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Radioforum
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Erster Beitrag:
vor 11 Jahren, 7 Monaten
Letzter Beitrag:
vor 11 Jahren, 7 Monaten
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MHM, Sebastian Fritzsche, Manfred Z, ulionken, Thorsten T., georgk, Kroes, tomfritz, PeterSchwarz

Wellenausbreitung und Gravitation

Startbeitrag von tomfritz am 11.04.2006 20:31

[Beitrag auf Wunsch des Users entfernt.]

Antworten:

Seit wann haben Photonen eine Masse?

von Manfred Z - am 11.04.2006 20:38
Die Gravitation hat überhaupt keinen Einfluß auf die elektromagnetische Wellenausbreitung. Lediglich in unmittelbarer Nähe zu Schwarzen Löcher würden die Wellen einen Bogen machen oder gar komplett zurückgelenkt werden. Die genaue Begründung für das Huygensche Prinzip (lange Wellen werden leichter gebeugt als kurze) ist in der Quantenmechanik zu suchen. Aber ich glaube, das würde jetzt etwas zu weit führen. Nur so viel sei gesagt: mit Beugung (Diffraktion) ist die Ablenkung der Wellen an Hindernissen (z.B. eine Häuserecke oder auch der natürliche Horizont) gemeint. Mit Gravitation hat das nichts zu tun.

von MHM - am 11.04.2006 21:07
Photonen haben zwar keine Ruhemasse, aber man kann gemäss E = m c2 eine relativistische Masse definieren und daraus die Ablenkung im Gravitationsfeld berechnen.

73 de Uli



von ulionken - am 11.04.2006 21:12
... und damit's keine Missverständnisse gibt: MHM hat natürlich Recht: Für die auf der Erde beobachtete Ausbreitung von Radiowellen und deren Beugung an festen Hindernissen oder an Dichteunterschieden in der Atmosphäre hat das Ganze natürlich überhaupt keine Bedeutung, weil die Ablenkung im Gravitationsfeld dem gegenüber viel zu schwach ist.


von ulionken - am 11.04.2006 21:17
@tomfritz: Du brauchst dazu aber eine gewaltige Masse...und unser Erdkern ist das definitiv nicht. Vielleicht gibt es da wirklich ne gravitionsbedingte Ablenkung - aber die dürfte sich dann eher im Nanometer-Bereich abspielen oder noch einige Zehnerpotenzen niedriger...

von Kroes - am 11.04.2006 21:18
Ist es nicht so, dass ein Lichtstrahl, der nah an der Sonne vorbei fliegt, aus der Ferne betrachtet nur deshalb eine leicht gekrümmte Bahn hat, weil er geradeaus durch den leicht von der Sonne verkrümmten Raum fliegt, die Gravitation also nur einen indirekten Einfluss hat?

von Manfred Z - am 11.04.2006 21:41
Zitat
tomfritz
Zitat

Die Gravitation hat überhaupt keinen Einfluß auf die elektromagnetische Wellenausbreitung.

Die neuesten Erkenntnisse sagen aber genau das Gegenteil aus.


So neu ist die Erkenntnis gar nicht, denn bereits Albert Einstein hat diesen Gravitationslinseneffekt postuliert, der dann dank einer Sonnenfinsternis tatsächlich nachgewiesen werden konnte (dürfte schon über 80 Jahre her sein). Die Sonne krümmt den Raum freilich so stark, daß Sterne "dahinter" sichtbar werden. Nur haben wir es sowohl bzgl. der Masse (10^30 kg!) als auch bzgl. der zurückgelegten Distanzen mit völlig anderen Dimensionen zu tun als im Falle der atmosphärischen Wellenausbreitung.

Wenn wir also ganz genau sind: die durch die Erde verursachte Raumkrümmung führt theoretisch zu einer Krümmung der Radiowelle, aber der Effekt ist so winzig, daß sich überhaupt keine praktischen Auswirkungen ergeben (im Gegensatz zum Beispiel Sternenlicht/Sonnenfinsternis). Ob sich eine Radiowelle nun einen halben Nanometer weiter oben oder weiter unten ausbreitet, macht auch für Hardcore-DXer keinen Unterschied.

Man kann das Spielchen noch weitertreiben: Gravitation beeinflußt auch die Zeit, d.h. je näher man am Erdmittelpunkt ist, umso langsamer läuft die Zeit. Die Bewohner des 8. Stockes eines Mietshauses altern also schneller als jene, die im Erdgeschoß wohnen. Außerdem gehen bewegte Uhren langsamer. Wer also jeden Morgen mit dem Fahrrad zur Arbeit fährt statt zu Fuß geht, altert auch langsamer:-). Die Unterschiede lassen sich in beiden Fällen problemlos berechnen, aber nicht messen. Ein witziges Experiment fand jedoch vor einigen Jahren in Garmisch und auf der Zugspitze statt: an beiden Orten wurde eine Atomuhr aufgestellt und per Funksignal gestartet. Nach vier Wochen wurden beiden Uhren wieder gestoppt und siehe da, die Uhr auf der Zugspitze war der Uhr unten im Tal um eine halbe Millionstel Sekunde enteilt. D.h. auch wer regelmäßig auf die Zugspitze rauffährt, braucht keine Angst zu haben, deswegen als Greis zurückzukehren;-)



von MHM - am 12.04.2006 08:23
Diese Uhrengeschichte kenne ich. Das ist schon eine ganze Weile her. Ich meine, das sei damals sogar in der Sendung mit der Maus gekommen.

"die Bewohner des 8. Stockes eines Mietshauses altern also schneller als jene, die im Erdgeschoß wohnen. "
Pass auf, jetzt ziehen gleich alle in den Keller.

Zusammengefaßt könnte man jetzt wohl sagen: Der Effekt exisitiert, aber ist vernachlässigbar.
(das war mal ne Zeit lang die Lieblingserkentniss unseres Physiklehrers)



von PeterSchwarz - am 12.04.2006 08:42
Hierzu könnte bestimmt ein "qualifizierter, zündender Physiker"™ etwas sagen... ;)

Aber ihr habt ihn ja offenbar vertrieben...



von Thorsten T. - am 12.04.2006 09:14
Zitat

mit Beugung (Diffraktion) ist die Ablenkung der Wellen an Hindernissen (z.B. eine Häuserecke oder auch der natürliche Horizont) gemeint. Mit Gravitation hat das nichts zu tun.


Wo ist denn bitte der 'natürliche Horizont'? Ist das ein feststehendes Hindernis, an dem plötzlich die Wellen abgelenkt werden? Der jagt doch im gleichen Tempo davon, wie die Wellen auf ihn zu jagen, und wenn sie da sind, ist er schon wieder weg - wie sollen die da noch gebeugt werden?

von Sebastian Fritzsche - am 12.04.2006 10:28
Zitat
ulionken
Photonen haben zwar keine Ruhemasse, aber man kann gemäss E = m c2 eine relativistische Masse definieren und daraus die Ablenkung im Gravitationsfeld berechnen.

73 de Uli


Allerdings ist das Ergebnis um einen Faktor 2 falsch.
Die sog. relativitistische Masse ist ohnehin ein ziemlich irrefuehrender
Begriff und wird im professionellen Umfeld nicht verwendet.

Georg

von georgk - am 12.04.2006 11:13
Zitat
Sebastian Fritzsche
Wo ist denn bitte der 'natürliche Horizont'? Ist das ein feststehendes Hindernis, an dem plötzlich die Wellen abgelenkt werden? Der jagt doch im gleichen Tempo davon, wie die Wellen auf ihn zu jagen, und wenn sie da sind, ist er schon wieder weg - wie sollen die da noch gebeugt werden?


Vom Sender aus betrachtet wird ein Teil der Wellenfront immer auf den Boden in Horizontentfernung treffen, da die Wellen ja nicht so scharf gebündelt sind wie etwa ein Laserstrahl.

Das Konzept der relativistischen Masse ist heute noch in der Experimentalphysik weitverbreitet, wird aber in der Theoretischen Physik schon länger nicht mehr verwendet. Formell ist es zwar richtig, den Wurzelterm zur Ruhemasse zu zählen, konzeptionell ist es aber viel hilfreicher, den Term der Geschwindigkeit zuzuordnen (in der Gleichung für den Impuls). Dann hat man als Gleichung dastehen: Impuls (pro Masseneinheit) = 1/(Wurzel...) mal Geschwindigkeit v. Das ist vom Konzept her einerseits sinnvoll, weil die vierdimensionale Verallgemeinerung der auf diese Weise definierten Geschwindigkeit unter der Lorentztransformation dieselben Transformationseigenschaften hat wie der vierdimensionale Ortsvektor (die Zeit zählt als nullte Dimension mit). Zudem wird man mit diesem Konzept die relativistische Masse los und betrachtet lediglich die Ruhemasse, die sich unter der Lorentztransformation nicht ändert und somit ein skalare Größe ist, also für jeden Beobachter in jedem Bezugssystem den gleichen Wert hat. Man betrachtet die Masse heute somit nicht mehr als veränderlich mit der Geschwindigkeit und das kommt ja unserer Alltagserfahrung durchaus entgegen:-)

von MHM - am 12.04.2006 12:00
Da bin ich spachlos.

von Sebastian Fritzsche - am 12.04.2006 13:34
Jo, bitte sehr!

Anzumerken wäre noch, daß durch die Beugung entlang der Erdoberfläche und Brechung in der Atmosphäre der radiooptische Horizont etwa 15 - 20% hinter dem geometrischen Horizont liegt. Auch bei normalen Ausbreitungsbedingungen werden die Radiowellen also leicht nach unten gekrümmt.

von MHM - am 13.04.2006 21:28
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