Rotverschiebung und Energieerhaltung?
Gemäß E = hf und der Tatsache, dass die Raumzeit sich ausdehnt und es zur Rotverschiebung kommt, würde dann doch unter Annahme von Energieerhaltung folgen, je Zustandsänderung der Dehnung der Raumzeit:
hf = E_0 = E_1 + E* = hf' + E*
Wobei f > f'.
Wenn man annimmt, das Universum insgesamt sei abgeschlossen und dunkle Energie keine externe Wirkung.
Aber was genau ist dann E*? Wo verschwindet die Energie des Photons bei Expansion hin? Wird sie etwa von einem dunklen Mechanismus in Expansionsgeschwindigkeit gewandelt?!?!
Zum Hintergrund, ich habe letztes Semester Differentialgeometrie (Mathe BSC-Studium) gehabt und wollte mich mal an Physik, insbes. Relativitätstheorie heranwagen, wo ich doch Informatik als NF habe.
Deswegen rechne ich damit, dass ich etwas gänzlich falsch verstanden habe. Aber dennoch vielen Dank für Rechtweisung.
2 Antworten
würde dann doch unter Annahme von Energieerhaltung
ja, aber wie kommst du zu dieser annahme.
in einer dynamischen raumzeit gibt es keine energieerhaltung.
bzw lässt sich energie global gar nicht eindeutig definieren.
eine möglichkeit das problem mit der energieerhaltung zu beschreiben wie folgt:
energieerhaltung leitest du für gewöhnlich über das Noether-theorem aus der invarianz der naturgesetze unter zeitlichen translationen her. wenn jetzt aber die raumzeit selbst zeitabhängig ist, dann hast du diese invarianz schlicht nicht mehr.
eine andere möglichkeit ist der vergleich mit dem Doppler-effekt in der klassischen physik:
wenn sich sender und empfänger relativ zueinander bewegen, dann nimmt zB der empfänger auch eine geringere frequenz wahr als der sender ausgesandt hat. dann könnte ich dich doch auch fragen: "aber wo ist denn jetzt die energie hingekommen???". dann würdest du wahrscheinlich antworten: "moment, moment, so geht das nicht. du vergleichst hier die energie des signals in zwei verschiedenen inertialsystemen (ruhesystem sender und ruhesystem empfänger), natürlich muss die energie hier nicht die selbe sein. aber wenn ich den gesamt prozess, sowohl das senden als auch das empfangen, in einem festen inertialsystem beschreibe, dann wäre die energie immer gleich" und du hättest damit natürlich völlig recht. der punkt ist aber, dass es dieses globale inertialsystem, das ein solches darstellt für prozesse die an weit entfernten orten irgendwo im universum stattfinden, in einer expandierenden raumzeit eben nicht gibt. somit vergleichst du immer die energie in verschiedenen systemen, und erhältst damit natürlich immer was anderes - wie beim klassischen Doppler-effekt ja auch.
Ah, verstehe, das Bezugssystem ist natürlich nicht invariant, sondern skaliert mit Raumzeitänderung.
Vielen lieben Dank, das macht es einsichtlicher.
Aber auch umso verwirrender, heh.
Jetzt mal ganz banal: die Rotverschiebung "kommt" doch von der Betrachterseite und nicht von der Senderseite...
...umgekehrt würde deine Theorie ja bedeuten, dass die Senderenergie E = h * f davon abhängen ob bzw. wie schnell sich der Beobachter gegenüber dem Sender bewegt...
...und was wenn zwei verschiedene den beobachten? ;o)
Also: die Energieerhaltung macht nur Sinn, wenn sich die Abstrahlfrequenz ändern würde... Was sie nicht tut...
...der Rest ist nur Dopplereffekt... Ohne Einfluss auf die Senderenergie...
Hmm. Ja. Das ist eigentlich die Frage. Ich habe Energieerhaltung dogmatisch reingeworfen ohne die Abhängigkeit von Zeit zu beachten.
"in einer dynamischen raumzeit gibt es keine energieerhaltung."
Kannst du das näher erläutern?