Ist Energie zerstörbar?
Eigentlich wird ja immer gesagt, Energie sei unzerstörbar und es kann keine neue Energie "erschaffen" werden.
Wenn Licht längere Entfernungen zurück legt, expandiert es ja mit dem Universum. Dadurch werden die Wellen länger und somit ist die Energie doch weg oder?
Oder wohin geht dort dann die Energie?
8 Antworten
Dein Gedankengang ist richtig: Die Raumexpansion frißt die Energie der Photonen auf. Als die kosmische Hintergrundstrahlung entstand, hatte sie eine Temperatur von ein paar Tausend Kelvin, heute sind nur noch ein paar Kelvin übrig. Die Differenzenergie ist nirgendwo hingeflossen, sondern einfach weg.
Die Expansion des Universums ist ein Prozeß, der nur mit der Allgemeine Relativitätstheorie beschrieben werden kann. In dieser ist Energie nur lokal erhalten, das heißt sie kann nicht an einem Punkt erzeugt oder vernichtet werden, sehr wohl aber in einem Volumen (wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind). Das simple Argument, daß ein Volumen ja nur aus Punkten bestehe und wenn die Energie an jedem Punkt erhalten sei, dann doch auch im ganzen Volumen, geht leider nicht auf, weil durch die Expansion ständig neue Punkte dazukommen.
Die Allgemeine Relativitätstheorie kennt also keine grundsätzliche Energieerhaltung in einem (Raumzeit-)-Volumen; daher erlaubt die Theorie auch grundsätzlich ein Perpetuum mobile. Das Problem ist, daß man dazu eine dynamische Raumzeit braucht (also grob gesagt eine, in der alles von der Zeit abhängt). Für das Universum als ganzes ist diese Bedingung erfüllt, weil es ja ständig größer wird und man dadurch, daß man nachmißt, wie groß das Universum gerade ist (das sichtbare reicht dazu), experimentell feststellen kann, wieviel Zeit seit dem Urknall vergangen ist (das Teleskop erspart also den Blick auf den Kalender, zumindest im Prinzip).
Das gilt aber nicht innerhalb von Galaxien, weil sich der Raum dort nicht ausdehnt und daher die Energieerhaltung global (also im ganzen Volumen) uneingeschränkt erfüllt wird.
Etwas genauer als ich das beschriebe habe, immer noch ± allgemeinverständlich aber auf Englisch: https://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/GR/energy_gr.html
Drecks Englisch 😂, aber na gut ich habe zu not denn übersetzer.
Stimmt das wirklich, ist die Energie wirklich "vernichtet"?
Ist die Energie nicht einfach nur "besser verteilt"?
Das ist eine problematische Frage. Soweit ich das verstehe, ist unter bestimmten Bedingungen (nicht-statische Raumzeit, z.B. expandierendes Universum) die Gesamtenergie eines Raumzeitvolumens nicht wirklich definierbar — wenn man es versucht, dann braucht man dazu Pseudotensoren, und das Resultat hängt vom gewählten Bezugssystem ab, und das widerspricht allem, wofür die Allgemeine Relativitätstheorie steht.
Vielleicht ist die Theorie in diesem Punkt unvollständig. Dann gibt es eine Antwort, aber wir kennen sie nicht. Oder die Aussagen der ART beschreiben die Natur richtig, und dann ist Gesamtenergie sowieso ein schlecht definiertes Konstrukt, und man darf sich nicht wundern, wenn sie kommt und geht wie ein Windhauch.
Letztlich kommst Du nicht um das Problem herum, daß ein Photon, das nackt und einsam durchs Universum schwirrt, im Lauf der Zeit Energie verliert (in jedem Bezugssystem), ohne daß es mit irgendetwas Bekanntem gewechselwirkt und darauf Energie übetrtragen hätte.
(Und das Noether-Theorem rettet Dich nicht, weil es in einer expandierenden Raumzeit nicht anwendbar ist. Zumindest nicht mit bekannten Symmetrien. Und das ist eigenartig, denn sonst garantiert es ja immer die Energieerhaltung, in allen Theorien)
Ergänzende Frage:
Energie kann ja insbesondere Bewegungsenergie sein. Das bedeutet: Energie ist relativ. Aber folgt hieraus nicht: Es gibt gar keine wohldefinierte Gesamtmenge von Energie?
Klar, Du mußt Dir ein Bezugssystem auswählen, bevor Du einen Zahlenwert für die Energie ausrechnen kannst. Aber mit der Wahl des Bezugssystems wird die Energie sehr wohl berechenbar, und bleibt dann auch zeitlich konstant, solange Dir nicht der Raum unter den Füßen wegexpandiert oder ähnlichen Unsinn treibt.
Verschiedene Leute haben also verschiedene Bezugssysteme und berechnen verschiedene Werte für die Gesamtenergie, aber alle beobachten Energieerhaltung.
@ indiachinacook:
... Das gilt aber nicht innerhalb von Galaxien, weil sich der Raum dort nicht ausdehnt ...
Es wäre schön, wenn Du mal erklären könntest, warum sich der Raum in Galaxien nicht ausdehnt.
Heißt es doch, die physikalischen Gesetze seien überall im Universum gleich - also auch im Galaxien UND Voids. Ich würde demnach auch annehmen, dass auch der Raum, den Atome einnehmen, von der Inflation betroffen sein müsste.
Wieso sollte die Inflation "einen Bogen" um Materie machen?
Dort wo Materie ist, gibt es Anziehung, keine Ausdehnung. Und ja, das bedeutet, daß es an verschiedenen Orten im Universum verschieden aussieht, weil dort verschiedene Prozesse ablaufen — aber das ist per se nicht aufregend, in Deiner Badewanne sieht es ja auch anders aus als im Zentrum der Sonne.
Energie gilt als unzerstörbar.
Sie kann aber transportiert werden (in unterschiedlicher Form):
https://www.bing.com/search?q=%22stw5868ETE%22
Daraus folgt insbesondere, dass Energie uns in unterschiedlicher Form begegnen kann, auch in Formen, in der wir sie möglicherweise gar nicht mehr als Energie erkennen.
Auf keinen Fall!
1842 entdeckte Julius Robert Mayer (1814–1878), ein deutscher Wissenschaftler, das Energieerhaltungsgesetz. In seiner kompaktesten Form heißt es jetzt Erster Hauptsatz der Thermodynamik: [ http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/firlaw.html ] Energie wird weder erzeugt noch zerstört.
1905 veröffentlichte Einstein seine spezielle Relativitätstheorie und die berühmte Gleichung E = mc² und als Konsequenz wurden die beiden Gesetze zum Gesetz der Erhaltung der Masse-Energie verschmolzen: [ http://www.chemteam.info/Thermochem /Law-Cons-Mass-Energy.html ] ist die Gesamtmenge an Masse und Energie im Universum konstant. Das Energieerhaltungsgesetz besagt, dass Energie von einer Form in eine andere übergehen kann, aber weder erzeugt noch vernichtet werden kann.
Das Gesetz hat sich seit über hundert Jahren bewährt.
Energie ist per Gesetz geschützt ;-)
Man kann Energie vernichten. zumindest umgangssprachlich.
Nehmen wir mal die Bremsen beim Auto als Beispiel. Durch das Reiben am Belag erwärmen sich die Bremscheiben. Diese Wärme entweicht in die Umwelt und ist so als Energie nicht mehr nutzbar. Sie ist also "vernichtet". Dennoch ist sie eben noch da, eben als Wärme in der Umwelt.
Das ist wie in der Finanzwirtschaft
Ihr Geld ist nicht weg! es hat nur ein Anderer
lg, Anna
Kann man sich dazu irgendwo was nach lesen? Also hat das ganze ein Namen, will halt gucken ob dies so stimmt?