Liénard-Wiechert-Potentiale / Schwere Masse, Paarvernichtung und kosmische Expansion
Verfasst: 30. Okt 2016, 13:10
Hallo allerseits,
mit diesem Betrag möchte ich mal einen Denkanstoß geben. Er besteht aus zwei Teilen, die meines Erachtens aber zusammengehören. Der erste Teil ist klassische Physik par excellence. Der zweite Teil ist moderne Physik. Ich hoffe auf eine rege Diskussion ...
Vermutlich hat jeder schon mal von den Liénard-Wiechert-Potentialen gehört. Falls nicht, es handelt sich dabei um die Lösung der Maxwell-Gleichungen für bewegte Punktladungen. Man kann damit zum Beispiel die Kraft berechnen, die eine bewegte elektrische Punktladung wahrnimmt, wenn sie sich relativ zu einer anderen ruhenden elektrischen Punktladung bewegt. Falls die Geschwindigkeit klein gegenüber der Lichtgeschwindigkeit ist und beide Ladungen nicht zu weit voneinander entfernt sind, gilt näherungsweise (Taylor-Reihe, Abbruch nach dem zweiten Glied)
Dabei ist q_d die elektrische Ladung der Zielladung, q_s die elektrische Ladung der Quellladung, \vec{v} die Relativgeschwindigkeit, \vec{r} der Richtungsvektor von der Zielladung auf die Quellladung aus dem Bezugssystem des Ziels, r ist der Abstand, v ist der Betrag der Relativgeschwindigkeit, c ist die Lichtgeschwindigkeit und \varepsilon_0 ist die Dielektrizitätskonstante.
Diese Formel ist also für praktisch alle elektrischen Ladungen in unserer alltäglichen Umgebung verwendbar. Um eine magnetische Kraft muss man sich nicht kümmern, weil man sich die krafterzeugende Ladung als ruhend und die Empfängerladung als bewegt vorstellen kann (Relativitätsprinzip). Falls die Differenzgeschindigkeit Null ist, erhält man wie man sieht das Coulombgesetz.
Das Coulombgesetz ist langweilig. Interessant wird es aber, wenn die Differenzgeschindigkeit nicht Null ist. In diesem Fall kann man sich mal anschauen, wie die Kraft von der Bewegungsrichtung abhängt. Bewegt sich die Ladung nämlich genau auf die krafterzeugende Ladung zu oder von dieser weg, so sind Richtungsvektor und Geschwindigkeitsvektor parallel und das Skalarprodukt aus beidem entspricht r mal v. Die Kraft ist damit gleich
d.h. etwas kleiner als die Coulombkraft. Wenn der Richtungsvektor jedoch senkrecht auf den Geschwindigkeitsvektor steht, wird das Skalarprodukt Null und man erhält
Die elektrische Kraft ist diesmal also etwas stärker als die Coulombkraft. Das bedeutet, dass das kugelförmige E-Feld aus Sicht einer bewegten Ladung etwas elliptisch erscheint (Siehe Skizze).
Woher kommt das? Die Antwort der Physik auf diese Frage lautet: Relativität. Ich möchte an dieser Stelle nicht weiter darauf eingehen, aber man kann zeigen, dass diese elliptische Verformung zur Lorentzkraft führt und das man im Grunde über Magnetismus nichts weiter wissen muss (Wenn Interesse besteht, ich erkläre es gerne mal).
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Mir geht es hier aber nicht um Magnetismus, sondern darum, was passiert, wenn man sehr viele elektrische Punktladungen auf engstem Raum einsperrt und sie dort umherdiffundieren lässt. Ich setze an dieser Stelle mal voraus, dass die elektrische Kraft auf extrem kurzem Abstand (< Quarkdurchmesser) plötzlich aufhört zu wirken. Die Punktladungen in einem solchen kleinen Raumvolumen bilden dann ein Gas, wobei die Punktladungen nicht untereinander wechselwirken können. Eine Kraft "sehen" sie nämlich nur, wenn sie sich etwas zu weit von den anderen Ladungen entfernen. Ansonsten können sie sich frei bewegen.
Betrachtet man nun ein solches Gebilde von außen, so bewegen sich die meisten Ladungen quer zum Beobachter und nicht auf diesen zu oder von ihm weg. Grund dafür ist die Statistik, denn es gibt ja nur eine Achse für eine senkrechte Bewegung, aber sehr viele für eine Querbewegung. Die logische Schlussfolgerung ist, die elektrische Kraft muss sich durch die Bewegung verstärken, und zwar in alle Richtungen gleichermaßen. Dabei ist die Verstärkung, wie man zeigen kann, proportional zur Geschwindigkeitsvarianz aller Punktladungen. Statt "Geschwindigkeitsvarianz" kann man auch gleich "Temperatur" sagen.
Jetzt könnte man einwenden, dass diese Verstärkung irrelevant ist, da man ja positive und negative Ladungen hat und sich die Verstärkung beider Teilkräfte genau aufhebt. Das ist aber nur dann richtig, wenn die Temperatur der negativen Ladungsmenge genau der Temperatur entspricht, die auch die positive Ladungsenge hat. Gibt es aber eine Abweichung, so erscheint das Objekt elektrisch geladen, obwohl vielleicht die Menge an positiver und negativer Ladungen genau gleich groß ist.
Mal angenommen, die negative Ladungswolke besitzt eine höhere Temperatur. Diese behält sie auch, da die Ladungen untereinander nicht wechselwirken, sondern nur mit der Hülle. In diesem Fall würde die negative Ladung dominieren. Man müsste nun etwas positive Ladung hinzufügen, um das Objekt wieder neutral zu bekommen. Neutral bedeutet, man fügt eine ruhende Probeladung weit außerhalb des Gebildes hinzu und misst, ob eine Kraft auftritt. Falls nein, ist das Gebilde elektrisch neutral.
Jetzt kommt's. Verwendet man statt einer elektrischen Probeladung ein baugleiches elektrisch neutrales Gebilde (negative Ladungen mit einer etwas höheren Temperatur, dafür aber in der Anzahl geringer), so stellt man eine leichte, zentral gerichtete Anziehungskraft fest. Die Kraft nimmt dabei mit dem Quadrat des Abstandes zwischen den beiden Gebilden ab. Den gleichen Effekt beobachtet man, wenn man zwei Gebilde hat, bei denen die positive Ladungsmenge eine etwas höhere Temperatur besitzt. Auch hier tritt wieder eine Anziehung auf. Das alles ist keine Spekulation; man kann es nachrechnen.
Meine Schlussfolgerung ist nun folgende: Elementarteilchen bestehen aus elektrischen Ladungen, die sich weitgehend neutralisieren. Die Temperaturunterschiede machen sich als schwere Masse bemerkbar, denn die Anziehung ist wohl einfach nur die Gravitation. Elementarteilchen, in denen die negative Ladungsmenge eine höhere Temperatur besitzt ist Materie. Die andere Sorte ist Antimaterie. Falls diese Interpretation richtig ist, gibt es zwischen Materie und Antimaterie eine abstoßende Kraft. Ich erkläre mir damit übrigens die kosmische Expansion.
Weiterhin erkläre ich mir damit die Paarvernichtung von Elektron und Positron: die negative Ladungsmenge des Elektrons wechselt zur gleich großen und gleich temperierten positiven Ladungsmenge des Positrons. Zusammen bildet sich ein elektrisch neutrales Objekt ohne schwere Masse, denn Temperatur und Menge beider Ladungsmengen stimmt überein. Das gleiche gilt für die beiden anderen Ladungsmengen. Man erhält also zwei masselose, neutrale Objekte, die nun ihre Energie an die Umgebung abgeben können, da sie sich bei Temperaturverlust nicht elektrisch aufladen. Ich interpretiere diese beiden Objekte als Photonen.
Was haltet ihr von diesem elektrischen Modell der schweren Masse?
Viele Grüße
Steffen
mit diesem Betrag möchte ich mal einen Denkanstoß geben. Er besteht aus zwei Teilen, die meines Erachtens aber zusammengehören. Der erste Teil ist klassische Physik par excellence. Der zweite Teil ist moderne Physik. Ich hoffe auf eine rege Diskussion ...
Vermutlich hat jeder schon mal von den Liénard-Wiechert-Potentialen gehört. Falls nicht, es handelt sich dabei um die Lösung der Maxwell-Gleichungen für bewegte Punktladungen. Man kann damit zum Beispiel die Kraft berechnen, die eine bewegte elektrische Punktladung wahrnimmt, wenn sie sich relativ zu einer anderen ruhenden elektrischen Punktladung bewegt. Falls die Geschwindigkeit klein gegenüber der Lichtgeschwindigkeit ist und beide Ladungen nicht zu weit voneinander entfernt sind, gilt näherungsweise (Taylor-Reihe, Abbruch nach dem zweiten Glied)
Dabei ist q_d die elektrische Ladung der Zielladung, q_s die elektrische Ladung der Quellladung, \vec{v} die Relativgeschwindigkeit, \vec{r} der Richtungsvektor von der Zielladung auf die Quellladung aus dem Bezugssystem des Ziels, r ist der Abstand, v ist der Betrag der Relativgeschwindigkeit, c ist die Lichtgeschwindigkeit und \varepsilon_0 ist die Dielektrizitätskonstante.
Diese Formel ist also für praktisch alle elektrischen Ladungen in unserer alltäglichen Umgebung verwendbar. Um eine magnetische Kraft muss man sich nicht kümmern, weil man sich die krafterzeugende Ladung als ruhend und die Empfängerladung als bewegt vorstellen kann (Relativitätsprinzip). Falls die Differenzgeschindigkeit Null ist, erhält man wie man sieht das Coulombgesetz.
Das Coulombgesetz ist langweilig. Interessant wird es aber, wenn die Differenzgeschindigkeit nicht Null ist. In diesem Fall kann man sich mal anschauen, wie die Kraft von der Bewegungsrichtung abhängt. Bewegt sich die Ladung nämlich genau auf die krafterzeugende Ladung zu oder von dieser weg, so sind Richtungsvektor und Geschwindigkeitsvektor parallel und das Skalarprodukt aus beidem entspricht r mal v. Die Kraft ist damit gleich
d.h. etwas kleiner als die Coulombkraft. Wenn der Richtungsvektor jedoch senkrecht auf den Geschwindigkeitsvektor steht, wird das Skalarprodukt Null und man erhält
Die elektrische Kraft ist diesmal also etwas stärker als die Coulombkraft. Das bedeutet, dass das kugelförmige E-Feld aus Sicht einer bewegten Ladung etwas elliptisch erscheint (Siehe Skizze).
Woher kommt das? Die Antwort der Physik auf diese Frage lautet: Relativität. Ich möchte an dieser Stelle nicht weiter darauf eingehen, aber man kann zeigen, dass diese elliptische Verformung zur Lorentzkraft führt und das man im Grunde über Magnetismus nichts weiter wissen muss (Wenn Interesse besteht, ich erkläre es gerne mal).
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Mir geht es hier aber nicht um Magnetismus, sondern darum, was passiert, wenn man sehr viele elektrische Punktladungen auf engstem Raum einsperrt und sie dort umherdiffundieren lässt. Ich setze an dieser Stelle mal voraus, dass die elektrische Kraft auf extrem kurzem Abstand (< Quarkdurchmesser) plötzlich aufhört zu wirken. Die Punktladungen in einem solchen kleinen Raumvolumen bilden dann ein Gas, wobei die Punktladungen nicht untereinander wechselwirken können. Eine Kraft "sehen" sie nämlich nur, wenn sie sich etwas zu weit von den anderen Ladungen entfernen. Ansonsten können sie sich frei bewegen.
Betrachtet man nun ein solches Gebilde von außen, so bewegen sich die meisten Ladungen quer zum Beobachter und nicht auf diesen zu oder von ihm weg. Grund dafür ist die Statistik, denn es gibt ja nur eine Achse für eine senkrechte Bewegung, aber sehr viele für eine Querbewegung. Die logische Schlussfolgerung ist, die elektrische Kraft muss sich durch die Bewegung verstärken, und zwar in alle Richtungen gleichermaßen. Dabei ist die Verstärkung, wie man zeigen kann, proportional zur Geschwindigkeitsvarianz aller Punktladungen. Statt "Geschwindigkeitsvarianz" kann man auch gleich "Temperatur" sagen.
Jetzt könnte man einwenden, dass diese Verstärkung irrelevant ist, da man ja positive und negative Ladungen hat und sich die Verstärkung beider Teilkräfte genau aufhebt. Das ist aber nur dann richtig, wenn die Temperatur der negativen Ladungsmenge genau der Temperatur entspricht, die auch die positive Ladungsenge hat. Gibt es aber eine Abweichung, so erscheint das Objekt elektrisch geladen, obwohl vielleicht die Menge an positiver und negativer Ladungen genau gleich groß ist.
Mal angenommen, die negative Ladungswolke besitzt eine höhere Temperatur. Diese behält sie auch, da die Ladungen untereinander nicht wechselwirken, sondern nur mit der Hülle. In diesem Fall würde die negative Ladung dominieren. Man müsste nun etwas positive Ladung hinzufügen, um das Objekt wieder neutral zu bekommen. Neutral bedeutet, man fügt eine ruhende Probeladung weit außerhalb des Gebildes hinzu und misst, ob eine Kraft auftritt. Falls nein, ist das Gebilde elektrisch neutral.
Jetzt kommt's. Verwendet man statt einer elektrischen Probeladung ein baugleiches elektrisch neutrales Gebilde (negative Ladungen mit einer etwas höheren Temperatur, dafür aber in der Anzahl geringer), so stellt man eine leichte, zentral gerichtete Anziehungskraft fest. Die Kraft nimmt dabei mit dem Quadrat des Abstandes zwischen den beiden Gebilden ab. Den gleichen Effekt beobachtet man, wenn man zwei Gebilde hat, bei denen die positive Ladungsmenge eine etwas höhere Temperatur besitzt. Auch hier tritt wieder eine Anziehung auf. Das alles ist keine Spekulation; man kann es nachrechnen.
Meine Schlussfolgerung ist nun folgende: Elementarteilchen bestehen aus elektrischen Ladungen, die sich weitgehend neutralisieren. Die Temperaturunterschiede machen sich als schwere Masse bemerkbar, denn die Anziehung ist wohl einfach nur die Gravitation. Elementarteilchen, in denen die negative Ladungsmenge eine höhere Temperatur besitzt ist Materie. Die andere Sorte ist Antimaterie. Falls diese Interpretation richtig ist, gibt es zwischen Materie und Antimaterie eine abstoßende Kraft. Ich erkläre mir damit übrigens die kosmische Expansion.
Weiterhin erkläre ich mir damit die Paarvernichtung von Elektron und Positron: die negative Ladungsmenge des Elektrons wechselt zur gleich großen und gleich temperierten positiven Ladungsmenge des Positrons. Zusammen bildet sich ein elektrisch neutrales Objekt ohne schwere Masse, denn Temperatur und Menge beider Ladungsmengen stimmt überein. Das gleiche gilt für die beiden anderen Ladungsmengen. Man erhält also zwei masselose, neutrale Objekte, die nun ihre Energie an die Umgebung abgeben können, da sie sich bei Temperaturverlust nicht elektrisch aufladen. Ich interpretiere diese beiden Objekte als Photonen.
Was haltet ihr von diesem elektrischen Modell der schweren Masse?
Viele Grüße
Steffen