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THEMA: Gravitativer Kollaps und Entropie - wo war die Energie vorher?

Gravitativer Kollaps und Entropie - wo war die Energie vorher? 23 Okt 2017 10:02 #21048

Hi Forum,

falls diese Frage vorher schon gestellt wurde oder ich nicht in der Lage war zu suchen - sorry dafür. :) Bitte gebt mir dann einen Link (und vielleicht einen Hinweis wie ihr es gefunden habt).
Falls meine Frage "esoterisch" oder "alternativ" klingen sollte - dann bitte gerne ein Hinweis, wo ich falsch abgebogen bin. Ich interessiere mich für die naturwissenschaftliche Betrachtung (ansonsten hätte ich es im anderen Sub-Forum gepostet).


Seit ein paar Tagen hänge ich gedanklich an einem Problem fest und komme nicht weiter:

Nehmen wir einfach mal einen "normalen" gravitativen Kollaps. Sei es, dass eine Gaswolke unter ihrem eigenen Gewicht kollabiert, ein Körper auf die Erde fällt oder was auch immer. Hauptsache es kollabiert gravitativ.
Das resultierende System hat ja nun mehr Entropie. Das Gesamtsystem kann sich weniger bewegen als vorher, es kann nicht ohne Energiezufuhr in den alten Zustand zurückkehren. In Folge muss es die überschüssige Energie nun loswerden. Thermodynamisch begründet zeigt sich die Entropiezunahme durch auftretende Strahlung. Bei der Gaswolke z.B. indem sie im Infrarotbereich strahlt und derweil immer weiter abkühlt. Ein Körper, der auf die Erde stürzt, wird heiß, Energieverlust durch Reibung und Glühen und ggf. Einschlag.
Bis hierhin - so weit, so gut, keine Fragen.

Jetzt kommt der Punkt, an dem es für mich schwierig wird.
Offensichtlich wird hier ja Energie umgeformt. Das heißt nach Energieerhaltungssatz zwangsläufig, dass sie vorher "woanders" gewesen sein muss - sprich in einer anderen Form vorlag. Die eigentlich triviale Antwort hier sollte jetzt sein: Potenzielle (und kinetische) Energie.

Was mir den Kopf zerbricht, ist: Wie äußert sich diese Energie? Immerhin hat Energie ein entsprechendes Masse-Äquivalent. Also nicht die Masse des Objekts selbst, sondern der Energie-Anteil (und damit nach E=mc² die Masse), der der potenziellen Energie entspricht.
Wenn ich jetzt daran denke, wieviel im Universum potenziell zusammen stürzen könnte, so muss das ein gigantisches Energie-Äquivalent sein.
Bei einem Körper, der auf die Erde stürzt, könnte man jetzt argumentieren, dass die Energie in den chemischen Bindungen steckte, die sich danach "auftrennen". Bei einer Wasserstoff-Wolke funktioniert dieses Gedankenspiel aber nicht mehr. Entspricht die reine "Ordnung", also Information, also niedrige Entropie, schon dieser Energie? Das fühlt sich für mich gerade komisch an. Und der Gedanke zum Energie-/Masse-Äquivalent bleibt trotzdem noch. Ich habe das Gefühl falsch abgebogen zu sein, aber ich komme nicht drauf.

Bonus-Überlegung: Wenn das Universum immer weiter expandiert, müsste dann nicht die potenzielle Energie immer weiter anwachsen? Gleiche Überlegung hier: wie würde sich diese Energie äußern?

Viele Grüße,
whoami

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Letzte Änderung: von whoami. Begründung: Frage konkretisiert (Notfallmeldung) an den Administrator

Gravitativer Kollaps und Entropie - wo war die Energie vorher? 24 Okt 2017 20:43 #21174

Ich würde sagen die Energie steckt im räumlichen Abstand. Die wird frei je mehr sich die "Teilchen" dem Gravitationszentrum nähern -- zuerst als kinetische und wenns Knallt als Wärme (was ja auch kinetische Energie ist).

Du wirst mit deinem "Die eigentlich trivialen Antwort hier sollte jetzt sein: Potenzielle (und kinetische) Energie." nicht ganz falsch liegen.
Und klar ist die auch schwer.
Es heist bei den Gravitationswellen durch schwere schwarze Löcher fehlen am Ende mehrere Sonnenmassen die als Energie frei wurden. Die Masse kann ja schlecht aus dem Inneren der schwarzen Löcher kommen sondern muss vorher in Form potentieller bzw. kinetischer Energie vorhanden gewesen sein.

Die Frage die bleibt ist wo man das Massenäquivalent verortet, wo es wirkt. Ich denke das ist relativ und hängt vom gewählten Bezugssystem ab.
Ein Raumschiff das mit fast Lichtgeschwindigkeit fliegt wird nicht schwerer bezogen aufs eigene Bezugssystem.

assume good faith

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assume good faith

Gravitativer Kollaps und Entropie - wo war die Energie vorher? 25 Okt 2017 03:15 #21197

Hi whoami,

mir scheint, als vermischst du hier zwei Begriffe. Entropie ist etwas grundlegend anderes als Energie: Energie ist eine Erhaltungsgröße, die niemals mehr oder weniger werden kann. Die Entropie hingegen steigt mit der Zeit immer weiter an.

Zu deiner Frage, wo die Energie herkommt, die beim Kollaps der Wolke frei wird, kann man nur sagen: Ja, die steckte am Anfang in der potenziellen und kinetischen Energie der kollabierenden Teilchen, also erst dem Volumen der Wolke, und später im Druck. Der Druck korreliert ja mit der Temperatur und somit der mittleren Geschwindigkeit der Gasteilchen. Während die Wolke kollabiert, wird Lageenergie freigesetzt, die Teilchen werden immer schneller, und letztlich stoßen sie elastisch und inelastisch zusammen. Durch die Stöße wird Strahlung freigesetzt, die in Form von Photonen Impuls, und in Form von Materiestrahlung auch Masse aus dem System trägt.

Findige Wissenschaftler (frag mich nicht nach Namen) haben auch schon einmal ausgerechnet, wie viel potenzielle Energie in der Gravitation der Masse des gesamten beobachtbaren Universums so stecken müsste, und ich glaube, sie kamen da auf einen Betrag, der just der Masse eines schwarzen Lochs von der Größe des beobachtbaren Universums entsprechen würde.

So gesehen könnte man also vermuten, dass die Energie, die in den ganzen gleichmäßig verteilten Gaswolken des jungen Universums steckte beim Urknall bereits vorhanden war. Sie könnte bei der Entstehung einer Singularität in einem höherdimensionalen Universum angefallen sein. Unser 3D-1D-Universum wäre demnach gewissermaßen nur der Ereignishorizont eines schwarzen Lochs, das sich während der Inflation gebildet hat, und auf das von außen Materie einprasselt, die für uns ledilglich als Expansion des Universums beobachtbar ist und die potenzielle Energie erhöht. Da potenzielle Energie auch die Eigenschaft hat die Raumzeit zu krümmen, wird der Schwarzschildradius weiter nach außen verschoben.

--> Ich bin mir wohl bewusst, dass das alles reine Spekulation ist. Ich habe phantasiert.

Angesichts der gestellten Frage wird mir das aber hoffentlich keiner hier übel nehmen.

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Gravitativer Kollaps und Entropie - wo war die Energie vorher? 25 Okt 2017 18:26 #21210

Reisender schrieb: --> Ich bin mir wohl bewusst, dass das alles reine Spekulation ist. Ich habe phantasiert.
.

Hast einfach meine Arbeitshypothese übernommen. Sehr phantasievoll!

Nachvollziehbare Mathematik ist notwendige Grundlage zur Beurteilung von physikalischen Modellen.

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Gravitativer Kollaps und Entropie - wo war die Energie vorher? 25 Okt 2017 18:45 #21212

whoami schrieb: Hi Forum,

falls diese Frage vorher schon gestellt wurde

Viele Grüße,
whoami


Welche konkrete Frage denn?

Bonus-Überlegung: Wenn das Universum immer weiter expandiert, müsste dann nicht die potenzielle Energie immer weiter anwachsen?


Energie kann nicht "anwachsen" sie kann höchstens umgewandelt werden.

Der Energiegehalt des gesamten Universums ist Null.

Der nimmt durch die Expansion weder zu noch ab.

Wie äußert sich diese Energie?


Also diese Frage verstehe ich nicht, was meinst du damit?

Ein auf einer Anhöhe sich befindendes Objekt verfügt über eine "potenzielle Energie", die sich lediglich durch Druck auf den Untergrund "äußert", lässt man dieses Objekt nun die Anhöhe herunterrollen, so wandelt sich die potenzielle Energie in Geschwindigkeit.

So verfügt jedes fahrende Auto über eine potenzielle Energie (Geschwindigkeit), die auch (bei einem Unfall) sehr schnell in Kaltverformung von Blech umgewandelt werden kann.

Die potenzielle Energie einer Wasserstoffwolke im All ruht so lange, bis ein Kontraktionsprozess einsetzt, der letztlich (je nach Größe dieser Wolke) bis zur Bildung einer neuen Sonne führen kann.

Potenzielle oder auch Lageenergie (nur in Bezug zu einem anderen massereichen Körper) macht so lange gar nix, bis es einen Impuls woher auch immer gibt.

Grüße
Udo

Das Verzichtbare ist nutzlos. J.F. Hingeklammert

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Das Verzichtbare ist nutzlos. J.F. Hingeklammert

Gravitativer Kollaps und Entropie - wo war die Energie vorher? 25 Okt 2017 23:06 #21237

Michael D. schrieb:

Reisender schrieb: --> Ich bin mir wohl bewusst, dass das alles reine Spekulation ist. Ich habe phantasiert.
.

Hast einfach meine Arbeitshypothese übernommen. Sehr phantasievoll!


Du Michael,

ich hatte diese Idee schonmal irgendwo aufgeschnappt, lange bevor ich mich auf diesem Forum angemeldet habe. Ich glaube die Anschauung mit dem holographischen Ereignishorizojt stammt ursprünglich von Hawking. Jedenfalls ist es weder meine, noch deine kreative Leistung, und deshalb sollten wir jetzt auch lieber nicht weiter darüber zanken.

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Gravitativer Kollaps und Entropie - wo war die Energie vorher? 26 Okt 2017 10:12 #21247

Meine schon, denn ich kannte die Idee vorher nicht. Das zeigt mir aber, wie richtig meine Gedankengänge sind und ermutigt mich, weiter zu forschen.

Nachvollziehbare Mathematik ist notwendige Grundlage zur Beurteilung von physikalischen Modellen.

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Gravitativer Kollaps und Entropie - wo war die Energie vorher? 26 Okt 2017 10:49 #21251

Diese konsequente Ignoranz gegenüber bereits vorhandenem Gedankengut...

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Gravitativer Kollaps und Entropie - wo war die Energie vorher? 26 Okt 2017 11:32 #21252

Ach Reisender, nur kein Neid. Aufbau und Beschaffenheit der Finiten 5D-Raumzeit-Elemente, so, wie ich sie in diesem Forum beschrieben habe, werden für immer mein Patent bleiben. Da kannst Du Dich dusselig recherchieren.

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Gravitativer Kollaps und Entropie - wo war die Energie vorher? 26 Okt 2017 12:01 #21258

Eine typisch unqualifizierte Ropp-Antwort.

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Gravitativer Kollaps und Entropie - wo war die Energie vorher? 26 Okt 2017 12:36 #21259

Reisender schrieb: Mir scheint, als vermischst du hier zwei Begriffe.

Der Unterschied von Energie und Entropie ist mir klar. Was ich damit nur veranschaulichen wollte (Argumentationskette): irreversibler Vorgang --> daraus folgt Entropie-Zunahme --> daraus folgt Energieumwandlung.

udogigahertz schrieb: Welche konkrete Frage denn?

Die, die ich im Anschluss gestellt habe. :) Ich empfinde es als üblich und höflich, erstmal zu schauen, ob es nicht eine Antwort auf meine Frage (oder besser: Überlegung) gibt. Daher die "Einleitung". Falls ich zu "doof" zum Suchen gewesen sein sollte, lerne ich gerne für das nächste Mal dazu.

udogigahertz schrieb:

Bonus-Überlegung: Wenn das Universum immer weiter expandiert, müsste dann nicht die potenzielle Energie immer weiter anwachsen?

Energie kann nicht "anwachsen" sie kann höchstens umgewandelt werden.

Die potenzielle Energie kann zunehmen, solange sie durch etwas anderes ausgeglichen wird. Dass dafür Energie umgewandelt / Arbeit verrichtet werden muss, versteht sich von selbst.
Vergrößert sich der Abstand zwischen zwei Massen, erhöht sich die potenzielle Energie - richtig? Oder ist diese Annahme ganz allgemein betrachtet schon falsch? Basierend auf der Korrektheit dieser Annahme: Expandiert das Universum, entsteht Raum und der Abstand zwischen den Massen vergrößert sich. Das ist durch Beobachtungen gestützt und gilt Stand heute als gesichert. Die nun zwischen den beiden Massen erhöhte potenzielle Energie muss aus irgendetwas "anderem" umgewandelt worden sein. Genau das ist der Punkt, der sich so paradox anfühlt, denn die Energie muss ja irgendwo her gekommen sein. Wir bewegen uns hier vermutlich in dem Bereich "dunkle Energie", wo es mit gesicherten, wissenschaftlichen Aussagen wahrscheinlich schwierig wird. Macht es das deutlicher?

udogigahertz schrieb:

Wie äußert sich diese Energie?

Also diese Frage verstehe ich nicht, was meinst du damit?

Die einfachste Frage wäre: Wie kann man sie messen? Wie ist sie beobachtbar?
Um es mit den Worten von Harald Lesch zu sagen: Elektrische Energie ist das, was man spürt, wenn man den Finger in die Steckdose steckt. ;) Das würde ich unter einer möglichen Form von "äußern" verstehen.
Insbesondere müsste die (potenzielle) Energie einer Masse entsprechen bei relativistischer Betrachtung. In dem gleichen Sinne, wie eine gespannte Feder mehr wiegt als eine entspannte oder eine geladene Batterie mehr wiegt als eine entladene.

udogigahertz schrieb: Potenzielle oder auch Lageenergie (nur in Bezug zu einem anderen massereichen Körper) macht so lange gar nix, bis es einen Impuls woher auch immer gibt.

Absolut einverstanden. Da die Reichweite der Gravitation aber unbegrenzt ist und Massen Massen bewegen, gibt es diesen Impuls ja in Folge.

@Reisender und Michael D.:
Könntet ihr das bitte das woanders diskutieren und nicht bestehende Threads hijacken? Stichwort Nettiquette. Danke. :)

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Gravitativer Kollaps und Entropie - wo war die Energie vorher? 26 Okt 2017 13:10 #21262

Für mich hat die Netiquette oberste Priorität. Für Überschreitungen Anderer kann ich nichts.

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