Rood- of Blauw-verschuiving van EM-straling in een gravitatieveld

Paul_1968

Eerst even een paar beweringen :

1. Licht wordt door een gravitatieveld afgebogen. Dit wordt Gravitational Lensing genoemd. (ART)

2. Elke waarnemer zal dezelfde waarde voor c meten volgens de SRT. Dit geldt niet in gravitatievelden.

3. Licht kan roodverschuiving vertonen door cosmologische uitzetting van de ruimte.

4. Wanneer een bal zich uit een gravitatieveld beweegt, zal het, volgens de wet van behoud van energie, kinetisch energie omzetten in Potentiele (gravitationele) energie. ( Maar we weten niet precies hoe die energie opgeslagen wordt. )

5. Wanneer een foton zich uit een gravitatieveld beweegt, zal het ook zijn energie omzetten naar Potentiele (gravitationele) energie. Volgens een aantal bronnen zou dit licht een roodverschuiving moeten vertonen.

Nu mijn interpretatie van deze geaccepteerde feiten.

Volgens 1. kan licht versneld worden in een gravitatieveld. Afbuiging is namelijk te begrijpen door de snelheidsvector op te splitsen in een component loodrecht op en een component in de bewegingsrichting. Ik heb begrepen uit betrouwbare bron dat licht zich exact hetzelfde gedraagt in zo´n gravitatieveld als ieder ander deeltje. (zie een andere Topic waarin een prof helderheid bracht in een verwarrende discussie "Het gewicht van nat licht" )

Wanneer je je die versnelling nu steeds meer in de richting van het gravitatieveld voorstelt (bv door een steeds sterker veld), zou licht dus net als alle andere deeltjes richting het hemellichaam versnellen.

Dit lijkt in tegenspraak met SRT (2.), maar we hebben het hier over Gravitatie. Lokale metingen van dat versnellende licht zullen nog steeds c opleveren doordat de metingen in een ruimte wordt gedaan die verschillend vervormd zijn.

Wanneer we nu 1. en 5. combineren lijkt het voor mij een logische conclusie dat licht ook kan vertragen wanneer het bijvoorbeeld de aarde verlaat. De energie die dan omgezet wordt verandert dan van kinetisch naar een Potentiele (gravitationele) en dat zou dan juist de blauwverschuiving moeten zijn, maar dit klopt niet met de literatuur die ik erover heb gevonden. Daarin wordt een roodverschuiving voorspeld (en ook nog gemeten !).

Voor mij is het niet begrijpelijk dat er wordt gesproken over "behoud van energie" en vervolgens wordt beweerd dat licht een constante snelheid houdt maar roodverschoven wordt wanneer het de aarde verlaat. Volgens mij zou er dan energie verloren gaan.

Zou licht bij cosmologische uitzetting van de ruimte (3.) energie verliezen ? Ik denk het niet.

Wie helpt mij uit mijn droom ?

317070

Wanneer we nu 1. en 5. combineren lijkt het voor mij een logische conclusie dat licht ook kan vertragen wanneer het bijvoorbeeld de aarde verlaat. De energie die dan omgezet wordt verandert dan van kinetisch naar een Potentiele (gravitationele) en dat zou dan juist de blauwverschuiving moeten zijn, maar dit klopt niet met de literatuur die ik erover heb gevonden. Daarin wordt een roodverschuiving voorspeld (en ook nog gemeten !).

Als een foton energie verliest, dan verschuift ze naar het rode kant van het spectrum. Rood heeft namelijk een grotere golflengte, een kleinere frequentie en dus volgens deze formule

$Afbeelding$

minder energie. Er is dus energie omgezet naar gravitationele potentiële energie.

Ik denk dat de fout die je maakt is dat je denkt dat blauw licht minder energie heeft dan rood licht. Het is net omgekeerd.

Paul_1968

Nee, het gaat mij er juist om dat ik het vreemd vind dat licht energie zou verliezen.

Dat blijkt ook uit de 3e bewering en mijn opmerking daarover.

Paul_1968

Even nog een aanvulling op 2. : In een ruimte zonder gravitatieveld geldt de SRT en in een ruimte die wel gekromd is, geldt SRT alleen wanneer je lokaal de waarde van c wilt bepalen. Op grotere afstanden is het mogelijk om een kleine afwijking te vinden voor de waarde van c.

Een aanvulling op 3. zou kunnen zijn dat volgens Schwarzschild de golflengte van EM-straling oneindig nadert wanneer het naar een black hole toe beweegt.

En nog een nieuw argument :

6. Volgens het Einstein-Equilentie-Principe van een stilstaande lift in een gravitatieveld met versnelling g en dezelfde lift in een ruimte zonder gravitatie, maar versnellend waarbij a = -g, wordt ook de gravitationele roodverschuiving gesimuleerd in de tweede lift en gelijk ervaren als de Doppler-roodverschuiving "naar beneden".

Eigenlijk zou de titel van dit stukje moeten zijn : Rood- of Blauw-verschuiving van EM-straling in een gravitatieveld

Kan een moderator dit nog aanpassen ?

Ik denk dat dit een erg belangrijk onderwerp is, waarover geen misverstand mag bestaan, omdat het zo'n grote gevolgen heeft voor de hele Cosmologie.

De Wiki-bron voor Gravitational redshift en een aantal andere bronnen over dit onderwerp kloppen volgens mij niet.

Redshift zou altijd met het gravitatieveld geassocieerd moeten zijn, niet met het verlaten daarvan.

eendavid

317070 schreef:Als een foton energie verliest, dan verschuift ze naar het rode kant van het spectrum. Rood heeft namelijk een grotere golflengte, een kleinere frequentie en dus volgens deze formule

$Afbeelding$

minder energie. Er is dus energie omgezet naar gravitationele potentiële energie.

Ik denk dat de fout die je maakt is dat je denkt dat blauw licht minder energie heeft dan rood licht. Het is net omgekeerd.

Een fout argument wordt niet correct door het te herhalen. Energie gekoppeld aan het gravitationele veld is bovendien een zeer subtiel gegeven, en enkel in ruimten die aan een of andere assymptotische conditie voldoen kan dat gedefinieerd worden (de subtiliteit ontstaat omdat de hamiltoniaan on-shell verdwijnt).

317070

Een fout argument wordt niet correct door het te herhalen.

Euhm, ik denk dat ik nochtans niet verkeerds gezegd heb. Blauw licht heeft meer energie dan rood licht. Ik had hier niet de bedoeling om iets te zeggen over de expansie van de ruimte.

Over hetgeen waarop ik gereageerd heb begrijp ik wel niets meer. Ik dacht dat ik Paul_1968 begreep toen ik reageerde, maar ondertussen begreep ik van het verhaal niets meer, geen idee wat de vraag nu precies is, en hield ik dus wijselijk mijn mond. Van het bericht waarnaar je linkt kan ik ook geen koekenbrood bakken, ik had zelfs geen idee dat je het ook had over licht had dat een zwaartekrachtveld verlaat. Ik dacht dat het daar over expansie van de ruimte ging.

eendavid

Het is op zijn minst onnodig ingewikkeld om te zeggen dat er gravitationele energie in de plaats komt van verloren elektromagnetische energie (want er bestaat in het algemeen niet zoiets als gravitationele energie, enkel in speciale gevallen waar de ruimtetijd een zeker assymptotisch gedrag heeft zoals bij de studie van een dubbelster). Het is zo dat de energiemomentum tensor voldoet aan

$\nabla_\mu T^{\mu\nu}=0$

.

Dat betekent dat energie en momentum locaal behouden zijn. Een waarnemer met normale coordinaten vindt inderdaad (in het punt waar hij normaal is) de standaard behouden stroom wet.

In het geval van kosmologie is er een interpretatie die de ganse kwestie van globaal energiebehoud nog veel duidelijker maakt. Neem een stuk "comoving volume", dan zal de energie in dit volume zich gedragen volgens de eerste wet van de thermodynamica dE=-pdV. Dit is precies wat we moeten verwachten.

Paul_1968

eendavid schreef:...

(want er bestaat in het algemeen niet zoiets als gravitationele energie, enkel in speciale gevallen waar de ruimtetijd een zeker assymptotisch gedrag heeft zoals bij de studie van een dubbelster).

....

Dit is precies wat we moeten verwachten.

Begrijp ik je goed dat je mijn punten en het gestelde probleem begrijpt ? Je gebruikt een paar begrippen waar ik niet bekend mee ben.

Wordt licht uit een lichtbron op aarde, gericht op de hemel, dan rood of blauw-verschoven ?

Dat is eigenlijk mijn punt.

eendavid

Wel je punt is niet helemaal duidelijk neen. Je lijkt te denken dat die 'snelheid' (die eigenlijk geen snelheid is) gerelateerd kan worden aan energie. Maar die relatie bestaat niet. Die 'snelheid' is in essentie slechts de afgeleide van een ruimtecoördinaat naar een tijdscoördinaat, en is geen fysisch relevante grootheid.

Bovendien is het zo dat wanneer licht radieel invalt naar een zwart gat, deze 'snelheid' (zoals dus gezien door een waarnemer voldoende ver van het zwart gat) vertraagt, in tegenstelling tot wat je schrijft.

Maar de vraag die je stelt is simpel te beantwoorden: wanneer het licht van de aarde weg beweegt wordt het roodverschoven. Dit is equivalent met de situatie van een bal die van de aarde weg beweegt: deze verliest kinetische energie. Wanneer je een spiegel plaatst (die op constante afstand tot de aarde staat, cf. de doppler-frequentieshift bij een bewegende spiegel) om het licht terug te reflecteren zal het tijdens het naderen tot de aarde uiteraard deze kinetische energie terugwinnen, en met dezelfde frequentie toekomen als waarmee het werd uitgestuurd.

Paul_1968

eendavid schreef:Wel je punt is niet helemaal duidelijk neen.

...

Bovendien is het zo dat wanneer licht radieel invalt naar een zwart gat, deze 'snelheid' (zoals dus gezien door een waarnemer voldoende ver van het zwart gat) vertraagt, in tegenstelling tot wat je schrijft.

...

Maar de vraag die je stelt is simpel te beantwoorden: wanneer het licht van de aarde weg beweegt wordt het roodverschoven.

...

Kijk, dat zijn nog eens heldere antwoorden

Ik heb inderdaad altijd gedacht dat die fysische irrelevante grootheid "snelheid" aan energie gerelateerd is.

Nu krijg ik toch het idee dat je zelf een beetje in de war bent.

In de Wiskunde praat je over "de afgeleide van een ruimtecoordinaat naar de tijd", maar ik dacht dat je in de Fysica wel van "Snelheid" mocht spreken !?

Over dat zwarte gat zal ik Schwarzschild nog eens doornemen. Ik dacht dat hij het anders beschreven heeft...

Dat antwoord over de lichtstraal van beneden naar boven is zoals ik ook o.a. in Wikipedia heb gevonden, maar ik denk dat dat niet klopt. Dat probeerde ik duidelijk te maken.

Misschien moet ik het over een paar jaar nog eens proberen.

eendavid

In de Wiskunde praat je over "de afgeleide van een ruimtecoordinaat naar de tijd", maar ik dacht dat je in de Fysica wel van "Snelheid" mocht spreken !?

Goh ja, als je per se wil mag je het snelheid noemen (ik denk dat veel fysici dat ook doen). Maar het feit dat je dat per se wil doen maakt duidelijk dat je denkt dat dit een fysische snelheid is. Dat is ze niet. Laat een lokale waarnemer de snelheid van een foton meten, en hij zal altijd de lichtsnelheid vinden. Een lokaal gemeten snelheid is een fysische grootheid. Er zijn wiskundige (daarmee bedoel ik achterliggende, niet technische) redenen waarom enkel de lokale meting relevant is: snelheid is een (ruimte-component van een) vector en neemt dus waarden in de raakruimte aan, die heeft enkel betekenis in het punt waar de vector aangrijpt.

Dat antwoord over de lichtstraal van beneden naar boven is zoals ik ook o.a. in Wikipedia heb gevonden, maar ik denk dat dat niet klopt. Dat probeerde ik duidelijk te maken.

Dat begrijp ik. Maar ik vrees dat het wel klopt

. De duidelijkste beschrijving van het fenomeen die ik ken, is degene die je hier kan vinden. Deze roodverschuiving is volledig onafhankelijk van de techniciteiten van algemene relativiteit, en kan door iedereen begrepen worden.

Je lijkt te verwachten dat een foton dat door een gravitationeel veld beweegt kinetische energie (

$\hbar\omega$

) behoudt. Dat is onredelijk: een bal doet dat ook niet. En zelfs al werd het blauwverschoven, dan nog behield het zijn kinetische energie niet (die zou dan stijgen als het foton weg van de aarde zou bewegen, en dat zou ik dan weer zeer bizar vinden).

Paul_1968

eendavid schreef:...

Dat begrijp ik. Maar ik vrees dat het wel klopt . De duidelijkste beschrijving van het fenomeen die ik ken, is degene die je hier kan vinden. Deze roodverschuiving is volledig onafhankelijk van de techniciteiten van algemene relativiteit, en kan door iedereen begrepen worden.

Je lijkt te verwachten dat een foton dat door een gravitationeel veld beweegt kinetische energie (
$\hbar\omega$
) behoudt. Dat is onredelijk: een bal doet dat ook niet. En zelfs al werd het blauwverschoven, dan nog behield het zijn kinetische energie niet (die zou dan stijgen als het foton weg van de aarde zou bewegen, en dat zou ik dan weer zeer bizar vinden).

Bedankt voor de link. Die ga ik eens goed bestuderen.

Over energiebehoud : Ik verwacht dat door gravitatie of roodverschuiving geen energie verloren gaat.

Mag je zowel bij de bal als bij het foton niet spreken van impulsbehoud ?

Paul_1968

Ik heb het preposterousuniverse.com-artikel gedeeltelijk gelezen

en heb even een reactie gegeven op het stukje over Redshift en heb het genoemd : "Einstein Equivalentie Principe"

eendavid

Lees de beschrijving gewoon nog een keer. Het gaat om twee situaties:

1. Geen zwaartekracht, de twee boxen versnellen.

2. Wel zwaartekracht, de boxen staan stil.

Beide situaties moeten volgens EEP hetzelfde resultaat geven. Hieruit kan je de roodverschuiving voorspellen in een gravitationeel veld. Dat is in feite alles dat ik erover kan zeggen.

Paul_1968

eendavid schreef:Lees de beschrijving gewoon nog een keer. Het gaat om twee situaties:

1. Geen zwaartekracht, de twee boxen versnellen.

2. Wel zwaartekracht, de boxen staan stil.

Beide situaties moeten volgens EEP hetzelfde resultaat geven. Hieruit kan je de roodverschuiving voorspellen in een gravitationeel veld. Dat is in feite alles dat ik erover kan zeggen.

Dat is inderdaad een voorbeeld waarbij Doppler-Redshift optreedt, maar ik zie daarin geen Equivalentieprincipe.

Als ik het goed begrijp, wordt de roodverschuiving in de versnellende situatie zonder zwaartekracht veroorzaakt door de snelheidstoename van het Referentiekader. Deze toename in snelheid is afhankelijk van de tijd die het licht erover doet om van Box 1 naar Box 2 te bewegen.

In de situatie met Gravitatie is er geen sprake van die toename in snelheid, want in de tijd die het licht nodig heeft om van Box 1 naar Box 2 te bewegen is er niets veranderd aan het Gravitatieveld.

Ik zou nog even een andere vergelijking willen maken :

Deze keer met slechts 1 Box en met de lichtstraal naar "beneden", in de richting tegengesteld aan die van de versnelling.

Dit vergelijken we met een Stilstaande Box in een gravitatieveld, waarbij g =-a.

Wordt het licht nu Rood- of Blauw-verschoven ?

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

Rood- of Blauw-verschuiving van EM-straling in een gravitatieveld

Rood- of Blauw-verschuiving van EM-straling in een gravitatieveld

Re: Rood- of Blauw-verschuiving van EM-straling in een gravitatieveld

Re: Rood- of Blauw-verschuiving van EM-straling in een gravitatieveld

Re: Rood- of Blauw-verschuiving van EM-straling in een gravitatieveld

Re: Rood- of Blauw-verschuiving van EM-straling in een gravitatieveld

Re: Rood- of Blauw-verschuiving van EM-straling in een gravitatieveld

Re: Rood- of Blauw-verschuiving van EM-straling in een gravitatieveld

Re: Rood- of Blauw-verschuiving van EM-straling in een gravitatieveld

Re: Rood- of Blauw-verschuiving van EM-straling in een gravitatieveld

Re: Rood- of Blauw-verschuiving van EM-straling in een gravitatieveld

Re: Rood- of Blauw-verschuiving van EM-straling in een gravitatieveld

Re: Rood- of Blauw-verschuiving van EM-straling in een gravitatieveld

Re: Rood- of Blauw-verschuiving van EM-straling in een gravitatieveld

Re: Rood- of Blauw-verschuiving van EM-straling in een gravitatieveld

Re: Rood- of Blauw-verschuiving van EM-straling in een gravitatieveld