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Red Shift: Photonen, aber nicht Elektronen? 27 08. 2020 22:06 #75285

Die Rotverschiebung soll ja durch die Dehnung der Raumzeit verursacht werden.
D.h. die Photonen werden direkt von der Ausdehnung der Raumzeit beeinflusst.
Sie müssen also irgendwie mit der Raumzeit verbunden sein (sonst würde ja nichts passieren).

Elektronen werden wie Photonen auch mit Wellenfunktionen beschrieben.
Sie haben auch eine (De Broglie) Wellenlänge (λ=h/(m*v)).
Es wäre also logisch, dass Elektronen auch durch die Dehnung der Raumzeit beeinflusst werden (sonst macht das keinen Sinn, warum nur Photonen und nicht Elektronen?).
Elektronen müssten also entweder an Masse oder an Geschwindigkeit verlieren it der Zeit (λ=h/(m*v), auch bei der relativistische Variate mit dem Lorentz-Faktor).

Was ist die Erklärung in der Kosmologie?
Die Geschwindigkeit v eines Elektrons ist z.B. bei einem Wasserstoffatom klar definiert, sie kann nicht einfach kleiner werden. Dass die Masse kleiner wird, scheint auch nicht sehr Sinnvoll zu sein.

Ist das nicht eine Inkonsistenz?

(Anmerkung: es ist schon klar, z.B. Galaxien nicht grösser werden wegen der Gravitation, oder dass Planten auch nicht grösser werden. Aber wie steht es mit einem einzelnen Elektron oder mit einem Elektron, das an ein Wasserstoffatom gebunden ist)

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Red Shift: Photonen, aber nicht Elektronen? 27 08. 2020 22:50 #75287

...D.h. die Photonen werden direkt von der Ausdehnung der Raumzeit beeinflusst. Sie müssen also irgendwie mit der Raumzeit verbunden sein (sonst würde ja nichts passieren).

Korrekt.

... wäre also logisch, dass Elektronen auch durch die Dehnung der Raumzeit beeinflusst werden (sonst
Elektronen müssten also entweder an Masse oder an Geschwindigkeit verlieren.

Im Prinzip ja. Nur gibt es keine freien Elektronen. Und in einem Atom dehnt sich der Raum nicht aus.

Nachvollziehbare Mathematik ist notwendige Grundlage zur Beurteilung von physikalischen Modellen.

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Red Shift: Photonen, aber nicht Elektronen? 27 08. 2020 23:08 #75291

korosten schrieb: Ist das nicht eine Inkonsistenz?

Wie man es nimmt, es hat aber tatsächlich unterschiedliche Auswirkungen. Licht verliert Energie E'=E/a, Materie nicht.

Ich bin mir aber nicht ganz sicher, ob die Expansion nicht auch Auswirkung auf die Pekuliargeschwindigkeit hat, das spielt ja bei der Energie keine nennenswerte Rolle.

Andererseits gewinnt Materie die Rezessionsgeschwindigkeit, was man auch wieder als Energiegewinn ansehen kann, wenn dies auch nicht frei verfügbar ist, wie sonstige Relativbewegungen.
Michael D. schrieb: Im Prinzip ja. Nur gibt es keine freien Elektronen. Und in einem Atom dehnt sich der Raum nicht aus.

Naja heute schon, aber die Reionisierung dauerte schon eine zeitlang

wiki:
Der zweite Phasenübergang begann, als sich im frühen Universum Objekte bildeten, die energiereich genug waren, um Wasserstoff zu ionisieren. Während sich diese Objekte bildeten und Energie abstrahlten, wechselte das Universum vom neutralen Zustand zurück zu einem ionisierten Plasma. Diese Periode dauerte etwa zwischen 150 Millionen bis 1 Milliarde Jahre

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Red Shift: Photonen, aber nicht Elektronen? 28 08. 2020 07:46 #75300

Bei freien Elektronen denkt ihr, dass die Ausdehnung der Raumzeit das Elektron beeinflusst, aber bei einem am Atom gebundenen nicht?
Warum? In beiden Fällen wird das Elektron durch eine Wellenfunktion beschrieben. Das Elektron kann ja nicht wissen, ob es gebunden ist oder nicht :-) (meine ich nicht ganz wörtlich). Entweder müssten doch alle QM Wellenfunktionen beeinflusst werden oder keine. Es scheint mir nicht konsistent zu sein, wenn nur gewisse Wellenfunktionen beeinflusst werden (nur das Photon und freie Elektronen, aber gebundene nicht). Welche Wellenfunktionen denn?

Es sind nicht alle Elektronen gebunden. Es gibt im Universum Plasma ( de.wikipedia.org/wiki/Plasma_(Physik) ), z.B. Sonnenwind, bei dem die Elektronen nicht gebunden sind. Würde das denn heißen, dass sie wieder beeinflusst werden, wenn sie frei sind, und nicht mehr, wenn sie gebunden sind? Und was bewirkt denn die Dehnung? Da λ=h/(m*v) müsste sich entweder die Masse oder die Geschwindigkeit ändern (also weniger Masse oder weniger Geschwindigkeit). Ich nehme an, man vermutet, dass die Masse immer gleich ist, also müsste sich die Geschwindigkeit ändern.
Ich denke das müsste man sich mal genauer überlegen, ich habe aber dazu bisher keine Literatur gefunden.

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Red Shift: Photonen, aber nicht Elektronen? 28 08. 2020 08:19 #75302

Die Entfernung Elektron-Wasserstoffkern vergrößert sich nicht durch die Ausdehnung des Universums, daher gibt es hier auch keine Rotverschiebung.

Interessant wäre es, wenn freie Elektronen (etwa aus einem Jet) viele Megaparsecs ungestört fliegen könnten. Da würde ich annehmen, dass sie genauso wie Photonen kinetische Energie verlieren und sich ihre Wellenlänge dann rotverschiebt. Ob so etwas aktuell gemessen werden kann, weiß ich nicht.

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Red Shift: Photonen, aber nicht Elektronen? 28 08. 2020 08:39 #75304

korosten schrieb: Die Rotverschiebung soll ja durch die Dehnung der Raumzeit verursacht werden.
D.h. die Photonen werden direkt von der Ausdehnung der Raumzeit beeinflusst.

Kann man das wirklich so sagen? Nach meinem Verständnis werden die Photonen selbst nicht beeinflusst, nur unsere Wahrnehmung von ihnen. Der Rückenwind eines Radfahrers ist für den Zuschauer am Straßenrand immer gleich stark, auch wenn ihn der Radfahrer mehr oder weniger spürt, weil er gleicher Richtung unterwegs ist.

Die Rotverschiebung von Photonen beruht auf dem gleichen Effekt: Weil sich der Raum ausdehnt, bewegen wir uns in gleicher Richtung wie ein ankommendes Photon und es entsteht nur der Eindruck, als hätte es intrinsisch Energie verloren.

Also sprach das Photon: Wo wir sind ist vorne! Und sollten wir mal hinten sein, dann ist hinten vorne!

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Also sprach das Photon: Wo wir sind ist vorne! Und sollten wir mal hinten sein, dann ist hinten vorne!

Red Shift: Photonen, aber nicht Elektronen? 28 08. 2020 09:20 #75306

Nach meinem Verständnis werden die Photonen selbst nicht beeinflusst, nur unsere Wahrnehmung von ihnen.

Das würde dann aber bedeuten, dass das Photon nicht von der Raumzeit beeinflusst wird. Es würde also nicht gedehnt werden.
Es hätte in dem Fall einfach einen längeren Weg zurückgelegt - warum sollte es dann rotverschoben sein? Was wäre der Mechanismus?
Wenn die Raumzeit-Ausdehnung keinen direkten Einfluss auf das Photon selber hätte, wie würde man dann die Rotverschiebung erklären?
Ein Photon, das durch ein Gravitationspotential "bergauf" fliegt, wird ja auch rotverschoben, also schient mir, hat die Raumzeit einen Einfluss auf das Photon selber. Oder was meint ihr? :-) Ich sehe jetzt 2 gegensätzliche Meinungen von euch :-).

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Red Shift: Photonen, aber nicht Elektronen? 28 08. 2020 13:44 #75319

korosten schrieb:

Nach meinem Verständnis werden die Photonen selbst nicht beeinflusst, nur unsere Wahrnehmung von ihnen.

Das würde dann aber bedeuten, dass das Photon nicht von der Raumzeit beeinflusst wird. Es würde also nicht gedehnt werden.

Das ist richtig. Man muss allerdings immer zwischen dem Energieerhalt (absoluter Betrag) und der lokal wirksamen Energie (lokale Messung) unterscheiden.

Bei der klassischen Rotverschiebung (Dopplereffekt) ändert sich selbstverständlich nicht die Energie, sie ist nur für den Empfänger weniger wert.

Bei der Rotverschiebung der SRT ergibt sich die Rotverschiebung aus der Zeitdilatation. Die Energie bleibt ebenfalls unverändert, das Photon hat von Anfang an aus Sicht eines Beobachters mit einer schnelleren Zeit weniger Energie.

Genau das Gleiche gilt auch bei der gravitativen Rotverschiebung der ART. Das Photon ändert seine Energie beim Potentialwensel nicht und genau deshalb erscheint es weiter innen im Potentialtopf blauverschoben und energiereicher, weil es im Vergleich zur dortigen Zeitdilatation viel schneller schwingt.

Bei der kosmischen Zeitdilatation ist es ebenso, allein mit dem Unterschied, dass Licht in beiden Richtungen rotverschoben wird, die Energie also dauerhaft verloren ist. Das ist beim Dopplereffekt aber auch nicht anders, denn wenn ein bewegter Spiegel Licht reflektiert, dann wird es nochmals rotverschoben, der Erstsender empfängt das reflektierte Licht also doppelt rotverschoben (Radarmessung). Die Energie geht dort natürlich nicht "verloren", sie ist als kaum merklicher Impulsübertrag erhalten.

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Red Shift: Photonen, aber nicht Elektronen? 28 08. 2020 17:45 #75341

Wie ich gerade von einem ehemaligen Forenmitglied Yukterez erfahren habe, stimmt auch Deine Vermutung, dass die Pekuliargeschwindigkeit (zB freie Elektronen) mit der Expansion langsamer wird.

β' = β·a/²(1-β²+β²a²)

Setzt man hier β=1, dann ändert sich daran nichts.
Aber aus β=0,99999 ergibt sich für z=1090 bereits β'=0,2 als heutiger Wert.

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Red Shift: Photonen, aber nicht Elektronen? 28 08. 2020 18:56 #75348

Cool! Wie heisst diese Formel (woher kommt sie und was ist beta und alpha?)?

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Red Shift: Photonen, aber nicht Elektronen? 28 08. 2020 19:12 #75350

a=1/(z+1) ist der Skalenfaktor
und β=v/c ist dasselbe wie in der SRT.

Die Formel lautet
((EDIT da war ein Dreher drin))
A²V²(1-v²/c²) = a²v²(1-V²/c²) oder auch
V·Γ·A = v·γ·a

mit v und a zu einer Zeit und V und A zur anderen Zeit nebst den jeweiligen Lorentzfaktoren Γ bzw γ zB heute A=1 bzw Z=0

v bzw V ist aber ausschließlich die Pekuliargeschwindigkeit zu den jeweiligen Zeiten.

Mit anderen Worten, v·γ (das ist der spezifische relativistische Impuls von Teilchen) wird einfach mit a skaliert.

Bei Photonen ist der spezif.Impuls immer c. Hier wird ja die Energie E ~ f skaliert. Bei Teilchen ist es die kinetische Energie (E-c²m) ~ γ·v

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Red Shift: Photonen, aber nicht Elektronen? 28 08. 2020 22:33 #75364

Wenn die Raumzeit-Ausdehnung keinen direkten Einfluss auf das Photon selber hätte, wie würde man dann die Rotverschiebung erklären?

Es gibt 2 Möglichkeiten zur Erklärung der Dehnung von Wellenlängen:

1. Bei der Ausdehnung des Universums entsteht neuer infinitesimaler Raum zwischen zwei Wellenbergen.
2. Der vorhandene Raum besteht aus einer konstanten Menge von diskreten Raumvolumina, die sich bei der Ausdehnung des Universums vergrößern und die Wellenlängen mit.

In beiden Fällen ist das elektromagnetische Feld an den Raum gekoppelt.

Nachvollziehbare Mathematik ist notwendige Grundlage zur Beurteilung von physikalischen Modellen.

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Red Shift: Photonen, aber nicht Elektronen? 28 08. 2020 22:41 #75365

1. Bei der Ausdehnung des Universums entsteht neuer infinitesimaler Raum zwischen zwei Wellenbergen.

Theoretisch kann man sich das ja schon ausdenken, aber das scheint mir physikalisch nicht sehr plausibel zu sein :-)

2. Der vorhandene Raum besteht aus einer konstanten Menge von diskreten Raumvolumina, die sich bei der Ausdehnung des Universums vergrößern und die Wellenlängen mit..

Das scheint mir eher plausibel zu sein. Aber eben, dann muss das Photon ja am Raum irgendwie "angehängt" sein, sonst gäbe es ja keine Dehnung.
Das heisst die Raumzeit beeinflusst direkt das Photon. (Und mit der Überlegung müsste es eben auch andere Wellenfunktionen beeinflussen können, nicht nur Photonen).

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Red Shift: Photonen, aber nicht Elektronen? 28 08. 2020 23:09 #75372

korosten schrieb: Aber eben, dann muss das Photon ja am Raum irgendwie "angehängt" sein, sonst gäbe es ja keine Dehnung.

Das elektromagnetische Feld ist gekoppelt. Ein Photon ist nur eine Energieportion davon.

...mit der Überlegung müsste es eben auch andere Wellenfunktionen beeinflussen können, nicht nur Photonen.

Nur wenn die Kopenhagener Interpretation falsch ist. Wahrscheinlichkeitswellen sind dehnungsresistent.

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Red Shift: Photonen, aber nicht Elektronen? 29 08. 2020 00:15 #75374

Michael D. schrieb: Nur wenn die Kopenhagener Interpretation falsch ist. Wahrscheinlichkeitswellen sind dehnungsresistent.

Ich habe mich mit der Frage nicht beschäftigt, aber die Wahrscheinlichkeiten sind für Raumpunkte gültig, und wenn diese "wandern", dann auch die Wahrscheinlichkeit.

Die Expansion verdünnt das Licht mit 1/a³, das bedeutet, dass sich die Wahrscheinlichkeit eines Photons mit der Expansion 1/a³ verdünnt.

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