Frage von grubenhirn, 72

Wie wirken Photonen gravitativ - wie muss man sich das vorstellen?

Erzeugen auch Photonen Gravitonen?

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von Reggid, 22

in der allgemeinen relativitaetstheorie ist der ''quellterm`` in den gleichungen fuer die raumzeitkruemmung, also das was fuer die gravitation verantwortlich ist (sowie die die masse in der Newtonschen gravitationstheorie), der sog. energie-impuls-tensor. dieser beinhaltet, wie der name schon sagt, (unter anderem) energie- und impulsdichte.

elektromagnetische wellen (~photonen) haben energie und impuls --> tragen bei zur raumzeitkruemmung --> haben eine gravitative wirkung auf andere objekte.

(beachte das hier nirgends eine masse notwendig ist, daher haben auch masselose teilchen wie photonen eine gravitative wirkung. die masse ist nur ein beitrag zur gesamten energiedichte, welche wiederum nur eine der komponenten des energie-impuls-tensors ist)

es gibt bis heute keine akzeptierte quantentheorie der gravitation (--> gravitonen), aber wenn es so etwas wie gravitonen gibt, dann muessen photonen, so wie auch alles andere, damit wechselwirken.

Expertenantwort
von PWolff, Community-Experte für Physik, 38

Müssen sie. Sie werden ja in Gravitationsfeldern abgelenkt. Da sie einen nichtverschwindenden Impuls in Bewegungsrichtung haben, ändern sie dabei ihren Impuls. Damit der Impuls erhalten bleibt, muss das Photon die entgegengesetzt gleiche Impulsänderung an das Gravitationsfeld übertragen.

Eine äquivalente Begründung geht von ihrer Masse aus, die sie nach der speziellen Relativitätstheorie haben müssen (sie haben ja Energie, in diesem Fall reine Bewegungsenergie). Da sie (nach der allgemeinen Relativitätstheorie) von (anderen) schweren Massen angezogen werden, müssen auch diese anderen Massen vom Photon angezogen werden. (Reactio = - Actio; Schwerpunktsatz)

Stell dir hier am besten keine Gravitonen vor, sondern eine gekrümmte Raumzeit, auf der auch Photonen "Wellen schlagen".

Kommentar von grubenhirn ,

Danke für die Antwort!

Kommentar von Reggid ,

Eine äquivalente Begründung geht von ihrer Masse aus, die sie nach der
speziellen Relativitätstheorie haben müssen .

das ist nicht aequivalent, sondern leider falsch. so funktioniert gravitation in der ART nicht. und masse haben photonen in der SRT auch nicht (ausser man verwendet einen seit hundert jahren veralterten begriff von masse)

Kommentar von Viktor1 ,
Stell dir hier am besten ....vor, ... eine 
gekrümmte Raumzeit,

Genau, das ist auch das, was sich jeder Mensch am besten vorstellen kann. Damit hat man ja Erfahrung und wird mit dieser Vorstellung geboren. Wow !

Antwort
von grtgrt, 21

Gravitation wirkt nicht nur auf Materie, sondern auf alles, was Energie trägt.

Lichtwellen aber sind Energieträger (die Energie einer Lichtwelle ist proportional zu ihrer Frequenz). 

Dies bedeutet auch: Allein schon die Anwesenheit von Licht krümmt den Raum im Sinne von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie. 

Kommentar von Astroknoedel2 ,

Bitte im physikalsichen Kontext zwischen Raumkrümmung und Raumzeitkrümmung unterscheiden.

Kommentar von grtgrt ,

Im Prinzip hast du recht (danke also für den Hinweis). 

Wer aber z.B. an Gravitationslinsen (-effekte) denkt, kommt nicht umhin, zuzugeben, dass es schon auch Sinn macht, von gekrümmten Wegen durch den Raum zu sprechen (d.h. von Raumkrümmung, denn auch diese Wege sind ja kürzest mögliche und als solche noch nicht mal eindeutig - wie es tatsächlich nur in gekrümmtem Raum sein kann).

Kommentar von Astroknoedel2 ,

Sicher, das stimmt. Es ist nur eine unvollständige Information, aber nicht falsch.

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