Frage von Usedefault, 72

Schwingt bei EM-Wellen der Raum?

Hallo!

Sind Wellen der Gravitation und durch Photonen vom Raum zu trennen, oder kann es sein, dass der Raum selbst zu schwingen beginnt?

Im Wasser verändert sich ja durch eine Welle kaum die Struktur des Wassers, die Druckwelle ist ein ständiges Beschleunigen und Bremsen von Molekülen, welches man wahrnehmen kann.

Lg

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von UlrichNagel, 22

Energie- oder Materie-Schwingungen haben nichts mit dem Raum zu tun. Raum ist nur eine willkürliche Größenfestlegung!

Kommentar von Usedefault ,

Heißt das, der Raum ist nur ein mathematisches Konzept, welches z. B. dazu dient, jedem Objekt einen Ort zuzuschreiben?

Kommentar von UlrichNagel ,

Ja so ungefähr! Ich halte auch die mathemathische Raumtheorie für irrelevant, kann man da nicht  einfach von Mengen sprechen und ihren Verbindungen (Mengentheorie)? Allerdings geht mir die Mengentheorie ganau so auf den Senkel!

Kommentar von Usedefault ,

Im Prinzip ist in jeder mathematischen Berechnung der Ursprung m. E. am wichtigsten, denn egal wo U(0/0/0) ist, X Y Z sind ein Raster in Würfelform der jedem Objekt einen Ort zuschreibt!

Nur wählt das vernünftige Gehirn bei z. B. einer Schlägerei wohl nicht den Erdkern als Relativpunkt, sondern den eigenen Körper.

Kommentar von UlrichNagel ,

Genau so sehe ich das auch!

Kommentar von PhotonX ,

Eine gekrümmte Raumzeit lässt sich mit so wenig mathematischer Struktur aber nicht beschreiben. Da braucht man schon eine differenzierbare Mannigfaltigkeit, die natürlich auch nur eine Menge ist, aber mit vielen mathematischen Strukturen ausgestattet!

Kommentar von UlrichNagel ,

Hast du in etwa eine Vorstellung, was eine "gekrümmte Raumzeit" sein soll? Ihr lernt das zwar in der schule, aber haben euch die Lehrer mal ihre Vorstellung davon dargelegt? Zeit ist eine vom Menschen definierte (fiktive) Vorstellung für den Ablauf eines Vorgangs und hat erstmal mit dem Raum nichts gemein!

Kommentar von PhotonX ,

In der Schule habe ich über gekrümmte Raumzeit nichts gelernt, dafür aber in der Uni, in einer Vorlesung zur allgemeinen Relativitätstheorie und einer zur Differentialgeometrie. Da steckt recht viel Mathe dahinter, aber die physikalische Intuition ist in etwa: Die Raumzeit ist eine vierdimensionale Mannigfaltigkeit, die von drei räumlichen und einer zeitlichen Koordinate "koordinatisiert" werden kann.

Der Sinn, Raum und Zeit in ein Raumzeitkontinuum zusammenzufassen, liegt darin, dass zum Beispiel schon in der speziellen Relativitätstheorie klar wird, dass ein Wechsel des Bezugssystems (was nichts anderes ist, als eine Koordinatentransformation) räumliche und zeitliche Koordinaten vermischt, sieht man sehr schön, wenn man sich die Form der Lorentz-Transformationen anschaut.

Was du beschreibst, ist die absolute Zeit, wie sie vor Einstein verwendet wurde, dieses Konzept kann man aber heutzutage bestenfalls als Näherung sehen.

Kommentar von Usedefault ,

Aber ich bin auch der Meinung von Ulrich, ich denke Zeit ist eine absolute und subjektive Qualität, welche linear verläuft und beschreibt, wie in Relation zu einem Zeitpunkt und dann zum nächsten, sich der Raumzustand verändert hat.

Kommentar von PhotonX ,

Nun, Physik ist eine Naturwissenschaft, da kann es nur so lange mehrere Meinungen zu einem Problem geben, bis man mit einem Experiment klären konnte, welche der Meinungen falsch sind und welche die Chance haben richtig zu sein. Das Konzept einer absoluten Zeit zum Beispiel wurde von vielen Experimenten widerlegt, das Konzept einer Raumzeit hingegen bestätigt.

Es ist dir natürlich freigestellt, beim Konzept einer absoluten Zeit zu verbleiben, wir sind ja in einem freien Land und jeder kann seine Meinung haben. Allerdings widerspricht diese Meinung dem Experiment. Ob das für dich Grund genug ist, deine Meinung zu ändern, musst du selbst wissen. ;)

Kommentar von Usedefault ,

Wenn ich die letzten 2000 Jahre revue passieren lasse, dann gab es bestimmte Ereignisse zu bestimmten Zeitpunkten. Und zu jedem Zeitpunkt, gab es doch exakt einen Raumzustand.

Kommentar von PhotonX ,

Klar, man kann die Raumzeit in dreidimensionale Hyperflächen gleicher Zeit schneiden. Na und?

Kommentar von Usedefault ,

Dann ist aber nach dieser Definition Zeit absolut, weil seit dem Urknall jedem Raumzustand genau ein linearer Zeitpunkt T(X) gegenübersteht. 

Und als relativen Begriff könnte man natürlich die Raumzeit zusätzlich einführen, was an meiner chronobiologischen Auffassung von Kausalität nichts ändert.

Kommentar von PhotonX ,

Nein. Denn die Wahl der Koordinate, entlang derer die Schnitte verlaufen, ist willkürlich. Ein Beobachter, der sich relativ zur Erde mit 0.9c bewegt, würde andere Hyperflächen konstanter Zeit sehen als einer, der auf der Erde sitzt.

Kommentar von Usedefault ,

Willst du mir damit sagen, wenn man mit 0.9c oder sonst einer Bedingung durch das Weltall düst, sieht man die Wikinger mit Schwertern herumlaufen?

Kommentar von PhotonX ,

Nun, dafür muss man nicht mal mit einer hohen Geschwindigkeit bezüglich der Erde unterwegs sein. Es reicht schon ein bis zwei tausend Lichtjahre Abstand zu haben. ;)

Kommentar von UlrichNagel ,

Wobei man bemerken muss, dass man nie die "Zeit" zurück drehen kann. Und auch eine definierte (absolute) Zeit kann man nicht mit einer anders definierten Zeit weder vergleichen noch verrechnen, wie es mit der sogenannten Zeittransformation, also z.B. die Erdzeit mit irgendeiner interstellaren Zeit, die keine gemeinsame Basis haben. Zur SRT möchte ich mich nicht äußern, da gibt es unterschiedliche wissenschaftliche Meinungen, also Ungeklärtes und sie wird in der Schule trotzdem gelehrt, als wenn sie wahr wäre!

Kommentar von PhotonX ,

"Wahr" ist kein Begriff, mit dem man in der Physik arbeitet. Sie ist experimentell bestätigt, das heißt, sie macht in ihrem Gültigkeitsbereich richtige Vorhersagen. In der Nähe eines Schwarzen Lochs kommt man mit der SRT natürlich nicht weit, dort wird sie falsch und es braucht die ART. Aber sie ist "richtiger" als die Newtonsche Mechanik mit ihrer absoluten Zeit, ja. Das ist experimentell bestens bestätigt. Warum also sie nicht in der Schule lehren?

Kommentar von UlrichNagel ,

Wobei allerdings die meisten "Experimente" davon Gedankenexperimente sind! Und auch mit der normalen menschlichen Logik ist Vieles nicht nachvollziehbar. Aber lassen wir den Disput, sollen sich die Wissenschaftler bessere Argumente einfallen lassen!

Kommentar von PhotonX ,

Die Wissenschaftler werden sich keine besseren Argumente einfallen lassen, denn nach wissenschaftlichen Maßstäben ist das Problem schon längst keins mehr.

Kommentar von UlrichNagel ,

Nicht nur ich, sondern auch bekanntere Wissenschaftler haben einige Probleme mit der ART und SRT!

Kommentar von PhotonX ,

Dass es nicht nur du bist, weiß ich nur zu gut. Ich habe vor meinem Physikstudium in einem Forum mitgelesen und auch etwas mitgeschrieben, wo Vertreter beider Lager miteinander diskutiert haben, stellenweise zivilisiert, stellenweise weniger. Die angeführten Autoritäten der SRT-Kritiker kenne ich also.

Damals wollte ich übrigens noch nicht Partei ergreifen, weil ich weder die Theorie richtig nachvollziehen noch die Experimente selbst machen konnte. Mittlerweile kann ich die Theorie nachvollziehen und finde sie überzeugend. Ein SRT-Kritiker wird natürlich sagen, dass ich im Studium einer Hirnwäsche unterzogen wurde, ich sehe das logischerweise anders. Nun, am Ende bleibt jeder bei seiner Meinung!

Kommentar von UlrichNagel ,

PhotonX du hast vollkommen Recht, jeder hat seine Meinung darüber. Mir muss man schon mit logischen (nachvollziehbaren) Argumenten kommen, um die (theoretische) Gültigkeit zu untermauern!

Kommentar von PhotonX ,

Nun, ein Argument wäre das Ergebnis des Michaelson-Morley-Experiments. Ich gehe davon aus, dass dir der Aufbau und das Ergebnis bekannt sind. Daraus folgt Einsteins Postulat, dass die Lichtgeschwindigkeit in allen Bezugssystemen gleich ist. Das ist wohlgemerkt kein Gedankenexperiment, sondern ein real durchgeführtes Experiment.

Kommentar von UlrichNagel ,

Dafür brauche ich kein Experiment, dass ist reine Logik, dass die Lichtgeschwindigkeit (im Vakuum) in allen Räumen gleich ist! Könnte man die Lichtgeschwindigkeit aber "sehen" , müsste von unterschiedlichen Bezugssystemen erkennbar sein, dass die Relativgeschwindigkeiten unterschiedlich sind!

Kommentar von PhotonX ,

Was meinst du mit "in allen Räumen"?

Könnte man die Lichtgeschwindigkeit aber "sehen" , müsste von unterschiedlichen Bezugssystemen erkennbar sein, dass die Relativgeschwindigkeiten unterschiedlich sind!

Das kann man (man kann ja die Lichtlaufzeit entlang eines Pfades bekannter Länge messen) und genau das wurde im MM-Experiment gemacht. Das Ergebnis war, dass die Relativgeschwindigkeit des Lichts unabhängig vom Bezugssystem des Beobachters ist.

Kommentar von UlrichNagel ,

Ich will dir kein unlogisches Denken unterstellen, aber Relativgeschwindigkeiten ergeben sich ja nur aus verschiedenen Bezugssystemen! Damit können sie nicht unabhängig vom Bezugssystem sein!

Kommentar von PhotonX ,

Im Rahmen der Newtonschen Mechanik mit einer absoluten Zeit und dem Additionsgesetz v=v1+v2 für Relativgeschwindigkeiten können sie das tatsächlich nicht. Deshalb war man sehr überrascht, als experimentell heraus kam, dass die Lichtgeschwindigkeit unabhängig von der Geschwindigkeit des Beobachters immer einen konstanten Wert hat. Also brauchte man eine Theorie, die dieses verrückte Ergebnis erklären kann und genau das kann, und tut die SRT.

Kommentar von UlrichNagel ,

OK wir kommen auf keinen grünen Zweig! abschließend möchte ich bemerken, dass ein bewegter beobachter mit welcher geschwindigkeit auch immer, nie das Licht "beobachten kann und eine Messung kann immer nur in einem System gemacht werden. Man hat also nie meßwerte, die miteinander vergleichbar sind, weil sie aus verschiedenen Systemen stammen und damit keine gemeinsame Basis zum Vergleichen geschweige denn in Beziehung zu setzen!

Kommentar von PhotonX ,

Nun, das MM-Experiment war gerade so aufgesetzt, dass die Messungen eben doch vergleichbar waren. Ich habe aber den Eindruck, du weißt nicht, wie das Experiment aufgesetzt wurde, und versuchst mit allgemeinen Überlegungen zu begründen, warum kein Experiment existieren kann, das die SRT bestätigt.

Kommentar von Usedefault ,

PhotonX, kann du das mit den Hyperschnitten des Raumes erklären? Warum gibt es deswegen keine Raumzustände zu linearen Zeitpunkten?

Kommentar von PhotonX ,

Was meinst du mit "linearen Zeitpunkten"? Was ich meinte, ist: Es gibt keine allgemeingültige Schnittrichtung, weil die Zeitkoordinate, entlang derer man schneidet, vom Bezugssystem des Beobachters abhängt.

Kommentar von Usedefault ,

Es gibt eine Definition von einer Sekunde.

Es gibt eine Annahme von dem Urknall, welcher der Zeitpunkt Raumexistenzanfang ist und dessen Raumzustand ist bei T(0).

Mit jeder Sekunde die verstreicht ändert sich der Raum, mit welchen Beziehungen auch immer.

Dadurch gibt es zu jedem T(X) genau einen Raumzustand.

Kommentar von PhotonX ,

Das ist wahr für eine Wahl der Zeitkoordinate. Für eine anders gewählte Zeitkoordinate (zum Beispiel konforme Zeit), sieht es schon wieder anders aus.

Kommentar von Usedefault ,

Ich verstehe nicht, was du mit Zeitkiordinate meinst. Für mich (meinen Verstand) gibt es nur eine gleich lange Sekunde.

Kommentar von PhotonX ,

Nun, du denkst im Rahmen einer absoluten Zeit. Nun sagt aber die SRT (was auch experimentell bestätigt wurde): Bewegen sich zwei Beobachter relativ zueinander, dann vergeht für sie die Zeit gefühlt gleich schnell (Eigenzeit). Aber wenn einer der Beobachter schaut, wie schnell die Zeit des anderen vergeht, wird er einen Unterschied feststellen.

Nochmal detaillierter. Wir haben zwei Beobachter A und B, die sich relativ zueinander bewegen. Jeder von ihnen trägt eine Uhr mit sich, nennen wir die Uhren a und b. Schaut Beobachter A auf die Uhr a, dann sieht er genau das, was du siehst, wenn du auf eine Uhr schaust, es vergeht in einer Sekunde eine Sekunde. Das gleiche passiert, wenn Beobachter B auf die Uhr b schaut.

Schaut aber Beobachter A auf die Uhr b (also die Uhr des anderen Beobachters), dann sieht er die Zeit auf dieser Uhr langsamer gehen im Vergleich zu seiner eigenen Uhr a. Umgekehrt, wenn Beobachter B auf die Uhr a schaut, sieht er Uhr a langsamer gehen als seine eigene Uhr b. Sich über die Zeit einigen können sie sich nur, wenn sie aufhören sich relativ zueinander zu bewegen und somit in das gleiche Bezugssystem wechseln.

Kommentar von Usedefault ,

Ich sagte doch mir ist das mit der relativen Zeit klar, aber die irdischen Bedingungen ermöglichen nun mal, dass wir uns in derselben Zeit befinden. Es düst hier niemand mit v = c herum.

Für mich als Subjekt ist demnach immer meine erlebte Zeit die echte Zeit.

Kommentar von PhotonX ,

Für dich als Subjekt ist die erlebte Zeit immer die echte Zeit, egal wie schnell du dich bewegst. Das ändert aber nichts an der Tatsache, dass keine allgemeingültige Zeitkoordinate für alle Bezugssysteme festgelegt werden kann.

Kommentar von UlrichNagel ,

Ich kenne das Experiment nicht, aber messungen aus verschiedenen Systemen sind absolut nicht vergleichbar! Ich werde mir das Experiment aber mal ansehen!

Kommentar von PhotonX ,

Tu das bitte, danach können wir das Gespräch gerne weiterführen!

Kommentar von UlrichNagel ,

Habs mir durchgelesen. Da sind für mich so viel Ungereimtheiten drin, dass ich leider bei meinen Argumentationen über die ART und SRT bleiben muss. Es hat also keinen Sinn, unseren Disput darüber fort zu setzen!

Kommentar von PhotonX ,

Nun, wie du magst! Du kannst aber die Ungereimtheiten gerne zusammentragen, ich bin mir sicher, wir können nach einer detaillierten Betrachtung des Experiments zu einem Konsens kommen.

Kommentar von UlrichNagel ,

Heute aber sicher nicht mehr! hat mich gefreut, mit dir Gedanken auszutauschen! Zum Anderen habe ich nach genügenden wohldurchdachten logischen Gedankengängen eine gefestigte Meinung zur ART und SRT! Wünsch dir eine gute Nacht!

Kommentar von Usedefault ,

Ja, dass müsste ich jetzt haben. Bis in 2000 LJ Abstand sind wieder andere Informationen gegenwärtig.

Antwort
von PhotonX, 28

EM-Wellen propagieren durch den Raum, ohne die Raumzeit nennenswert zu krümmen. Gravitationswellen sind per Definition wellenförmige Verformungen der Raumzeit.

Kommentar von Usedefault ,

Und sieht die EM-Welle wirklich so aus, wie bei den Grafiken? Kann es sein, dass ein Objekt im Wellental ist und deshalb gar nichts von der Welle bemerkt?

Und ist die Welle 3D oder nur von oben nach unten?

Kommentar von PhotonX ,

Die EM-Welle besteht aus einer elektrischen und einer magnetischen Komponente. Das E-Feld und das B-Feld stehen zu jedem Zeitpunkt senkrecht zueinander und zur Ausbreitungsrichtung. Die Felder haben bis auf einen konstanten Vorfaktor den gleichen Betrag.

Kann es sein, dass ein Objekt im Wellental ist und deshalb gar nichts von der Welle bemerkt?

Wie meinst du das? Das Tal bewegt sich ja mit Lichtgeschwindigkeit, ein Objekt kann also nicht die ganze Zeit im Tal sein, die Täler laufen wie bei einer Wasserwelle an ihm vorbei.

Kommentar von Usedefault ,

Achso! Es verändert sich ja die Amplitude ständig.

Die B- Komponente ist rein die Konsequenz der E-Komponente, oder? So wie beim Stromkreis?

Wie breit und wie hoch sind EM-Wellen?

Kommentar von PhotonX ,

Nein, die Amplitude bleibt die gleiche, die Auslenkung ändert sich. Also: Die maximale Feldstärke bleibt gleich, die tatsächliche Feldstärke schwingt periodisch.

Die B-Komponente ist Konsequenz der E-Komponente und die E-Komponente ist umgekehrt Konsequenz der B-Komponente.

Die Wellenfronten von ebenen EM-Wellen sind unendlich ausgedehnt. Das ist aber natürlich ein mathematisches Modell. In Wirklichkeit gibt es keine exakt ebene EM-Wellen und die Fronten haben endliche Ausdehnung. Zum Beispiel das Sonnenlicht ist eine EM-Welle, die sich von der Sonne aus in alle Richtung ausdehnt. Die Wellenfronten sind Sphären, die mit dem Abstand zur Sonne immer größer werden. Dafür nimmt die Amplitude mit dem Abstand ab (merke den Unterschied zum ersten Satz: Bei ebenen Wellen bleibt die Amplitude gleich, bei Kugelwellen nimmt sie mit dem Abstand ab).

Antwort
von gilgamesch4711, 15

  Zweite Ergänzung; elektrische und magnetische Feldlinien kommen in den Experimenten vor; siehe Pohl, Elektrizitätslehre.

   Mehr sagt die Physik auch nicht.

   In Euklids Elementen steht drin, was für Punkte, Geraden und Dreiecke gelten soll.

   Und die Maxwellgleichungen ( MG ) geben an, was für E-Feld und B-Feld gilt; das Einzige, was vom Standpunkt des ===> Positivismus Sinn hätte: Du schlägst nach im Becker-Sauter bzw. unterhältst dich mit mir darüber, wie man diese MG umformt bzw. löst.

   Einen tieferen Sinn haben diese Felder nicht, obgleich ich ihnen eine gewisse Anschaulichkeit keines Wegs absprechen möchte.

Antwort
von gilgamesch4711, 12

  Wegen deines Kommentars; was man Schülern immer vorenthält: Dreifingerregel der rechten Hand. ( DFR )

  1) Daumen in Richtung des ( elektrischen ) E-Feldes

  2) Zeigefinger in Richtung des ( magnetischen ) B-Feldes

  3) Dann gibt dir der Mittelfinger die Richtung des Energiestroms ( Strahlungsdruck; ===>  Poyntingvektor )

     Auf Grund der DFR ist die Welle ===> polarisiert ;  es gibt linear und zirkular polarisiertes Licht; natürlich könnte der Feldvektor auch rotieren.

Antwort
von gilgamesch4711, 12

   Ich zitiere ===> Harry Lesch, wenn ich sage: Du glaubst nur, z.B. die Tischplatte zu berühren. In Wirklichkeit ist das elektrostatische Feld, die Coulombabstoßung zwischen der äußeren Elektronenhülle in deinem Finger und den elektronen im Holz der Art stark, dass du nicht ein einziges Elektron berührst.

   Viel mehr verhält es sich genau umgekehrt; du spürst die Wirkung eines Kraftfeldes.

Antwort
von DieMilly, 27

Wie ich dir in einer anderen Frage schon sagte, schwingt bei Licht das elektromagnetische Feld, welches das Universum ausfüllt. Die Raumzeit wird vom Licht kaum beeinflusst.

Kommentar von Usedefault ,

Du hast aber nicht mehr geantwortet, was das "EM-Feld" sein soll.

Kommentar von DieMilly ,

Es gibt keine anschauliche Darstellung solch fundamentaler Dinge. Es ist ein mathematisches Feld, welches das Universum ausfüllt. Ein Feld ist, wenn du jedem Punkt im Raum eine Zahl, einen Vektor oder anderes mathematisches Objekt zuordnest. Die Temperatur ist ein skalares Feld - jedem Punkt im Raum wird eine Zahl zugeordnet. 

Kommentar von Usedefault ,

Aber PhotonX hat geschrieben, die Photonen propagieren durch den Raum und nicht sie schwingen ein Feld! Wobei für mich die Vorstellung vom schwingenden Raum angenehmer wäre, als vom schwingenden Photon.

Kommentar von PhotonX ,

Es schwingt die Feldstärke des E- und B-Felds, sie ändert sich also periodisch mit der Zeit. Das Feld schwingt von selbst und wird nicht von irgendwas geschwungen, wie du schreibst.

Kommentar von Usedefault ,

DieMilly hat oben geschrieben, dass bei Licht ein Feld schwingt und ich habe das nur so übernommen, falls du mich meinst.

Kommentar von PhotonX ,

Ja, ich meinte deinen letzten Kommentar. Du schriebst doch

die Photonen propagieren durch den Raum und nicht sie schwingen ein Feld

Ich wollte nur klarstellen, dass nicht die Photonen das Feld schwingen, sondern das Feld selbst schwingt, in dem Sinne dass die Feldstärken periodisch anwachsen und abnehmen.

Kommentar von Usedefault ,

Und gibt es dieses EM-Feld auch, wenn nirgends Photonen emittiert werden oder hat der moderne Physikergeist sich das Feld ausgedacht, um bestimmte Vorgänge zu beschreiben?

Ich stelle mir nämlich die Wirklichkeit vor als Objekte, welche das Nichts ausfüllen. Und dann wäre neben den Objekte ja noch ein Feld im Nichts.

Kommentar von PhotonX ,

Das Feld ist erst mal eine mathematische Funktion, E(t,x,y,z), die jedem Punkt (x,y,z) zu jeder Zeit t einen Feldstärkenwert zuordnet. Es kann aber indirekt gemessen werden, zum Beispiel durch die Bewegung einer Probeladung, auf die je nach Feldstärke eine andere elektrische Anziehungs- oder Abstoßungskraft wirkt.

Wenn zu keinem Zeitpunkt und an keinem Ort Photonen vorhanden sind, dann ist klassisch E=0. Quantenmechanisch gibt es allerdings mikroskopische Feldschwingungen, die man nicht "abschalten" kann.

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