teilchen werden in der QM ja eigentlich nur als Erscheinungen, weniger als etwas greifbares beschrieben. Ich denke auch, dass das nur ein Modell ist. Ich weiss nicht, in wie weit man das als Realität ernst nehmen kann. Es sind wohl Zweifel angebracht.

[seeker]

Ja...

Existieren Phononen? Inwiefern?
https://de.wikipedia.org/wiki/Phonon

Wo ist der Unterschied zu Photonen und 'echten' Teilchen?

Gruß
seeker

[Skeltek]

Ja, guter Einwand Seeker.
Natürlich kann man auch Photonen so wie Phononen als Phänomen statt Teilchen versuchen zu betrachten.
So wie eine frisch geschiedene Elektronenlücke im Cafe Supraleiter, während sie Eisenarsenid trinkt ^^
Aber auch Phänomene haben oft eine räumliche Anordnung/Systematik.

Hier ließe sich auch schön eine (Anti-)Parallele zur Schallwelle im sich verdünnenden Gas ziehen.

[tomS]

Ich sehe nicht, wo und in welchem Modell Ihr Probleme seht.

Man kann elektromagnetische Wellen betrachten und die resultierenden Einstein-Maxwell-Gleichungen lösen.
Man kann die geometrische Optik als Näherung betrachten und die Geodäten masseloser Testteilchen betrachten.
Und man könnte die vollständige QED auf einer gekrümmten Raumzeit formulieren, was in erster Näherung wieder auf die beiden zuvor genannten Modelle führt.

Ich sehe da kein Problem.

[positronium]

Ich sehe nicht, wo und in welchem Modell Ihr Probleme seht.

Ich meine damit die Modellierung durch ebene Wellen - wenn ich mich recht erinnere, hast auch Du sie als unphysikalisch bezeichnet. Sie bringen meiner Meinung nach etliche mathematische und logische Probleme mit sich, und doch scheinen sie für die Modellierung unverzichtbar. Wenn da nur nicht dieser blöde Zusammenhang zwischen Raum und Zeit bestünde...

[Skeltek]

In einer Näherung haben die meisten Modelle dieselben Formeln zu Grunde liegen.
Im Grunde genommen beschreiben Formeln in der Regel nur Relationen zwischen Meßbaren Größen.
Zwei völlig unterschiedliche Modelle können zu den exakt gleichen Formeln führen.

Wie man das Interferrenzmuster an einem Photo-Schirm hinter einem Doppelspalt genau berechnet können hier glaube die meisten völlig ohne Formelsammlung oder vorheriges anlesen herleiten und das wäre auch nicht wirklich eine problematische Frage oder sowas.

Mir wirkft sich eben einfach auch die Frage auf, welcher genaue geometrische Sachverhalt letztlich zu den allseits bekannten Formeln führt.

Zum Beispiel führt das Wandern einer Elektronenlücke in einem Leiter makroskopisch betrachtet zu ekat denselben Formeln wie die Wanderung eines Elektrons oder der Schwingung durch einen Isolator.
Drei völlig unterschiedliche Vorgänge die alle Energie transportieren, formeltechnisch genau gleich und für Vorgänge in der Praxis mit groben Formeln völlig ausreichend. Trotzdem wäre die Supraleiter-Forschung nie wirklich weiter gekommen, wenn sie es bei den makroskopischeren (durchaus richtigen) Näherungsmodel-Formeln belassen hätte.

Ich denke ob ein Photon eine Ausdehnung in Ausbreitungsrichtung tatsächlich hat oder es "in 99% der Praxis" dieselben Resultate liefert bzw nur den Anschein hat ist meiner Meinung nach ein relevanter und wesentlicher Unterschied.


Man denke da z.B. an evaneszente Wellen hinter einem Spiegel oder der Reflektion einer sonstigen EM-Welle an einer leitenden Metallwand...
zum in Spiegel sehen ist das völlig Banane, man sogar um das Spiegelbild zuberechnen völlig trivial Strahlensatzusw anwenden.
Trotzdem wird man sich bei einigen technisch anspruchsvolleren Anwendungen deutlich fragen, ob die Welle während der Reflektion eine Verzögerung von einer Periodendauer erfährt, oder direkt abgestrahlt wird.

Die meisten Menschen wissen nicht einmal was eine evanexzente Welle ist, manche stellen lediglich im Studium als tutor fest, dass irgendetwas mit den Formeln nicht stimmt, wenn die Welle sofort reflektiert wird und die Summe "hinter der Reflektionsfläche" nicht mehr stimmt...
(die Argumentation der elektrischen Phantomschwingungen innerhalb des Reflektionsmediums kenne ich,erklären aber einige Sachverhalte nicht und widersprechensich mit v<=c)

[tomS]

Ich sehe nicht, wo und in welchem Modell Ihr Probleme seht.

Ich meine damit die Modellierung durch ebene Wellen - wenn ich mich recht erinnere, hast auch Du sie als unphysikalisch bezeichnet. Sie bringen meiner Meinung nach etliche mathematische und logische Probleme mit sich, und doch scheinen sie für die Modellierung unverzichtbar.

Unendlich ausgedehnte ebene Wellen sind sicher nicht das Resultat eines physikalischen Prozesses, der innerhalb einer endlichen Zeit und eines begrenzten Raumbereiches abläuft und elektromagnetische Strahlung produziert. Aber mathenatisch bereiten sie bei der Betrachtung der Rotverschiebung keine Probleme.

Stell dir ein Wellenpaket als Überlagerung ebener Wellen vor, das einerseits groß im Vergleich zur Wellenlänge jedoch klein im Vergleich zu typischen Krümmungsskalen der Raumzeit ist. Damit hat man einerseits ein physikalisch sinnvolles Objekt, andererseits darf man immer noch das Bild (näherungsweiser) ebener Wellen verwenden.

[positronium]

Darin stimme ich mit Dir völlig überein.
Es geht mir doch nur (immer) darum, Probleme heutiger Sichtweisen/Theorien zu erkennen, und zu verstehen, was lediglich zur Modellierung taugt, aber wie im Fall der ebenen Wellen nicht der Natur entsprechen kann. Das sind oder sollten doch für Physiker Warnsignale sein, und sie sollten überlegen, ob diese Hilfsmittel in weiter gehenden Theorien noch brauchbar sein können (Wellengleichung...). Mir kommen dann eben so Fragen wie:
- Wie funktionieren ebene Wellen in geschlossenen Universen?
- Wie funktionieren sie in gekrümmter Raumzeit z.B. auf räumlich geschlossenen Geodäten?
- Wie funktionieren Sie, wenn sie etwa Schwarze Löcher überstreifen?
Dabei stossen sie in verschiedener Weise an Grenzen.
Das sind die Probleme. Dass man Rotverschiebung lokal beschreiben kann, ist ja davon völlig unbetroffen.
Man muss versuchen, der Natur nähere Beschreibungen zu finden, und hoffen, dass es solche gibt.

Ich bin sogar - vielleicht nur aus meiner Laienperspektive - geneigt, den Bewegungsgleichungen der QM den Wellencharakter abzusprechen. Die p²-Abhängigkeit der Krümmung möchte ich lieber als m²v²-Abhängigkeit sehen, und das v mit der Neigung der Achse der Gleichzeitigkeit von Ereignissen identifizieren. Dann hätte man es nur noch mit Drehungen in der komplexen Zahlenebene, je nach x- bzw. t-Richtung, in Abhängigkeit von der Masse bzw. der mechanischen Energie zu tun. Vermutlich aber nicht mehr mit unendlicher Ausdehnung, und diesem starren Konstrukt "ebene Welle".

[tomS]

Die ebenen Wellen (oder Verallgemeinerungen) sind zunächst lediglich mathenatische Hilfsmittel. Wenn du z.B. eine Taylorentwicklung von 1/(1-q) vornimmst, dann "existieren" die einzelnen Terme qⁿ auch nicht unbedingt separat, aber du darfst sie dennoch verwenden.

[Skeltek]

Was ist denn nun das Resultat?
Wie lässt sich die Wellenlängenabnahme "gravitativ beschleunigter" Photonen nun deuten?

Angenommen wir senden zwei Photonen mit jeweils 2 Meter Wellenlänge im Abstand von 1 Meter los, diese überschneiden sich in einem Meter.
Wenn diese kurzwelliger werden,und z.B. beide ihre Frequenz vervierfachen, gibt es keine temporäre Überschneidung mehr beim Durchgang durch den Detektor?
Also auch wenn man die Mektrik fallen lässt und die Überschneidung nicht mehr in Metern ausdrückt, gibt es kausal einen Widerspruch.
Erklären ließe sich dies auch dadurch, dass nahe der gravitativen Quelle ein Meter gestreckt wird... wobei wir aber auch wissen, dass das Gegenteil der Fall sein sollte...

Vor allem nun auch die Frage bezüglich dem "mit sich selbst" interferrieren, was positronium weiter oben ansprach:
Wenn ein Photon die wellenlänge 1 Meter hätte, wieviele Schwingungen soll es denn dann haben? Ein Teil der Interferrenzkomponenten wäre ja dann um ein vielfaches der Periodendauer verschoben...

Wurde eigentlich jemals überprüft, ob beim Doppelspaltexperiment die Photonen manchmal um ein bis zwei Periodendauern verzögert ankommen könnten? Mir sind dazu irgendwie keine Experimente bekannt.

[positronium]

Angenommen wir senden zwei Photonen mit jeweils 2 Meter Wellenlänge im Abstand von 1 Meter los, diese überschneiden sich in einem Meter.

Die Photonen werden als Wellenpakete modelliert; dabei hat die Ausdehnung des Wellenpakets nicht direkt etwas mit der Wellenlänge zu tun.
Man kann jedes Photonenwellenpaket der mathematischen Einfachheit als Gaußverteilung darstellen. Wie stark sich diese Distributionen überlagern, könnte man in etwa so beschreiben, wie Du es oben getan hast. Es gilt aber nicht: Ausdehnung des Wellenpakets=Wellenlänge.

Wenn diese kurzwelliger werden,und z.B. beide ihre Frequenz vervierfachen, gibt es keine temporäre Überschneidung mehr beim Durchgang durch den Detektor?

Es ist die Form und Entfernung der Maxima der Wellenpakete, die sich ändern. Wie die Entwicklung z.B. beim Fall in ein SL (graphisch) aussieht, kann ich so nicht sagen - müsste ich nachrechnen.

Vor allem nun auch die Frage bezüglich dem "mit sich selbst" interferrieren, was positronium weiter oben ansprach:
Wenn ein Photon die wellenlänge 1 Meter hätte, wieviele Schwingungen soll es denn dann haben? Ein Teil der Interferrenzkomponenten wäre ja dann um ein vielfaches der Periodendauer verschoben...

Verstehe ich leider nicht. Schaue doch einmal den Artikel zum Wellenpaket auf Wikipedia an: https://de.wikipedia.org/wiki/Wellenpaket