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THEMA: Gravitationswellen und der Energieerhaltungssatz...

Gravitationswellen und der Energieerhaltungssatz... 22 Sep 2017 21:59 #19624

... mal anders.

Also, klar ist: wenn sich z. B. zwei schwarze Löcher vereinigen dann ist die Masse der Summe kleiner als die der beiden Ursprungsmassen. Die fehlende Masse wird als Energie nach E=mc² von Gravitationswellen weggetragen. Und dann? Was passiert mit dieser Energie? Verschwinden kann sie nicht. Bleibt sie im Raum? Wird sie von was anderem wieder aufgenommen? Reiben die Wellen irgendwo und es wird wieder in Wärme umgewandelt?

Wahrscheinlich ganz blöde Idee: aber treiben sie eventuell die Expansion des Raums voran? Quasi eine Erklärung für dunkle Energie? Wahrscheinlich werdet ihr mir gleich erklären, dass das Schmarrn ist. Ich glaub halt, dass ich als interessierter Laie keine Überlegungen machen kann, die nicht schon von Profis in Erwägung gezogen wurde. Die Antwort wird's somit sicher geben.

Grüße
Sebastian

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Gravitationswellen und der Energieerhaltungssatz... 23 Sep 2017 00:37 #19625

Hallo Sebastian,

deine Gedanken sind keineswegs laienhaft, ganz im Gegenteil. Bin ganz erstaunt, wie wohlüberlegt die Betrachtung daher kommt.

Eine Antwort darauf könnte folgendermaßen lauten:

Lass uns zwei Fälle der Energieerhaltung unterscheiden:

1) die Energieerhaltung der Materie- und Energieformen, die wir aus unserem Alltag kennen, als da wären: kinetische Energie, potentielle Energie, Wärmenergie, die der Materie innewohnende Energie, der Energie der elektromagnetischen WW und so fort. Für all diese Energieformen kennen wir den Energieerhaltungssatz.

2) Energieerhaltung im gesamten Universum:
Hier gilt auch: die Gesamtenergie ist Null, soll heißen, dass positiv gezählte Energie (gravitativ wirkende Energie) und negativ wirkende Energie (Expansionsdruck der Raumzeit) im Gleichgewicht sein müssen. (Bei Flachheit des Universums!)

Wenn das richtig ist, dann stellt sich, wie du das richtig schilderst, die Frage der Wechselwirkung zwischen den genannten Energieformen.

Mit anderen Worten: lebt also die Energie, die für die Expansion verantwortlich ist, von der Energie der Materieformen, die nach dem Urknall durch die Assymmetrie zwischen Materie und Antimaterie erzeugt wurde. Speist sich also die Expansionsenergie aus den Materieformen der uns bekannten Materiekomponente und der Materiekomponente, die Dunkle Materie genannt wird?
Oder sind beide Energieformen völlig unabhängig voneinander?
Wenn die Aussage stimmt, dass eine höhere Materiedichte im frühen Kosmos zu einer gebremsten Expansionsrate geführt hat und die jetzige Verdünnung der Materiedichte zu einer beschleunigten Expansion führt, dann gelten die Aussagen der ART uneingeschränkt. Der frühere Bremseffekt kommt nur über die größere Raumzeitkrümmung der höheren Materiedichte zustande.
Ein energetischer Austausch durch Energieumwandlungen von 1) nach 2) erfolgt nicht.

Dein Gedanke beschäftigt sich mit der Alternative:

Ein energetischer Austausch erfolgt sehr wohl. Nämlich: tragen Gravitationswellen, indem sie Energie an die Expansion der Raumzeit abgeben zum Expansionsverhalten derselben bei.

Meines Wissens tun sie das nicht. Sie verformen die Raumzeitgeometrie wellenartig, also wie eine Wasserwelle das auch tut. Sie folgen dem 1/r2 Gesetz, also die Energiedichte nimmt nach diesem Zusammenhang bei Ausbreitung ab.

Wenn das so stimmt, was ich da erläutert habe, dann geben Gravitationswellen keine Energie an die Expansion der Raumzeit ab.

wie gesagt, das ist mein Kenntnisstand, der nicht den Anspruch erhebt, der Wirklichkeit zu entsprechen.

beste Grüße
Thomas

.

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Gravitationswellen und der Energieerhaltungssatz... 23 Sep 2017 08:39 #19627

Danke für deine Ausführungen, Thomas. Meine Gedanken sind vielleicht nicht ganz laienhaft aber ich bin trotzdem nur Laie und es gibt Leute, die beschäftigen sich ja den ganzen Tag damit. Da werde ich kaum eine Idee haben können, die noch kein anderer hatte. Auch wenn die Wahrscheinlichkeit nicht Null ist. :D

Ist das der anerkannte Stand des Wissens, dass die Gravitation die negative Energie ist, alles andere die positive und zusammen alles 0 ergibt? Und sind Gravitationswellen Gravitation? Ich meine jede Masse und damit auch jede Energie ist ja positive Energie und bringt ihre negative Energie also Gravitation mit. Aber der Gravitation liegt ja immer erstmals eine positive Energie, also auch Masse, zugrunde. Gravitation alleine wäre mir jetzt nicht bekannt. Frei nach dem Motto "nur Massen (und damit auch Energien) bewegen Massen".

Vorher hatten wir kinetische Energie der um sich kreisenden schwarzen Löcher. Die wird abgebaut damit sich die Objekte näher kommen können und als Gravitationswellen abgestrahlt. Wenn jetzt Gravitationswellen reine Gravitation wären, hätte hier ein Austausch stattgefunden. Aber wie gesagt, wäre es mir neu (kann aber durchaus sein :D) wenn Gravitation alleine auftritt. Ich denke, die Gravitationswellen sind positive Energie, die damit natürlich auch Gravitation erzeugen. Also eigentlich müssten die ja eher den Raum zusammen ziehen...

Ich sollte mir nicht so viele Fragen stellen. Da werde ich nur noch verwirrter...

Wenn GW jetzt positive Energie sind, müsste auch kein Austausch zur negativen Energie stattfinden. Rein theoretisch, da kinetische Energie in GW umgewandelt wurde, müsste auch der umgekehrte Weg funktionieren, oder? Will mal schnell jemand ein Gravitationswellenkraftwerk erfinden?

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Gravitationswellen und der Energieerhaltungssatz... 23 Sep 2017 11:23 #19628

coparni schrieb: Und sind Gravitationswellen Gravitation?

Nein, sie sind eine spezielle Form der Ausbreitung der Gravitation. Sie entspringen mathematisch der vereinfachten, linearisierten Form der Einsteinschen Feldgleichungen, also ohne Selbstwechselwirkung.

coparni schrieb: Ich denke, die Gravitationswellen sind positive Energie, die damit natürlich auch Gravitation erzeugen. Also eigentlich müssten die ja eher den Raum zusammen ziehen...

Korrekt, das ist die Selbstwechselwirkung der Gravitation. Dies steckt mathematisch in den originalen, nicht-linearen Einsteinschen Feldgleichungen drin.

Nachvollziehbare Mathematik ist notwendige Grundlage zur Beurteilung von physikalischen Modellen.

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Nachvollziehbare Mathematik ist notwendige Grundlage zur Beurteilung von physikalischen Modellen.

Gravitationswellen und der Energieerhaltungssatz... 23 Sep 2017 18:44 #19630

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