Rotverschiebung - Relativität Energie? RSS

   Rotverschiebung - Relativität Energie? 16.03.2009 um 21:37



Mir hat sich heute im Physikunterricht folgendes Problem gestellt:
Es ist ja so, dass die Energie eines Quants von seiner Frequenz abhängig ist.

E = h*f

Wenn ich jetzt einen Lichtquant mit der Frequenz f vom Stern A aussende auf Objekt B, welches relativ zum Stern A in Ruhe ist, dann wird dieser Lichtquant auch mit f bei B eintreffen (vorausgesetzt es interferiert nichts mit diesem Lichtquant zwischendurch). Die Energie wäre dann E = h*f.

Jetzt zum Problem:
Bewege ich mich relativ zu diesem Stern von diesem weg (sagen wir, Objekt C), dann werde ich den eintreffenden Lichtquant nicht mit der Frequenz f sehen, sondern dieser Quant wird eine geringere Frequenz (= f[2]) haben (Dopplereffekt).
Nach der Formel E = h*f wäre das dann hier E[2] = h*f[2]

.....und: E < E[2], da f > f[2] ist!

Wo bleibt dann aber die Energie? Heißt das dann, dass die Energie auch relativ ist???

   Rotverschiebung - Relativität Energie? 16.03.2009 um 21:38

.....ähm ich meine, E > E[2]

   Rotverschiebung - Relativität Energie? 16.03.2009 um 21:52

Stell Dir mal vor, Du stehst mit dem Rücken zu mir 5 Meter von mir entfernt und ich werfe einen Ball auf Deinen Rücken. Du spürst einen Schlag. Merk Dir wie stark er war.

Dass stell Dir vor, Du läufst von mir weg und ich werfe den gleichen Ball mit der gleichen Geschwindigkeit. Wieder spürst Du einen Schlag. Ist der nun gleich stark? nein, er ist schwächer. Wo ist die Energie des Balls geblieben?

   Rotverschiebung - Relativität Energie? 16.03.2009 um 21:52

@mastermind
"Heißt das dann, dass die Energie auch relativ ist"

Ja Auf die Gefah hin dich zu entteuschen das war sie schon immer....

Nach guter alter Newton mechanik galt

Kinetische Enegrie

E=1/2 m v^2

und in einem anderen Bezugssystem ist v eben anders

Nach spezieller RT Transformiert sich der Enegrie Impusl vektor wie eine Kovarianter Vektor....
insbeondere ist dieEngeri also Bezugsystem anhaenig
(nur ein skalar waere davon unabhaenig)

   Rotverschiebung - Relativität Energie? 16.03.2009 um 21:53

@mastermind

Ich bin mir jetzt nicht sicher aber ich GLAUBE das E=hf nur dann gilt wenn man das Photon als Teilchen beschreibt.

Sonst musst den Wellenformalismus nehmen, der gilt ja im Vakuum sowieso eher.


Ich muss noch mal dadrüber nachdenken... aber bin mir relativ sicher das die Erklärung im Welle Teilchen Dualismus zu finden ist.

   Rotverschiebung - Relativität Energie? 16.03.2009 um 21:57

@Openeyes:
Meinst du damit, man muss Photonen eine hypothetische Masse zuschreiben (bzw. Impuls)?

   Rotverschiebung - Relativität Energie? 16.03.2009 um 22:05

@mastermind

Nein, es war nur als Analogie gemeint weil Du gefragt hast, wo die Energie bleibt.

Ich vermute - und für mehr reichen meine Kenntnisse nicht aus - dass die von einem Beobachter gemessene Energie eines Lichtstrahls und damit seine Frequenz von der relativen Geschwindigkeit zwischen Quelle und Beobachter abhängt. Die Energie des Lichtstrahls selbst bei bewegtem Beobachter bleibt gleich, aber der Beobachter bekommt nur einen Teil davon ab. Ähnlich wie mit dem Ball - du spürst einen schwächeren Schlag wenn Du läufst, aber die kinetische Energie des Blls bleibt gleich, er gibt bloss weniger davon an Deinen Rücken ab.

   Rotverschiebung - Relativität Energie? 16.03.2009 um 22:11

@OpenEyes:
....was mit seiner Masse und dem Impuls zu tun hat.

   Rotverschiebung - Relativität Energie? 16.03.2009 um 22:17

@mastermind

Richtig, es ist nur eine Analogie. Im Fall des Lichtes vermute ich, dass die Energie (und damit die Frequenz) die der Beobachter sieht eben auch nur ein Teil der gesamten Energie des Lichtstrahls ist.

Ich bin jetzt zu müde das durchzudenken - vielleicht fällt mir eine gute Vermutung morgen ein :) der Knackpunkt ist glaube ich, was an Energie im reflektierten Licht noch steckt - aber wie gesagt - heute keine hehren Gedanken mehr.

   Rotverschiebung - Relativität Energie? 16.03.2009 um 22:28

Die Energie eines Photons ist gegeben durch E=hf, h ist eine Konstante, aber f ist ist keine... ich bin jetzt zu faul um mehr zu schreiben (und mehr zu denken), deshalb geb ich einfach mal den Link an:

Wikipedia: Dopplereffekt

da steht auch wovon die Frequenz abhängt.

   Rotverschiebung - Relativität Energie? 16.03.2009 um 22:30

ups wir sprechen hier ja nicht von einzelnen Photonen...

   Rotverschiebung - Relativität Energie? 16.03.2009 um 23:21

@mastermind

Kann sein, dass ich da etwas falsch liege :(
Aber ein Photon (die Teilchen des Lichts deines Sternes A) hat doch keine Masse.
Woher soll dann die Energie herkommen?

   Rotverschiebung - Relativität Energie? 16.03.2009 um 23:25

@Niselprim:

Energie eines Photons:
E = h*f ;)
Masse ist zwar äquivalent zu Energie, d.h. man kann Masse aus Energie "herstellen", aber es ist nicht dasselbe. Energie kann auch ohne Ruhemasse existieren (ui.....da begeb ich mich aber aufs Glatteis mit dieser Formulierung...).

   Rotverschiebung - Relativität Energie? 16.03.2009 um 23:26

@mastermind

Jou - sehr glatt das Eis :D

Was stellt denn die Konstante h dar?

   Rotverschiebung - Relativität Energie? 16.03.2009 um 23:27

@Niselprim:

h = Planck'sches Wirkungsquantum
f = Frequenz

   Rotverschiebung - Relativität Energie? 16.03.2009 um 23:31

@mastermind

Ach ja, das Dings mit dem Teilchen-Wellen-Bezug oder so; O. K.

Dann sagt doch aber die Formel klipp und klar, dass die Energie weniger wird, wenn die Frequenz kleiner wird ;)

   Rotverschiebung - Relativität Energie? 16.03.2009 um 23:37

@Niselprim:
Wie oft habe ich E = h*f hingeschrieben???

   Rotverschiebung - Relativität Energie? 16.03.2009 um 23:41

@mastermind

E = h*f

Laut dieser Formel verhält sich die Energie E proportional zu der Frequenz f.

   Rotverschiebung - Relativität Energie? 16.03.2009 um 23:52

@Niselprim:
Ja, richtig. Wo ist dein Problem? o_O

   Rotverschiebung - Relativität Energie? 16.03.2009 um 23:58

Nene, ich hab kein Problem, wollte Dir nur bei Deiner Frage helfen.

mastermind schrieb:
Wo bleibt dann aber die Energie? Heißt das dann, dass die Energie auch relativ ist???

Antwort: siehe oben.

   Rotverschiebung - Relativität Energie? 17.03.2009 um 00:25

Energielevel können nicht relativ zueinander sein.