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THEMA: Gedankenexperiment mit Spiegeln

Gedankenexperiment mit Spiegeln 20 Aug 2017 11:21 #18842

Ich beschreibe mal folgendes Gedankenexperiment:

Im ansonsten kräftefreien und materiefreien Weltraum befinden sich zwei "im optischen Bereich gute" Spiegel. Diese sind absolut parallel zueinander angeordnet.

Nun gelingt es, einen stärkeren Puls eines gepulsten optischen Lasers zwischen den beiden Spiegeln einzubringen, so dass dieser permanent zwischen den Spiegeln reflektiert wird. Der Puls trifft die beiden Spiegel jeweils in ihrem Schwerpunkt, so dass auf die Spiegel kein Drehimpuls übertragen wird.

Was passiert jetzt mit den Spiegeln und dem Laserpuls, insbesondere im Bezug auf Energieerhaltung und Impulserhaltung?

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Gedankenexperiment mit Spiegeln 20 Aug 2017 12:08 #18843

  • Chris
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Ein Spiegel davon kurz Lichtdurchlässig machen, so das man diesen Laserstrahl einfangen kann, ansonsten wird es schwer, und man muss mit großen Entfernungen arbeiten. :D

Und dann?... treiben diese Spiegel auseinander.
Der Laserstrahl wird Rötlicher und Rötlicher je weiter er von uns sich entfernt.
Energieerhaltung?... welche? Ich entdecke da nur diesem besagten Strahlungsdruck wo die Spiegel auseinander Treibt. Ist da noch mehr Energie wo erhalten werden möchte? in diesem beschleunigten System.

//: Ich hoffe sehr mit der aussage "ansonsten kräftefreien" darf ich mit Gravitativ nicht wirkenden Spiegeln arbeiten.

Ja ich kann alles, sogar definieren was ich nicht kann.

Man muss noch Chaos in sich haben, um einen tanzenden Stern gebären zu können.
**Der Friedrich**

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Gedankenexperiment mit Spiegeln 20 Aug 2017 15:36 #18844

Dabei stelle ich mir noch ein paar Fragen zu der Beschaffenheit der Spiegel.

Reflektieren die Spiegel den laserimpuls verlustfrei oder wird dabei ein Teil des Lichtes verstreut?
Wenn die Spiegel verlustfrei reflektieren, dann wird man schon mal den Impuls als Beobachter wahrnehmen bzw. Messen können. Der laserimpuls würde dann hin und her pendeln ohne das man ihn messen kann (außer durch Unterbrechung), die Spiegel würden wahrscheinlich wie Chris es beschrieben hat auseinander treiben.
Reflektieren die Spiegel nicht verlustfrei, dann kann man als Beobachter einen Teil des Lichtes wahrnehmen wenn dieser am Spiegel verstreut wird. Dann kann man am verstreuten Licht Messungen vornehmen, die Spiegel treiben nicht auseinander und der pendelnden Impuls wird mit der Zeit schwächer.

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Gedankenexperiment mit Spiegeln 20 Aug 2017 16:46 #18845

  • Chalawan2000
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Mal nachdenken:
Materiefrei? Der Spiegel hat doch Masse!

Laserpuls = EM Welle (von Mikrowellen-Röntgenstrahlung)
Der Impuls ist eine vektorielle Größe und hängt, wie die Geschwindigkeit und die kinetische Energie, von der Wahl des Bezugssystems ab, hier Weltall.
Welche Energie setzt die erste Bewegung in Kraft (Gas, Kristall? Symmetriebruch)
↷ Klingt nach Licht Uhr. Klingt nach Casimir Effekt.
Puls fliegt nah c. Ohne Gewicht MIT c.

Zu den Fragen:

↷ Die Summe aller Impulse der zum System gehörenden Bestandteile bleibt konstant.
Kein Energieverlust.* Der Laserpuls ping-pongt bis „in alle Ewigkeit“/bis zum nächsten Symmetriebruch…
Ginge kinetische Energie verloren: der Impulserhaltungssatz ist vom Energieerhaltungssatz unabhängig und gilt sowohl bei elastischen als auch bei unelastischen Stößen.
*Umgangssprachlich: Was man vorn an Energie hineinsteckt, kommt auch hinten wieder heraus; es geht keine Energie verloren und es entsteht keine aus dem Nichts.
c) Ich nehme zu 60% an, dass im Mikrobereich der Casimir Effekt auftritt, der sich auch im Makrobereich auswirkt. Nun hast „du“ ein materiefreies Universum, dann setze ich die Wahrscheinlichkeit, dass der Casimir Effekt auftritt auf 30%. Massen ziehen sich jedenfalls an.
p_St = I/c = E_e/c ↷
[pSt] = N/m^2 = Nm/m^3 = J/m^3 = Pa


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Gedankenexperiment mit Spiegeln 20 Aug 2017 17:19 #18848

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Da der Laser sehr energiereich sein dürfte, ist wohl auch mit Compton-Streuung zu rechnen. D.h. Elektronen der Spiegeloberfläche werden auf ein höheres Energieniveau gehoben und "fallen" dann wieder zurück und emittieren in alle Richtungen Licht. Zudem werden die Spiegel auch einen Impuls erhalten, der sie auseinandertreibt. In Folge muss natürlich dann auch der Laserstrahl Energie einbüßen und rötlicher werden. Ist das plausibel?

Das größte Glück und den tiefsten Sinn erfahren wir, wenn unser Sehnen, Suchen und Finden in einem einzigen Augenblick zeitgleich präsent sind. Der nächste Augenblick ist dann nur noch schnödes Haben. (Cyborg, am Innufer, 14. April 2018)

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Gedankenexperiment mit Spiegeln 20 Aug 2017 20:42 #18853

hi

Der Strahlungsdruck des Lasers (schließe mich chris an) sollte die Spiegel auseinander treiben. Und dabei Energie verlieren.

kleiner Abstand der Spiegel >>> kleine Wellenlänge des Lasers >>> hohe Energiedichte >>> "wenig Raum"
großer Abstand der Spiegel >>> große Wellenlänge des Lasers >>> geringe Energiedichte >>> "viel Raum"

viele Grüße
seb

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Gedankenexperiment mit Spiegeln 20 Aug 2017 20:54 #18854

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Nun ist eine verlustfreie Reflexion an einer Oberfläche nicht praktisch möglich. Ausserdem wird durch Reflexion Energie umgesetzt, in Wärmeenergie und sicher auch in kinetische Energie auf Bezug der Anordnung der Spiegel.
Warum sollte sich die Wellenlänge ändern? Nur die Photonendichte wird schwächer, denke ich.

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Gedankenexperiment mit Spiegeln 20 Aug 2017 21:10 #18855

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Hallo,

ist es so, das ein Photon bei einem Spiegel den Photonendruck weitergibt. Ungeändert seine Energie wieder mitnimmt.

Durch den Photonendruck wird der Spiegel bewegt. Plus das Photon hat die selbe Frequenz. Rasst also zum nächsten Spiegel. Dabei passiert das selbe. Bei Beschleunigung im System wird das Quant immer Energieärmer. Der Energieerhaltungssatz wäre damit verletzt.

Gruß 1234

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Gedankenexperiment mit Spiegeln 20 Aug 2017 21:13 #18856

Ralf schrieb: Nun ist eine verlustfreie Reflexion an einer Oberfläche nicht praktisch möglich. Ausserdem wird durch Reflexion Energie umgesetzt, in Wärmeenergie und sicher auch in kinetische Energie auf Bezug der Anordnung der Spiegel.
Warum sollte sich die Wellenlänge ändern? Nur die Photonendichte wird schwächer, denke ich.


Betrachte mal die Wechselwirkung eines Photons mit einem anfangs ruhenden Spiegel, und berücksichtige beim zurückkommenden Photon den Dopplereffekt für Licht. Das Photon trifft auf den Spiegel, werde geschluckt, übertrage einen Photonenimpuls auf den Spiegel, der sich daraufhin mit einem Photonenimpuls in Bewegung setzt. Also bewegt sich nun der Spiegel mit der zugehörigen Geschwindigkeit. Nun werde das Photon wieder zurück abgestrahlt, aber von einem Spiegel, der sich ja nun mit dieser Geschwindigkeit in die andere Richtung bewegt. Dadurch ist das zurücklaufende Photon durch Dopplereffekt rotverschoben.
Diese Energieänderung des Photons mag klein sein aber Null ist sie eben nicht (auch nicht für ideale Spiegel).

Ein Perfektionist muss sich keine Mühe geben, er sollte sich bloß beeilen .

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Gedankenexperiment mit Spiegeln 21 Aug 2017 06:44 #18872

Chris schrieb: //: Ich hoffe sehr mit der aussage "ansonsten kräftefreien" darf ich mit Gravitativ nicht wirkenden Spiegeln arbeiten.


Ha, der Einwurf ist gut!

Was wäre, wenn die Spiegel tatsächlich gravitativ aufeinander wirken, Abstände und Energie des Lasers jedoch am Anfang genau so bemessen sind das die Abstoßung durch den Strahlungsdruck die gravitative Anziehung gerade ausgleicht?

Fungiert der Laserstrahl dann als "Feder" die das System im Gleichgewicht hält?
Haben wir an den Spiegeln elastische oder inelastische Impulsübertragung?
Geben die Spiegel Impuls an den Lichtstrahl zurück?
Was ist mit dem Kraftgesetz? Der Lichtstrahl müsste mit der zurückgelegten Entfernung quadratisch schwächer werden. Wohin geht die Energie?

Ok, das letzte ist einfach: Der Lichtstrahl divergiert, wird breiter (sonst würde das Kraftgesetz nicht gelten). Die Energie verteilt sich lediglich auf größer werdende Fläche und ein Teil wird irgendwann die endlich großen Spiegel verfehlen.
+Es sei denn, man verhindert das durch entsprechend gekrümmte Spiegel. Lässt sich das quadratische Schwächerwerden damit verhindern?

assume good faith

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Gedankenexperiment mit Spiegeln 21 Aug 2017 09:18 #18873

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Das Ganze ist sehr hypothetisch. Einen idealen Spiegel gibt es nicht, nicht in der Praxis und auch nicht theoretisch. Wie stark soll der Laser sein?
Über welche Masse sprechen wir bei den Spiegeln? Um eine nachweisbare Gravitation zu haben, sollte da schon etwas an Masse vorhanden sein.
Also ich verstehe es so, dass es mit dem Experiment eine Wechselwirkung der Strahlung mit der Gravitation der Spiegel gibt.
Dann natürlich auch eine Rotverschiebung.
Lisa Pathfinder beruht ja auf einem ähnlichem Prinzip. Mit vergoldenen Würfel, welche im (glaube im Dreieck) angeordnet wurden wird der Abstand gemessen, um Gravi- Wellen nachzuweisen. Da muss man ja auch beachten, dass der Laserstrahl nicht ungewollt rotverschoben wird- eben durch den o.g. Effekt.

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Gedankenexperiment mit Spiegeln 22 Aug 2017 20:56 #18919

Bei idealen (verlustfreien) Spiegeln dürfte der Laserstrahl seine Energie behalten, da keine Kräfte und Gravitation wirken.
Beim realen Spiegel kommt es durch Impulsübertragung durch die Wechselwirkung mit Materie zu einem Energieverlust und somit einer Rotverschiebung des Laserstrahls.

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Gedankenexperiment mit Spiegeln 22 Aug 2017 21:10 #18920

Ich denke zu einer Rotverschiebung kommt es erst wenn sich die Spiegel bewegen.
Die Photonen die eine Wechselwirkung machen dürften herausgestreut werden und somit verloren gehen.

assume good faith

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Gedankenexperiment mit Spiegeln 22 Aug 2017 21:20 #18921

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Gedankenexperiment mit Spiegeln 22 Aug 2017 22:48 #18923

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Okay, In der Ausgangs Situation gibt es zwei Spiegel, zwischen denen ein Puls hin und her jagt, sonst aber gibt es keine Kräfte oder weitere Materie. Ich gehe von einem geschlossenen System aus.

>Keine Kraft? Dann passiert nichts! -!
Gäbe es Gravitation und Expansion, hätte die „Feder“ (von der Merilix spricht) drei Möglichkeiten:
a) Gleichgewicht
b) Die Feder ist stärker
c) Sie ist es nicht.

Eine Analogie auf unser Universum in etwa.

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Gedankenexperiment mit Spiegeln 23 Aug 2017 18:06 #18944

hi

...die Spiegel besitzen Masse, da sonst keine Reflexion stattfinden würde, ergo gibt es auch Gravitation (Gravitation der Spiegel). ClausS schrieb ja auch "ansonsten".
Ich gehe mal davon aus, dass beide Spiegel gleich schwer sein sollen. Wie verhält es sich mit gleichschweren Massen mit der Anziehung? Wird der Laser im Lagrange Punkt der beiden Spiegel abgefeuert? Hätte das eine Relevanz?
Jetzt hat die Energie des Lasers ( die eigenen Gravitation besitzt) "nur" noch die "Aufgabe" den Abstand zu vergrößern, in dem die rel. Geschwindigkeit der Spiegel erhöht wird, also wird auch der Impuls der Spiegel erhöht, der Impuls des Lasers wird erniedrigt. Der Gesamt-Impuls bleibt gleich.

Ab der ersten Impulsübertragung ensteht ein kleiner Bereich in dem der eine Spiegel nicht mit dem Laser "verbunden" ergo dann mit dem anderen Spiegel auch nicht kausal verbunden ist. Dieser Bereich wird mit jeder Impulsübertragung größer. Der Gesamtimpuls bleibt trotzdem gleich, auch wenn es immer länger dauert
bis die Impulse übertragen werden. Die Spiegel torkeln sich quasi durch die Zeit. "So wie die Wildecker Herzbuben nach zu viel Wein."


Der akausale Bereich, der über die Zeit größer wird, ist "vom reinen Gedanken" her m.E. ein Indiz dafür dass G nicht ohne lambda vorkommen kann oder umgekehrt.

Aber Chalawan2000 hat das mit "Eine Analogie auf unser Universum in etwa." m.E. richtig gut getroffen.

Was sagt denn ClausS ? :) Irgendwie würde ich mich auch nicht wundern, wenn es gar keine Impulsübertragung gibt. :)

viele Grüße
seb110

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