Stefan Ram wrote:
> AndreK <
ak...@gmx.de> writes:
>>Ein Photon der Frequenz f0 wird im ruhenden Körper 1 der Masse m1
>>erzeugt und im Körper 2 der Masse m2 absorbiert. Dieser entfernt sich
>>radial mit der Geschwindigkeit v2 von Körper 1. Beide Körper bilden
>>jeweils ein Inertialsystem, alles im Vakuum. Aus der Sicht des
>>absorbierenden Körpers 2 ist die Frequenz/Energie des einfallenden
>>Photons durch die Rotverschiebung geringer als aus der Sicht von Körper
>>1. Wo verbleibt der Differenzbetrag der Energie?
>
> Man könnte genausogut fragen:
>
> Ein Auto hat eine Geschwindigkeit von 25 km/h und eine Masse
> von einer Tonne, mithin eine kinetische Energie von ½ 1000 kg ·
> 25 (( 1000 m )/( 3600 s ))². Betrachtet man das Auto jedoch
> aus Sicht des Autos, ist seine Geschwindigkeit 0, und die
> kinetische Energie ebenfalls. Wo ist die kinetische Energie
> geblieben?
Ausnahmsweise ein richtiges physikalisches Argument von Stefan Ram, wenn
auch nur angedeutet.
Anders und genauer rformuliert: Die kinetische Energie T eines Systems ist
von der Wahl des Bezugssystems abhängig. Das ist bei der relativistischen
kinetischen Energie eines Photons nicht anders als bei der klassisch-
newtonschen kinetischen Energie eines Autos.
Der Unterschied besteht nur darin, dass bei dem Photon T nicht
geschwindigkeits-, sondern frequenzabhängig ist. Das hat damit zu tun, dass
dies gleichermassen für die jeweiligen Impulse p gilt.
Massebehafter Körper:
p = γ m v = m v/√(1 − v²/c²); für v ≪ c ergibt sich p ≈ m v.
T = m c² (γ − 1); für v ≪ c ergibt sich T ≈ 1/2 m v².
Masseloses Objekt (kann von der Newtonschen Mechanik nicht adäquat
beschrieben werden):
p = ℏ k = ℎ/(2π) 2π/λ = ℎ/λ = ℎ f/c.
T = ℎ f.
Zu diesem grossen Unterschied kommt es aufgrund der allgemeineren (aus der
Minkowski-Metrik herleitbaren) Energie–Impuls-Beziehung:
E = √(m²c⁴ + p²c²).
Für m ≠ 0:
E = √(m²c⁴ + γ²m²v²c²) = γ m c².
E₀ = E(p = 0) = m c².
Für m = 0:
E = p c = ℎ f/c · c = ℎ f. (Planck–Einstein-Beziehung)
E₀ = 0,
wobei E₀ die Ruhe-Energie, d. h. die Energie des Systems in relativer Ruhe
ist.
Für die kinetische Energie gilt aber:
T = E − E₀.
Folglich für m ≠ 0 und m = 0 jeweils die oben angegebenen Formeln.
Die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit (im Vakuum und in der flachen
Raumzeit) wird zwar schon bei der Lorentz-Transformation rein aufgrund von
Beobachtungen angenommen. Man kann aber zumindest zeigen, dass dies zu
konsistenten Ergebnissen führt. Stellt man nämlich die allgemeine Energie–
Impuls-Beziehung für massebehaftete Systeme nach der Geschwindigkeit um,
erhält man
v = c √(1 − m²c⁴/E²).
Daraus folgt, dass massebehaftete Systeme sich nur mit *weniger* als der
Lichtgeschwindigkeit im Vakuum (c) durch ebendieses bewegen *können* und
dass masselose Systeme (wie Photonen) sich in *jedem* Bezugssystem mit c
bewegen *müssen*.
Siehe auch:
<
https://www.researchgate.net/publication/338166335_From_the_norm_of_the_four-momentum_to_the_energy-momentum_relation>
Man korrigiere mich wo nötig.
PointedEars
--
Two neutrinos go through a bar ...
(from: WolframAlpha)