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Photonen

66 Beiträge, Schlüsselwörter: Photon.schwarzes Loch

Photonen

04.01.2019 um 13:11
perttivalkonen schrieb:Gisela wurde von der Raumexpansion mitgedehnt, sie ist in die Breite gezogen (oder länger geworden). Aber die Zahl der Wellen ist gleich geblieben. Und damit auch die Menge der Energie, die in Gisela steckt.

OK, vielleicht besteht Gisela weiterhin nur aus einer konstanten Länge, also einem fest in seiner Länge definierten Abschnitt eines Lichtstrahls. In dem Falle müßten wir sagen, daß das da unten Gisela ist, und oben sehen wir Gisela, Hannelore, Isolde, Johanna, Karla, Ludmilla, Marta, Nora, Olga und Petra. Also Gisela und neun durch die Raumzeit produzierte Schwestern, die es am Anfang noch nicht gab.
Wobei ich sagen würde, daß die Hinzufügung von Hannelore, Isolde, Johanna, Karla, Ludmilla, Marta, Nora, Olga und Petra als zusätzlich definierte Längenabschnitte doch eher verwirren kann, wenn man bedenkt, daß in der gestreckten Gisela letztlich immer noch genauso viel Energie drin steckt wie in der gestauchten Gisela und Gisela daher immer noch "nur" Gisela ist. Besser wäre daher wohl eher von "gestreckter" und "gestauchter" Gisela zu sprechen.
perttivalkonen schrieb:Die Energie geht also Gisela verloren, und zwar tatsächlich an die Raumzeit. Zugleich aber hat die Raumzeit mit ihrer Expansion zugleich auch Arbeit in Gisela investiert, Energie reingesteckt, indem die Raumzeit Gisela in die Länge gezogen hat. Und zwar genauso viel, wie Gisela an die Raumzeit bezahlt hat.
Yepp, man könnte auch sagen, daß statt Energie verloren, die Raumzeit die abgebene Energie in Gisela wieder "reinvestiert" hat.


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04.01.2019 um 13:49
Gisela entstammt einer Idee von Harald Lesch, sie sollte mal die Hauptfigur einer Geschichte werden, zu der es aber leider nie kam. Sie stand sinnbildlich für ein Gamma-Quant, welches im Kern der Sonne entstand, und letztlich auf der Erde von einem Kleeblatt absorbiert wird, welches dann von der Kuh Elsa gefressen wurde. Er sagte da nur ... "Da müssen wir mal ne Sendung drüber machen ... über das Schicksal eines Lichtteilchens."

Deine Erklärung habe ich erst mal formal verstanden, bin mir aber nicht ganz sicher, was ich davon halten soll, vielleicht warte ich noch ne zweite Meinung ab, z.B. von @hawak oder @mojorisin

Die Energie eines Photons wird so weit ich weiß durch E = h * nü beschrieben ... okay, in nü steckt die Wellenlänge zwar drin, jedoch unterm Bruchstrich, d.h. bei größeren Wellenlängen sinkt die Energie des Photons. Den Schritt, wo die Raumzeit das über die Wellenzahl ausgleicht, also quasi neue Photonen produziert, kann ich noch nicht nachvollziehen.

Und wenn man die Geschichte mal zuende denkt, wann ist Gisela eigentlich tot? Die Expansion hält offensichtlich an, und die Frequenz strebt gegen Null. Wann ist ein Photon gänzlich ausgelöscht? Und wenn die Raumzeit Energie "absorbieren" kann, was stellt sie dann dar? Eine eigenständige Entität? Oder verschwurbelt das alles mit einem Urgrund, der die Nullpunktfluktuationen am Fluktuieren hält? Fragen über Fragen :D
Libertin schrieb:wenn man bedenkt, daß in der gestreckten Gisela letztlich immer noch genauso viel Energie drin steckt wie in der gestauchten Gisela
Eben nicht. Giselas Energie berechnet sich nach E = h * nü = h * c * Lambda-1

Wird Lambda größer, sinkt die Energie, zumindest die von Gisela. Wie die Raumzeit nun die Energieerhaltung gewährleistet, ist zumindest mir derzeit noch unklar.

PS: Glückwunsch zum Allmy-Burtzeltach :D


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04.01.2019 um 14:39
Peter0167 schrieb:Eben nicht. Giselas Energie berechnet sich nach E = h * nü = h * c * Lambda-1

Wird Lambda größer, sinkt die Energie, zumindest die von Gisela. Wie die Raumzeit nun die Energieerhaltung gewährleistet, ist zumindest mir derzeit noch unklar.
Sofern Photonen nicht von etwas reflektiert oder absorbiert werden dann reduziert sich die Frequenz und damit auch deren Energie auf ihrer Reise wenn sich ein Beobachter von der Lichtquelle entfernt, ja, denn die Energie des Lichts ist zu seiner Frequenz proportional.

Ich hatte es allerdings bisher so aufgefasst, daß z.B. ein Lichtbündel von einer Lichtsekunde dessen Wellenlänge durch die Raumexpansion auf zwei Lichtsekunden gestreckt wird im Abschnitt von einer Lichtsekunde nur noch die Hälfte seiner vorherigen Energie hat als die Strahlungsquelle Anfangs das Licht emittierte, in seiner Gesamtlänge, also nun auf zwei Lichtsekunden betrachtet, aber den selben Energiegehalt beibehält bzw. dieses nicht vollständig an die Raumzeit verloren gegangen ist.

Wenn also ein Objekt das in zwei Lichtsekunden gestreckte Licht absorbiert, dann wird es aufgrund seiner Wellenlängenverdoppelung in einer Lichtsekunde betrachtet auch nur die Hälfte der Energie des Lichtes absorbieren, auf zwei Lichtsekunden betrachtet, wird das Objekt jedoch zweimal mit "halber Kraft" bestrahlt, denn durch die Abgabe der Energie an die Raumdehnung ist diese ja nicht vollständig verschwunden, sondern wird wiederum in Arbeit umgesetzt, welche zur Streckung des Lichtbündels führte.

Sollte dem nicht so sein, dann lasse ich mich natürlich gerne korrigieren.
Peter0167 schrieb:PS: Glückwunsch zum Allmy-Burtzeltach :D
Danke Dir, dank Allmy hat man nun sogar zweimal im Jahr "Geburtstag". :D


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04.01.2019 um 15:23
Libertin schrieb:daß z.B. ein Lichtbündel von einer Lichtsekunde dessen Wellenlänge durch die Raumexpansion auf zwei Lichtsekunden gestreckt wird im Abschnitt von einer Lichtsekunde nur noch die Hälfte seiner vorherigen Energie hat als die Strahlungsquelle Anfangs das Licht emittierte, in seiner Gesamtlänge, also nun auf zwei Lichtsekunden betrachtet, aber den selben Energiegehalt beibehält
Der Gedankensprung von Gisela, also einem Photon, zu einem ganzen Lichtbündel ist doch eher kontraproduktiv, zumal eh kaum einer was mit Lichtbündeln anfangen kann. Das ist in der Regel ein überlagertes Frequenz- und Polarisationsgemisch, was sich nur schwer gedanklich verarbeiten lässt. Daher wollte ich das ja auf ein einzelnes Photon reduzieren, sollte für das eigentliche Problem nicht nur hinreichend genug sein, sondern es auch noch anschaulicher gestalten.

Wenn ich das von dir beschriebene Prinzip mal auf ein einzelnes Photon übertrage, was auf 2 Lichtsekunden gesteckt wäre (mehr als die Strecke Erde - Mond), dann würde z.B. die Absorption durch ein Kleeblatt quasi 2 Sekunden dauern, in der Zeit hat die Kuh Elsa das Blatt schon halb verstoffwechselt :D

Da kann also was nicht stimmen. Laut Definition steht ein Photon für die kleinstmögliche Energiemenge, die EM-Strahlung bei einer bestimmten Frequenz annehmen kann. Das ergibt sich aus der Quantentheorie. Das heißt, ändert sich die Frequenz, ändert sich zwangsläufig auch die Energie des Photons. Wenn die Frequenz- bzw. Energieänderung nun bedingt durch die Raumexpansion erzwungen wird, wo bleibt dann die Energiedifferenz?


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04.01.2019 um 20:08
Peter0167 schrieb:Wenn ich das von dir beschriebene Prinzip mal auf ein einzelnes Photon übertrage, was auf 2 Lichtsekunden gesteckt wäre (mehr als die Strecke Erde - Mond), dann würde z.B. die Absorption durch ein Kleeblatt quasi 2 Sekunden dauern, in der Zeit hat die Kuh Elsa das Blatt schon halb verstoffwechselt :D

Da kann also was nicht stimmen.
Deswegen habe ich auch ein Lichtbündel als Beispiel genommen um zu verdeutlichen zu können worum es mir prinzipiell ging, erst kürzlich wurde in einem anderen Thread bereits darüber diskutiert. Okay, da es sich bei "Gisela" in dem Fall nur um einen Gamma-Quant handelt stellt sich die Sache schon etwas anders dar.

Um mal beim einzelnen Photon zu bleiben, wissen wir im Falle der gravitativen Rotverschiebung ja, daß aus Sicht eines entfernten Beobachters sich die Frequenz eines Photons immer weiter ins energiearme rote Lichtspektrum verschiebt je näher es sich etwa an einem Schwarzen Loch befindet da es im Gravitationsfeld seine potentielle Energie verliert. Am Ereignishorizont wäre die Rotverschiebung sogar unendlich groß. Allerdings ist das natürlich nicht 1:1 mit einer immer weitergehenden Raumexpansion zu vergleichen.

Zumindest über die Hypothese der "Lichtermüdung" brauchen wir hier hoffentlich nicht zu diskutieren, der Drops sollte gelutscht sein. ;)

Bezüglich des Energiegehalts von Photonen gibt es im Übrigen auch Methoden wie die Parametrische Fluoreszenz, in der in einem nichtlinearen Kristall ein energiereiches Photon in zwei Photonen der halben Energie umgewandelt wird:

Wikipedia: Parametrische_Fluoreszenz


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04.01.2019 um 21:07
Libertin schrieb:wenn man bedenkt, daß in der gestreckten Gisela letztlich immer noch genauso viel Energie drin steckt wie in der gestauchten Gisela und Gisela daher immer noch "nur" Gisela ist. Besser wäre daher wohl eher von "gestreckter" und "gestauchter" Gisela zu sprechen.
Yepp, das ist ja auch meine Version in
perttivalkonen schrieb:Gisela wurde von der Raumexpansion mitgedehnt, sie ist in die Breite gezogen (oder länger geworden). Aber die Zahl der Wellen ist gleich geblieben. Und damit auch die Menge der Energie, die in Gisela steckt.
Die Aufspaltung in "zehn Giselas" hab ich nur als alternative Betrachtungsweise reingeschrieben, als "kann man auch so betrachten".

Und ich befürchte, dies ist auch die orthodoxe Betrachtung in der Physik. Denn in der Tat spricht man a) davon, daß ein Photon bei Streckung der Wellenlänge entsprechend Energie verliert bzw. bei Stauchung gewinnt, b) von der Energiemenge eines Photons als frequenzabhängig, wobei die Frequenz als Zahl der Wellen pro Zeiteinheit bestimmt wird, was dasselbe ist wie die "Zahl der Wellen pro stets gleich langem Strahlenabschnitt". Übertragen auf mein Beispiel: Wenn der Strahlenabschnitt, der einst das Photon "Gisela" mit Energiegehalt X abhängig von Wellenlänge Y" war, nun auf zehnfache Länge gestreckt wurde, dann besitzt Photon Gisela nun nur noch den Energiegehalt von 1/10 X abhängig von der 10Y-Wellenlänge. Dann entspricht Photon Gisela noch immer einem so kurzen Strahlenabschnitt wie am Anfang, womit es neun weitere genauso lange Strahlenabschnitte gibt, die nunr ein eigenes Photon darstellen müssen. Eben Hannelore bis Paula.

Ein Strahl, der gestreckt ist, hat die selbe Energiemenge, nur eben auf eine größere Länge verteilt. Entweder ist die Zahl der Photonen dieses Strahlenabschnitts gleich geblieben und die Energiemenge pro Photon ebenso, oder der Energiegehalt pro Photon hat sich verringert, und es gibt entsprechend mehr Photonen, sodaß die Gesamtenergie des langen niedrigfrequenten Strahls und des kurzen hochfrequenten Strahls wieder exakt gleich ist.

Wie rum es nun "realiter" ist, ist mir schnurz. Klar, fürs Erklären verwirrt das mit den zehn Photonenschwestern einbisserl. Aber solange die Photonenenergie sich über "E[des Photons] = h * v = (h * c) / lambda" berechnet, müssen sich die Photonen bei Strahlenabschnitts-Verlängerung vermehren.

Kann ich nix für.
Libertin schrieb:Yepp, man könnte auch sagen, daß statt Energie verloren, die Raumzeit die abgebene Energie in Gisela wieder "reinvestiert" hat.
Ehrlich gesagt dachte ich, daß ich genau das gesagt hätte.
perttivalkonen schrieb:Die Energie geht also Gisela verloren, und zwar tatsächlich an die Raumzeit. Zugleich aber hat die Raumzeit mit ihrer Expansion zugleich auch Arbeit in Gisela investiert, Energie reingesteckt, indem die Raumzeit Gisela in die Länge gezogen hat. Und zwar genauso viel, wie Gisela an die Raumzeit bezahlt hat.
Peter0167 schrieb:Und wenn man die Geschichte mal zuende denkt, wann ist Gisela eigentlich tot? Die Expansion hält offensichtlich an, und die Frequenz strebt gegen Null. Wann ist ein Photon gänzlich ausgelöscht?
Rein mathematisch ja eigentlich nie. Denn durch Streckung der Wellenlänge wird stets nur eine endliche Wellenlänge erreicht. Der dazu reziprok ermittelte Energiewert ist also stets ebenfalls ein endlicher, stets oberhalb von Null.

Schwierig wird es freilich dadurch:
Das Photon als Quant des elektromagnetischen Feldes. Photonen können [...] unterschiedliche diskrete Energieniveaus haben
Ist also die Wellenlänge von Strahlung so lang geworden, daß ein Photon nur noch den Energiewert einer einzigen diskreten Energiemenge besitzt, müßte das Photon eigentlich "sterben", weil es an Energie nur noch "alles" abgeben kann.

Das hieße auch, daß EMS eine Obergrenze von Wellenlänge besitzt bzw. eine Untergrenze von Frequenz.

Ebenso liefe das streng genommen darauf hinaus, daß Frequenz und Wellenlänge nicht beliebig ausfallen können, sondern daß es fixe Werte gibt, die Frequenz und Wellenlänge nur haben können. Wird ein Strahl gestreckt oder gestaucht, muß der Wert der Wellenlänge wie der Frequenz von einem Wert zum anderen "springen".

So klingt das jedenfalls für mich. Müßte das tatsächlich so sein @all ?

Für mich stellt sich allerings dann auch diese Frage: Wenn Strahlung durch Expanison der Raumzeit gestreckt wird, dann gibt sie ja Energie ab, um sie sofort retoure zurückzubekommen in Form der Streckung. Aber wenn Strahlung bereits so langwellig ist, daß die Photonen dieser Strahlung bereits auf dem alleruntersten diskreten Energieniveau rumdümpeln, die Raumexpansion diese Strahlung nun aber nochmals dehnen will - wohin geht dann die dabei freigesetzte Energie? Die Photonen geben ja "das letzte", sie "sterben" also, das Licht hört auf, und die Energie kann nicht wieder in eine doppelte Länge des Strahls reinvestiert werden.

Oder bleibt das Licht als Licht bestehen und weigert sich, sich erneut dehnen zu lassen? @all
Peter0167 schrieb:Da kann also was nicht stimmen. Laut Definition steht ein Photon für die kleinstmögliche Energiemenge, die EM-Strahlung bei einer bestimmten Frequenz annehmen kann.
Diese Definition ist mir nicht bekannt. Wäre ja toll, dann müßte Gisela sich nicht in Gisela bis Paula aufteilen. Aber dann darf die Berechnung "E = h * v = (h * c) / lambda" nur für die Strahlung (einer fest definierten Abschnittslänge) gelten, nicht für die Photonen.


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04.01.2019 um 21:24
perttivalkonen schrieb:Diese Definition ist mir nicht bekannt.
Bin ich heute morgen beim "überfliegen" von Wiki drauf gestoßen:
Jegliche elektromagnetische Strahlung, von Radiowellen bis zur Gammastrahlung, ist in Photonen gequantelt. Das bedeutet, die kleinstmögliche Energiemenge an elektromagnetischer Strahlung bestimmter Frequenz ist ein Photon.
Wikipedia: Photon#Eigenschaften


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04.01.2019 um 21:40
Peter0167 schrieb:Bin ich heute morgen beim "überfliegen" von Wiki drauf gestoßen:
Jegliche elektromagnetische Strahlung, von Radiowellen bis zur Gammastrahlung, ist in Photonen gequantelt. Das bedeutet, die kleinstmögliche Energiemenge an elektromagnetischer Strahlung bestimmter Frequenz ist ein Photon.
denkst Du ich darf mir das "vorstellen" wie bei den elektronen und deren elementarladung?

frage: wie kann "ein" photon eine frequenz haben?


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04.01.2019 um 21:55
Peter0167 schrieb:Das bedeutet, die kleinstmögliche Energiemenge an elektromagnetischer Strahlung bestimmter Frequenz ist ein Photon.
Daran verwundert mich der Zusatz "bestimmter Frequenz". Heißt das dann nicht, daß sich die Energiemenge des Photons mit der Änderung der Frequenz ändert?


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04.01.2019 um 21:57
neoschamane schrieb:frage: wie kann "ein" photon eine frequenz haben?
Vielleicht so: Welle-Teilchen-Dualismus. Als Welle hat das Photon eine Frequenz.


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04.01.2019 um 22:00
neoschamane schrieb:denkst Du ich darf mir das "vorstellen" wie bei den elektronen und deren elementarladung?
Ich glaube, eine bessere Analogie ist ein Magnet, welcher aus unzähligen Elementarmagneten besteht. Ein Elementarmagnet ist der kleinsmögliche magnetische Dipol in einem Magneten.

Und analog kann man sich das Photon als kleinstmöglichen Teil elektromagnetischer Strahlung vorstellen, wobei die Energie eines jeden Photons von seiner Frequenz bestimmt wird.


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04.01.2019 um 22:02
perttivalkonen schrieb:Vielleicht so: Welle-Teilchen-Dualismus. Als Welle hat das Photon eine Frequenz.
das photon fuer sich oder im verbund mit den anderen(folgenden eintreffenden)?

stellt "ein" photon nicht so etwas dar wie den "diskreten momentanen wert" der amplitude seiner frequenz(der frequenz die sich ergibt wenn mehrere davon betrachtet werden)?


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04.01.2019 um 22:10
perttivalkonen schrieb:Daran verwundert mich der Zusatz "bestimmter Frequenz". Heißt das dann nicht, daß sich die Energiemenge des Photons mit der Änderung der Frequenz ändert?
Exakt! Genau darum ging es mir die ganze Zeit. Die Frage ist nun, wo ist die Energiedifferenz geblieben, die mit der Frequenzänderung einher geht :D


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04.01.2019 um 22:17
Auf das folgende bist du mit Sicherheit bereits gestoßen. Was davon ist für dich nicht befriedigend?
Da sich das Universum mit der Zeit verändert – es dehnt sich aktuell aus – geht die Energie der Photonen in der Form von Arbeit in die Expansion des Universums ein. Entsprechend, sollte das Universum irgendwann doch wieder kontrahieren, würde die Energie dann wieder an blauverschobene Photonen zurückgegeben.

Das aus der Thermodynamik bekannte Prinzip der Energieerhaltung gilt nur für zeitlich unveränderliche abgeschlossene Systeme. Da sich das Universum momentan ausdehnt und somit verändert, verliert ein Photon, das zu einem früheren Zeitpunkt ausgesandt wurde und sich im expandierenden Raum bewegt, Energie und wird ins Rote verschoben
Wikipedia: Rotverschiebung#Rotverschiebung,_Blauverschiebung_und_Energieerhaltung
Peter0167 schrieb:E = h * nü
Was ist nü? Ich kenn nur E = h * f (f = Frequenz)


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04.01.2019 um 22:24
Peter0167 schrieb:Exakt! Genau darum ging es mir die ganze Zeit. Die Frage ist nun, wo ist die Energiedifferenz geblieben, die mit der Frequenzänderung einher geht :D
Izaya schrieb:Das aus der Thermodynamik bekannte Prinzip der Energieerhaltung gilt nur für zeitlich unveränderliche abgeschlossene Systeme.
ich habe da schon einmal nach einer primaerquelle nachgefragt und einen text verlinkt, der (wie ich ihn laienehaft verstehe) das so nicht beschreibt.


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04.01.2019 um 22:25
neoschamane schrieb:das photon fuer sich oder im verbund mit den anderen(folgenden eintreffenden)?

stellt "ein" photon nicht so etwas dar wie den "diskreten momentanen wert" der amplitude seiner frequenz(der frequenz die sich ergibt wenn mehrere davon betrachtet werden)?
Ähm, hast Du die hier gerade ablaufende Diskussion um "Gisela" verpaßt? Die Beantwortung Deiner Fragen hängt doch just davon ab, ob Gisela nun Gisela bleibt bei Frequenzänderung der Strahlung, oder ob sie Schwestern erzeugt bzw. in sich aufnimmt, wenn die Wellenlänge größer bzw. kleiner wird. Je nach dem, ob so oder so, sind Deine Fragen damit doch beantwortet. Bleibt nur die Frage, bleibt Gisela stets Gisela, oder wird sie mehr / weniger.
Peter0167 schrieb:Die Frage ist nun, wo ist die Energiedifferenz geblieben, die mit der Frequenzänderung einher geht
Nee. Diese Frage ist bereits beantwortet. Die Energie, die eine Lichtsekunde hochfrequenter Strahlung bei Expansion an die Raumzeit abgibt, wird von der Raumzeit in Form von Arbeit wieder in dieses Stück Strahl reingesteckt, indem er auf z.B. zwei Lichtsekunden gestreckt wird. Die Energie wird bei doppelter Wellenlänge = halber Frequenz halbiert. Aber wenn dieser Strahl dann auf ein Objekt auftrifft und von dem Objekt vollständig absorbiert wird, dann nimmt das Objekt exakt die selbe Menge Energie auf, wenn hochfrequente Strahlung mit Energiestärke X eine Sekunde lang aufknallt, oder wenn niederfrequente Strahlung mit Energiestärke 1/2X zwei Sekunden lang draufdümpelt.


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04.01.2019 um 22:26
neoschamane schrieb:einen text verlinkt, der (wie ich ihn laienehaft verstehe) das so nicht beschreibt.
Nicht hier im Thread. Könntest du ihn erneut verlinken oder mir per PN schicken?


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04.01.2019 um 22:26
Peter0167 schrieb:Exakt! Genau darum ging es mir die ganze Zeit. Die Frage ist nun, wo ist die Energiedifferenz geblieben, die mit der Frequenzänderung einher geht :D
warum nicht einfach in die "dehnung" der raumzeit?

wenn sie gekruemmt wird erfahren die "teilchen" doch auch eine veraenderung.?


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04.01.2019 um 22:36
Izaya schrieb:Was ist nü? Ich kenn nur E = h * f (f = Frequenz)
f geht auch, genau wie nü ...

Wikipedia: Frequenz

... f wäre vermutlich sogar besser als nü, weil ich eh keine griechische Tastatur habe :D
Izaya schrieb:geht die Energie der Photonen in der Form von Arbeit in die Expansion des Universums ein.
Nee, darauf bin ich noch nicht gestoßen, klingt auf jeden Fall plausibel. Ich hatte ja schon vermutet, dass die irgendwie in die Raumzeit "investiert" wird. Nun bin ich beruhigt, und kann heute Nacht hoffentlich wieder gut schlafen. ;)


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04.01.2019 um 22:46
perttivalkonen schrieb:Ähm, hast Du die hier gerade ablaufende Diskussion um "Gisela" verpaßt? Die Beantwortung Deiner Fragen hängt doch just davon ab, ob Gisela nun Gisela bleibt bei Frequenzänderung der Strahlung, oder ob sie Schwestern erzeugt bzw. in sich aufnimmt, wenn die Wellenlänge größer bzw. kleiner wird. Je nach dem, ob so oder so, sind Deine Fragen damit doch beantwortet. Bleibt nur die Frage, bleibt Gisela stets Gisela, oder wird sie mehr / weniger.
ich bin da schon absoluter laie, wie man sieht.....

aber ich denke das ich gie?ela nicht verpasst habe.

ich habe sogesehen noch kein problem mit der interpretation der (einer) messung.
ich verstehe die messmethode noch nicht.


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