Frage von Usedefault, 40

Photon Anziehungskraft?

Hallo!

Ich habe herausgefunden, dass alles mit Masse alles mit Masse durch die G-WW anzieht.

Wenn nun das Photon keine Masse hat, weil man relativistische Masse von Bewegungsenergie der Konvention zudinglich trennen soll, dann ist ja die Energie die Ursache der Gravitation und nicht die Masse.

Wie soll man sich das vorstellen?

Lg

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von SlowPhil, Community-Experte für Physik, 8

Ich habe herausgefunden, dass alles mit Masse alles mit Masse durch die G-WW anzieht.

Da bist Du aber nicht der Erste; um das Patent dafür musst Du Dich mit Sir Isaac Newton (1643-1727) kloppen. ;)))

Und der konnte in einem Urheberrechtsstreit verdammt unangenehm werden, wie Gottfried Wilhelm Leipnitz (1646-1716) leidvoll erfahren musste. Beide hatten unabhängig voneinander die Infinitesimalrechnung formuliert.

Mir ist natürlich klar, dass Du hier auf etwas anderes hinaus willst, nämlich auf die Frage der gravitativen Anziehung von und durch Photonen. 

Wenn nun das Photon keine Masse hat,…

Das Photon ist sowieso ein Sonderfall, denn es ist eigentlich kein Teilchen, wie z.B. das Elektron eines ist.*)

Davon abgesehen heißt »masselos«, dass, wenn man es denn mal als Teilchen auffasst, es nur als mit c bewegtes Teilchen überhaupt existiert, weil es keine Ruheenergie besitzt.

Ein Photon kommt allerdings auch als elementare Anregung einer elektromagnetischen Schwingungsmode in einem Kasten vor, und als solches trägt es sehr wohl zu dessen Masse (wenngleich verdammt wenig) bei, wie Friedrich Hasenöhrl 1904 feststellte. 

…weil man relativistische Masse von Bewegungsenergie der Konvention zudinglich trennen soll,…

Nein, man soll die eigene Masse m des Körpers von der seiner kinetischen Energie (γ – 1)m unterscheiden, statt von der »relativistischen Masse« γm als m zu sprechen, weil sonst der Massenbegriff in den der (bezugssystemabhängigen) Impulsmasse und den der trägen Masse zerfällt, wobei die träge Masse auch noch richtungsabhängig ist (die Quermasse ist die Impulsmasse, die Längsmasse das γ²-fache davon).

Noch viel besser ist es aber, die Gesamtenergie mγc² nicht additiv in mc² und m(γ–1)c² aufzuspalten, sondern als Zeitkomponente des Energie-Impuls-Vierervektors

(1.1) c|p» = (E; –c|p›) = mγc(c; –|v›)
(1.2) c«p| = (E; +c‹p|) = mγc(c; +‹v|)

aufzufassen, deren Betrag

(2) c√{«p|p»} = √{E² – c²‹p|þ›} = mγc²√{1 – ‹v|v›/c²} = mc²

 die Ruheenergie und damit bis auf eine Konstante c² die Eigenmasse ist.

…dann ist ja die Energie die Ursache der Gravitation und nicht die Masse.

Die Relativitätstheorie macht keinen Unterschied zwischen den Größen »Masse« [kg] und »Energie« [J]. Diese Unterscheidung ist gleichsam ein Artefakt der unterschiedlichen Messungen von Längen [m] und Zeitspannen [s].

Der Unterschied zwischen Energie und der Masse eines Körpers ist, wie (1) und (2) ausdrücken sollen, der zwischen einer Vektorkomponente und einem Vektorbetrag, ähnlich wie der zwischen Geschwindigkeit im Sinne von velocity (in einer bestimmten Richtung) und der im Sinne von speed.

Licht reagiert aufgrund seiner Energie natürlich auf Gravitation und übt natürlich auch welche aus, die aber sehr gering sein wird.

Versucht man sie nach Newtons Gravitationsgesetz aus der »relativistischen Masse des Photons« ħω/c² auszurechnen, wird man fast garantiert falsch liegen. Sicher kann man es über Einsteins Feldgleichung

(s. https://de.wikipedia.org/wiki/Einsteinsche_Feldgleichungen)

für einen Lichtstrom lösen, und der Effekt wird sehr klein sein (was gut ist, weil das eine Menge linearer Näherungen erlaubt), aber das traue ich mir derzeit nicht zu.

--------

*) Ein Elektron besitzt nicht nur eine Eigenmasse mₑ und damit eine Ruheenergie mₑc², sondern auch eine Ladung –e und eine Teilchenzahl, nämlich Leptonenzahl 1, die sämtlich Erhaltungsgrößen sind.

Ein Photon hat nichts davon. Es ist ausschließlich durch seine Energie=Frequenz·const. definiert, und ein kompaktes Wellenpaket, dem man einen bestimmten Ort und damit eine bestimmte Geschwindigkeit überhaupt zuordnen kann, ist nicht ein Photon, sondern ein Lichtknubbel mit unbestimmter Photonenzahl.

Kommentar von Usedefault ,

Ich will den ehrenwerten Herr Sir Newton natürlich nicht um sein Patent bringen, ich habe mir sogar gestern das Buch 'Principia Mathematica'  bestellt und hoffe, dass es meinen Horizont erweitere, ehe ich mich zeitgenössischen Physikern zuwenden werde.

Kommentar von SlowPhil ,

Ich will den ehrenwerten Herr Sir Newton natürlich nicht um sein Patent bringen,…

Sir Isaac. Nach »Sir« folgt im Englischen meines Wissens der Vornahme.

Vor allem aber freue ich mich darüber, dass meine Antwort Dir offensichtlich weitergeholfen hat.

Expertenantwort
von PWolff, Community-Experte für Physik, 20

Schon in der speziellen Relativitätstheorie sind Masse und Energie dasselbe. Erst recht in der allgemeinen Relativitätstheorie. (Umrechnungsfaktor ist Lichtgeschwindigkeit mal Lichtgeschwindigkeit, das c² in E = m c²)

Insbesondere hat auch die kinetische Energie eine Masse. Das ist genau die "relativistische Massenzunahme".

Kommentar von Usedefault ,

Ja aber schon mehrere Forenphysiker haben gemeint, man soll Masse von Bewegungsenergie trennen, weil das Konzept der relativistischen Masse veraltert ist, dann muss aber die Gravitation allgemein von der Energie erzeugt werden und nicht nur von der Masse.

Masse wäre dann eine Form von Energie, aber eben nur eine Form.

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