Wie kann Licht durch Gravitation abgelenkt werden, wenn dazu eine Masse notwendig ist?

4 Antworten

Ein beschleunigtes Bezugssystem reicht auch. Von der Allgemeinen Relativitätstheorie brauchen wir dafür nur die lokale Äquivalenz von Gravitationsfeld und Beschleunigungsfeld, für den Rest reicht die Spezielle Relativitätstheorie.

Stellen wir uns eine Reihe von Raketen vor, die sich in einer Reihe hintereinander befinden. Sie sollen so beschleunigen, dass sie in jedem ihrer momentan mitbewegten Inertialsysteme denselben Abstand zur vorausgehenden und zur nachfolgenden Rakete haben. Dann läuft von jeder Rakete aus gesehen die Zeit in den vorausfliegenden Raketen schneller und in den nachfolgenden Raketen langsamer ab.

Da die Raketen beschleunigt sind, bewegt sich ein (in einem Inertialsystem) geradliniger Lichtstrahl im Bezugssystem der Raketen auf einem Bogen. Das entspricht genau dem Verhalten, das man von einem ausgedehnten Körper erwarten würde, für den die Zeit auf einer Seite langsamer vergeht als auf der anderen.

Insofern braucht man bei Betrachtung der speziellen Relativitätstheorie die genaue Masse des Photons nicht - sie kürzt sich sowieso raus.

Man kann bzw. muss Photonen eine Masse zuordnen, wenn sie sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Nur ihre Ruhemasse ist 0, allerdings ruhen sie nie sondern bewegen sich immer mit Lichtgeschwindigkeit. Diese Masse wird auch bewegte Masse genannt und ist im Grunde einfach nur die Energie, die die Photonen besitzen, da E = m*c² gilt und c bekanntlich konstant ist. Kleiner Text dazu: https://www.uni-oldenburg.de/physik/studium/physik-studieren-in-oldenburg/was-sie-schon-immer/wie-schwer-ist-licht/

Weil das so wenig, ist noch bittl was zur Gravitation und Photonen:
Gravitation bedeutet auch immer eine Veränderung der Energie des Teilchen/Objektes. Ganz einfach ausgedrückt: Willst du von etwas schwerem weg, "verlierst" du durch die negative Beschleunigung Energie, willst du zu etwas schwerem hin, wirst du in die Richtung der Masse beschleunigt. Photonen werden aber nicht schneller oder langsamer, allein ihre Frequenz/Wellenlänge verändert sich.

Man kann ...

ja

...bzw. muss Photonen eine Masse zuordnen...

nein (und macht man heutzutage auch nicht mehr).

nur hat all das nichts mit der erklärung zu tun, warum photonen durch graviation abgelenkt werden.

gravitation funktioniert in der ART nämlich gänzlich anders als bei Newton, und daher hat das ganze tatsächlich nichts mit der masse direkt zu tun.

bzw. wenn man photonen einfach eine masse E/c² zuordnet und denkt damit wäre alles erledigt, dann liegt man bei der ablenkung um einen faktor 2 daneben.

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@Reggid

"nein (und macht man heutzutage auch nicht mehr)."

Da hätte ich aber gerne mal eine Quelle für.

"da Photonen ja mit Lichtgeschwindigkeit extrem schnell sind, haben sie also doch etwas bewegte Masse, die allerdings sehr klein ist"https://www.uni-oldenburg.de/physik/studium/physik-studieren-in-oldenburg/was-sie-schon-immer/wie-schwer-ist-licht/
(Stand laut Website 17.08.17)

"Allerdings besitzt jedes Photon eine bestimmte Energie. Nach der Masse-Energie-Äquivalenz E = m  c 2 wird deswegen seine dynamische Masse m von Null unterschiedlich sein. Wir setzenE =  und E = m  c 2 gleich:[...]
Diese Masse bewirkt, dass Photonen von Gravitationsfeldern abgelenkt werden und dabei Energie verlieren oder gewinnen können. Derartige Phänomene werden heutzutage experimentell bestätigt."
https://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.251/Didactics/quantenchemie/html/PhImpF.html
(Zugegeben, sieht aus wie von 1990)

Zudem wurde mir das genauso zum Abitur beigebracht.

Faktor 2? Hört sich fast so an, als hättest du den nächsten Satz auf Wikipedia nicht gelesen: "Diese Verdopplung rührt anschaulich gesprochen daher, dass in der Nähe der großen Masse die Zeit langsamer verstreicht und die Schwerkraft daher mehr Zeit hat einzuwirken." https://de.wikipedia.org/wiki/Photon#Schwerefeld

Zudem sollten wir nicht vergessen, dass das alles Theorien sind, bei denen man nicht eindeutig richtig und falsch sagen kann. So viel wie ich aber gelesen habe, scheint es so, als wäre die relativistische Masse von Photonen weiter verbreitet als 

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@Copyyy

Bitte komme nicht mit Abiwissen, das ist nichts wert. Als wenn in der Schule die ART auch nur ansatzweise verstanden würde. Da fehlt das komplette Handwerkszeug wie Differentialgeometrie. 

Ja, die Energie der Photonen kann man in Masse umrechnen. Aber das hilft nicht weiter in dieser Frage, denn die Ablenkung geschieht unabhängig von der Wellenlänge und damit der Masse! 

Warum Licht abgelenkt wird, wird ganz anschaulich bei http://www.einstein-online.info/vertiefung/AequivalenzLicht beschrieben. Ohne Formeln. 

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@Copyyy

Zudem wurde mir das genauso zum Abitur beigebracht.

und falls du dich irgendwann entscheiden solltest physik zu studieren (nicht lehramt), dann wird dir das auf der uni wieder ausgetrieben werden und anders (=modern) gelernt, verlass dich drauf....

solltest du nicht physik studieren, dann macht es eh nicht viel unterschied.

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@segler1968

Mir ist klar, dass es nicht wirklich etwas wert ist, wollte das nur erwähnt haben.
Die Ablenkung durch Licht ist eine Sache, ob es eine relativistische/bewegte Masse hat, eine andere. Und um genau diese Frage ging es hier.

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@Reggid

Da oben sind zwei Links von zwei Unis, Ulm und Oldenburg. Bei beiden werden Photonen eine Masse zugeordnet, wenn auch keine Ruhemasse. Das heißt aber nicht, dass sie eine Masse haben wie man es sich vorstellt.
Wenn du keine Quellen geben kannst, kann ich dich nicht ernst nehmen.

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@segler1968

Die grundigsten Grundlagen der Relativitätstheorie (SRT/ART) kann auch ein Abiturient verstehen:

  • Galileis Relativtätsprinzip
  • Dessen Anwendung auf die Gesetze der Elektrodynamik ⇒ Invarianz der Lichtgeschwindigkeit
  • Relativität der Gleichzeitigkeit als Konsequenz daraus ⇒ Untrennbarkeit der Zeit von den Raumdimensionen
  • Konsequenzen aus dem Impulserhaltungssatz ⇒ E₀=mc²
  • Äquivalenzprinzip (Ähnlichkeit der Gravitation mit Trägheitskräften)
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@Copyyy

Man spricht heute nicht mehr von der „bewegten Masse“, da sich dieses Konzept als unpraktisch erwiesen hat.

Wenn man damit gar die „träge Masse“ meint, d.h. das Verhältnis zwischen einer (resultierenden) Kraft und der durch sie bewirkten Beschleunigung, muss man zudem noch Quer- und Längsmasse voneinander unterscheiden, wobei Ersteres mit der 'Impulsmasse'

m·γ := m/√{1 – (v/c)²}

identisch ist, Letzteres jedoch m·γ³ ist.

Insbesondere will man aber auch gern mit Größen arbeiten, die Lorentz-invariant sind.

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Ich freue mich über Antworten

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