Wie verliert Licht an Energie, ohne Geschwindigkeit zu verlieren?
Bitte eine ausführliche Antwort, danke !
4 Antworten
Der Energieverlust des Lichtes hat nichts zu tun mit der Streuung, der Lichtgeschwindigkeit oder mit einer Veränderung der Frequenz, wie hier einige User vermuten. Wie sollte das auch?
Mit zunehmender Entfernung von der Lichtquelle verteilt sich das Licht, somit auch die Energie des Lichtes, auf eine größere Fläche. Die Strahlungs-Energie pro Fläche nimmt mit dem Quadrat der Entfernung ab. Am Betrag der Gesamtenergie ändert das nichts. In unendlicher Entfernung ist rechnerisch die angestrahlte Fläche unendlich groß und die Strahlungsintensität null.
Dort, wo das Licht auf einen Körper trifft, wird es zum Teil reflektiert (und somit in eine andere Richtung gelenkt) und zum Teil absorbiert. Der absorbierte Teil des Lichtes wärmt den angestrahlten Körper auf. Dieser Teil der Lichtenergie wird also in Wärme gewandelt, der andere Teil verliert keine Energie.
Alles klar, oder noch Fragen dazu?
Genau. Das einzelne Photon verliert nicht an Energie. Nur die "Dichte" an Photonen nimmt ab. Oder als Welle verstanden: die Schwingungsamplitude an der Wellenfront nimmt ab, aber Frequenz und Wellenlänge bleiben gleich.
Hallo Quantum165,
es verliert an Frequenz. Bekanntlich hat jedes einzelne Photon die Energie ε₀ = h∙f, wobei h ≈ 6,5×10⁻³⁴Js das PLANCKsche Wirkungsquantum, also eine universelle Konstante, und f die Frequenz ist.
Ein Photon hat keine Masse, aber so etwas wie eine Effektivmasse ε₀⁄c² = h∙f⁄c² und auf einem Gravitationspotential Φ somit die potentielle Energie h∙f∙Φ⁄c². Die Gesamtenergie
(1) ε = h∙f∙(1 + Φ⁄c²)
bleibt immer unverändert; daher nimmt die Frequenz auch beim Aufstieg ab und beim Abstieg zu:
(2.1) f₁∙(1 + Φ₁⁄c²) = f₂∙(1 + Φ₂⁄c²)
(2.2) f₁∙(1 + Φ₁⁄c²)⁄(1 + Φ₂⁄c²) = f₂
Falls |Φ₂| << c² ist, kann man dafür die Näherung
(3) f₂ ≈ f₁∙(1 + Φ₁⁄c²)∙(1 − Φ₂⁄c²) = f₁∙(1 + (Φ₁ − Φ₂)⁄c² − Φ₁Φ₂⁄c⁴)
≈ f₁∙(1 − (Φ₂ − Φ₁)⁄c²) =: f₁∙(1 − ΔΦ⁄c²),
vor allem, wenn auch |Φ₁| << c² ist. Diese Bedingungen sind nur in der Nähe des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs oder nahe der Oberfläche eines Neutronensterns nicht gegeben.
Gravitation ist äquivalent zu Beschleunigung. Beschleunige ich mit einem Raumfahrzeug gleichförmig, d.h. so, dass ein Beschleunigungsmesser immer denselben Wert anzeigt, ist das so, als widersetzte ich allein mich einem homogenen Gravitationsfeld, in dem alles um mich herum frei fiele.
Licht von vorn (=oben) wird blau-, Licht von hinten (=unten) rotverschoben. Für Funkwellen gilt natürlich dasselbe; das heißt so, auch wenn wir deren Frequenzen natürlich nicht als Farben wahrnehmen.
Energie wird klassisch als ,,Fähigkeit, Arbeit zu verrichten" definiert.
Mit dem Impuls zusammen bildet sie den Viererimpuls. Man kann diesen als eine Art ,,gespeicherte Kraft" definieren.
Ja. Wobei das für Radiowellen nicht wörtlich zu verstehen ist. Dass man auch da von Rotverschiebung spricht, ist eine Analogie aus dem Bereich des sichtbaren Lichts.
Natürlich hat es Energie verloren. Das geht immer einher. Vor allen Dingen ist die Energiedichte heruntergegangen. Ich bin allerdings kein Kosmologe, deshalb kann ich nicht ohne Recherche die Frage beantworten, wo die Energie, die ein bestimmtes Lichtsignal auf dem Weg zu uns verloren hat, eigentlich geblieben ist.
Die wahrscheinliche Antwort lautet, dass sie Indie Ausdehnung des Raums geflossen ist.
Die energie ist dann aber nicht weg sonder steckt im Raum. Raum besteht also aus Energie.
Wenn die Rotverschiebung durch Energieverlust kommt und gleichzeitig durch die angebliche Ausdehnung des Raumes entsteht, wie rechnet man die Verschiebung durch Energieverlust raus, um nur die reine Verschiebung durch Ausdehenung zu haben? Das muss man ja machen um die angebliche Raum ausdehnung zu berechnen.
Durch Streuung. Weniger Licht pro "Fläche"
Durch eine höhere Wellenlänge.
Ist mir durch aus bewusst, wie kommt es denn zu einer Veränderung der Wellenlänge?
Kannst du mir Energie in einem Satz erklären?