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THEMA: Relativitätsprinzip bei beschleunigten Ladungen

Relativitätsprinzip bei beschleunigten Ladungen 27 Sep 2018 19:42 #42699

Hallo zusammen,

im Elektrotechnikstudium lernte ich irgendwann, dass beschleunigte Ladungen strahlen. Sollte auch hierbei das Relativitätsprinzip gelten, so ergeben sich für mich mehrere Kopfnüsse.

- ein Elektron auf meinem ruhenden Labortisch müsste laut Relativitätsprinzip - zumindest für bestimmte Beobachter - ebenfalls strahlen.
- und vor allem was machen Ladungen, die im Schwerefeld zur Erde fallen? Was messen ruhender Beobachter und mitfallender Beobachter?

Ich vermute, dass die exakte Antwort nicht mal so eben aus dem Ärmel geschüttelt werden kann und tief im Wesen der ART verborgen ist.

Man könnte eine kleine Matrix aufstellen:
- Ladung ruht auf dem Labortisch - was messen (A) ruhender Beobachter und (B) beschleunigter (fallender) Beobachter
- Ladung fällt im Schwerefeld - was messen (C) ruhender Beobachter und (D) mitfallender Beobachter
- Ladung beschleunigt abseits eines Schwerefeldes - was messen (E) ruhender Beobachter und (F) beschleunigter Beobachter

Das Schwerefeld nehme ich mal als homogen an, sonst wirds ja noch komplizierter.
Die Antworten A, B, E, und F sollten meines Erachtens mithilfe der klassischen Elektrodynamik zu lösen sein.
A misst nix
B misst Strahlung
E misst Strahlung
F misst nix
Sind wir hier noch einer Meinung oder hab ich hier schon einen Denkfehler?
Grüße,
Thomas

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Frage zum Relativitätsprinzip6.82Montag, 02 Mai 2016
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Relativitätsprinzip bei beschleunigten Ladungen 27 Sep 2018 23:02 #42709

Alexey Bobrick wrote: The paradox is, sort of, resolved as follows: the number of photons changes when you switch between non-inertial frames. This is actually a remarkable fact, and holds also for quantum particles, which can be created in pairs-antipairs, and whose number depends on the frame of reference. Now, a step back. Forget about gravity for a moment, as it is irrelevant here (we are still in GR, though). Imagine a point charge, which is accelerating with respect to a flat empty space. If you switch to the rest frame of the charge, you observe a constant electric field. When you switch back to the inertial frame, you see the field changing with time at each point. This naturally corresponds to appearing magnetic fields, and hence radiation. In the presence of gravity the case is absolutely similar. To conclude, switching between non-inertial frames makes a static electric field vary and hence represent a radiation flow.

Gerold Gründler wrote: dv/dτ is not an arbitrary acceleration, but a relative acceleration between the charge and its electromagnetic field, i. e. an acceleration due to any force but not gravity. Indeed, if the derivation of Larmor’s formula is carefully reviewed, it becomes obvious that dv/dτ is always understood as an acceleration due to an external force, which does affect only the charged particle, but not the electromagnetic field emanating from it. Therefore dv/dτ must not be confused with gravitational acceleration. The radiation, emitted by an accelerated charge, can be observed by a detector at rest in an inertial system (i. e. accelerated relative to the emitting charge), while a detector, which is co-moving with the accelerated charge, will only see an electrostatic field. Transformed back into the picture with the charge at rest in the gravitational field, this result says that the comoving detector, which as well is at rest in the gravitational field, will observe only an electrostatic field but no radiation, while another detector, which in accelerated movement (e. g. in free fall) is passing by the charge, will observe the radiation. According to GRT, there exists an event horizon - often called Rindler-horizon - between the charge supported at rest in the gravitational field, and the observer at rest relative to the charge. The observer can not see the radiation, which is beyond his event-horizon. Hence the perpetuum mobile, with its antennas at rest relative to the charge, will not work. And antennas, passing by in free fall the charge at rest, wouldn’t violate energy conservation, because they loose during their fall much more potential energy than they can gain due to absorption of radiation.

Ein Beobachter der ebenfalls am Tisch sitzt sollte also keine Strahlung messen, während ein frei fallender Beobachter sehr wohl Strahlung von der am Tisch liegenden Ladung empfängt. Eine frei fallende Ladung strahlt hingegen gar nicht, weder im System eines mitfallenden noch in dem eines am Tisch sitzenden Beobachters (siehe Kapitel 7).

Zitierend,

Folgende Benutzer bedankten sich: Michael D.

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Letzte Änderung: von Yukterez.

Relativitätsprinzip bei beschleunigten Ladungen 29 Sep 2018 14:23 #42735

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Ganz allgemein:
Es gibt nur eine Wirklichkeit, alle beobachten das gleiche.
Die Frage ist nur ob das Elektron strahlt oder nicht.
Es strahlt, wenn es beschleunigt wird, Beschleunigung ist absolut.
Im G-Feld beschleunigt ein Elektron, wenn es nicht frei fällt.

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Relativitätsprinzip bei beschleunigten Ladungen 29 Sep 2018 15:49 #42741

Nein, genau nicht, das siehste ja schon an der Relativität der Gleichzeitigkeit: was für den einen in seinem Koordinatensystem gleichzeitig ist, ist eben für den anderen in einem anders bewegten KS nicht gleichzeitig.

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Letzte Änderung: von Rupert.

Relativitätsprinzip bei beschleunigten Ladungen 29 Sep 2018 16:30 #42745

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Rupert,
mir ging es doch nur darum was passiert, nicht wann.

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Relativitätsprinzip bei beschleunigten Ladungen 29 Sep 2018 19:25 #42753

sebp schrieb: Es gibt nur eine Wirklichkeit, alle beobachten das gleiche.

Träum weiter.

,

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Relativitätsprinzip bei beschleunigten Ladungen 29 Sep 2018 19:56 #42756

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Yukterez,
anderer Meinung? Dann lass hören...

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Relativitätsprinzip bei beschleunigten Ladungen 29 Sep 2018 20:35 #42757

sebp schrieb: Yukterez, anderer Meinung? Dann lass hören...

Da ich mich nicht gerne wiederhole empfehle ich die Lektüre meines ersten Beitrags hier im Faden und die darin verlinkten Referenzen. Außerdem sollte sowieso schon von der Hawking- und der Unruhstrahlung her bekannt sein dass die Anzahl oder Existenz von Teilchen und Photonen bezugssystemabhängig sein kann.

Bildungslücken schließend,

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Letzte Änderung: von Yukterez.

Relativitätsprinzip bei beschleunigten Ladungen 29 Sep 2018 21:21 #42760

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Yukterez,
ich beziehe mich nur auf das Ereignis "Elektron strahlt", nicht auf "man misst ein Feld".

. In an important article,Rohrlich [12] showed that the radiation, emitted by an accelerated
charge, can be observed by a detector at rest in an inertial system(i. e.accelerated relative to the emitting charge),
while a detector, which is co-moving with the accelerated charge, will only see anelectrostatic field.


Hmm, das kann ich nicht glauben... wie soll das gehen?
Leider ist die Arbeit auf die verwiesen wird nicht frei zugänglich. "F. Rohrlich: The principle of equivalence"

Hat dieser Effekt einen Namen? Wonach muss ich suchen um mehr zu erfahren?

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Relativitätsprinzip bei beschleunigten Ladungen 29 Sep 2018 22:04 #42762

sebp schrieb: Hmm, das kann ich nicht glauben... wie soll das gehen?

Das ist keine Glaubens- sondern eine Verständnisfrage.

sebp schrieb: Leider ist die Arbeit auf die verwiesen wird nicht frei zugänglich. "F. Rohrlich: The principle of equivalence"

Hast du denn kein Internet? Link 1 | Link 2 | Link 3:

Fritz Rohrlich wrote: A charge at rest in a static gravitational field does not radiate. However, in the inertial system of a freely falling observer the charge does radiate, since it is accelerated by being supported in the gravitational field. The derivation of the previous equation makes it obvious that these two statements are consistent with each other. They should not come to the surprise of anyone.

Servierend,

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Relativitätsprinzip bei beschleunigten Ladungen 01 Okt 2018 15:55 #42883

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Yukterez,
das scheint alles nur Theorie zu sein.

Gründler zitiert auch Soker und Hapaz:

Rohrlich’s result has bee rejected by Soker and Harpaz [10], who
argue that emission and absorption of radiation are objective events,
which can not simply disappear by whatever transformation of
time-space coordinates.

Die beiden vertreten meinen Standpunkt.

Rohlich schreibt auch:

Since electromagneticphenomena are usually not, included in discussions of
the principle of equivalence, it is important to clarify their role. As long as we
do not have a unified field theory which might well predict interference phe-
nomena between gravitational and electromagnetic interactions that are so far not included in general relativity,
the principle of equivalence is postulated to hold also for charged test particles.

Das ganze Thema ist wohl noch Forschungsgegenstand.

Sollten Gründler und Rohlich Recht haben mit ihren Arbeiten, also das diese Ergebnisse aus der Relativitätstheorie folgen,
dann widerlegen diese Arbeiten meiner Ansicht nach die RT.

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Relativitätsprinzip bei beschleunigten Ladungen 01 Okt 2018 18:59 #42904

sebp schrieb: das scheint alles nur Theorie zu sein.

Deswegen heißt es ja auch Relativitätstheorie.

sebp schrieb: Gründler zitiert auch Soker und Hapaz, who argue that emission and absorption of radiation are objective events

Irrelevant, das Ergebnis ist das Gleiche:

Harpaz & Soker wrote: We come to the conclusion that a freely falling charge does not radiate, and a charge supported at rest in a gravitational field does radiate.

Da ist der nächste Schritt zur Erkenntnis dass die Strahlung im System eines ebenfalls am Tisch sitzenden Beobachters hinter einem Rindler-Horizont verborgen ist nicht mehr weit. Nur Leute die an solche Dinge wie Perpetuum Mobiles oder Paradoxe glauben würden es wagen daran zu zweifeln. Deswegen zitierte ich ja auch den Gründler, weil der sowohl den Rohrlich als auch Harpaz & Soker auf einen gemeinsamen Nenner bringt (so wie es sich für die aktuellste Referenz zum Thema auch gehört).

sebp schrieb: Das ganze Thema ist wohl noch Forschungsgegenstand.

Darin dass die am Tisch liegende Ladung strahlt und die frei fallende nicht sind sich alle einig, und dass es zu einem Perpetuum Mobile oder Paradoxon führen würde wenn die Strahlung im System eines ebenfalls am Tisch sitzenden Beobachters empfangen werden könnte auch. Der i-Punkt ob die hinter dem Horizont verborgene Strahlung im System dessen in dessen System sie hinter einem Horizont verborgen ist "existiert" ist sowieso nur eine semantische Frage, empfangen tut er jedenfalls nichts. Er kann zwar (so wie auch bei herkömmlicher Unruhstrahlung) am Detektor des relativ zu ihm beschleunigten Beobachters ablesen dass dieser eine Strahlung empfängt, aber das lässt sich auf die selbe Weise erklären wie bei der Unruhstrahlung.

sebp schrieb: Sollten Gründler und Rohlich Recht haben mit ihren Arbeiten, also das diese Ergebnisse aus der Relativitätstheorie folgen,
dann widerlegen diese Arbeiten meiner Ansicht nach die RT.

Alles klar, wenn das deine Motivation ist wird eine Diskussion allerdings anstrengend.

Gerold Grüdler wrote: That’s not surprising. If relativity is in conflict with some other theory, then most likely relativity will win, while the other theory will need amendment. The exceptional strength of relativity is caused by the exceptional clarity and simplicity of its premises. We could say: The exceptional strength of relativity is caused by its beauty. In search for truth, the beauty of physical theories is a reliable guideline.

Da der Faden hier sich außerdem noch in der Kategorie Relativitätstheorie befindet würde es auch kaum einen Sinn machen die Frage im Rahmen irgendeiner privaten Theorie zu beantworten.

Meine Ohren trotzdem nicht vor einer besseren Erklärung verschließend,

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Letzte Änderung: von Yukterez.

Relativitätsprinzip bei beschleunigten Ladungen 08 Nov 2018 10:35 #44709

Gründlers Rechnung zum Energieerhalt ist nicht sinnvoll.

Dass zusätzliche Masse (Pistolenkugeln) mit geringerer vertikaler Gechwindigkeit zu Lasten der Gesamt-Geschwindigkeit des FFO geht und für das Anheben der zusätzlichen Masse auf das ursprüngliche Niveau zusätzliche Energie erforderlich wäre, ist doch eine Binsenweisheit. Dagegen bedarf es keiner Rechnung, dass die Erhöhung einer Energie des Freifallers durch eine zugeführte Energie in keiner Weise durch einen negativen Energiebeitrag ausgeglichen wird. M+m kann nicht < M sein, außer m wäre negativ, M+m>M "Punkt, aus!". Wenn ich einen Laser für das Experiment verwende, wende ich Energie auf. Nach Gründler sollte diese dann aber im Nirwana verschwinden, weil sie durch eine imaginäre negative Energie (Potential) ausgeglichen würde....

Die einzige Konstellation, die zu einem Ausgleich führen würde, wäre, wenn der übertragene Impuls zu 100% bremsend wirken würde, wenn er also frontal auftreffen würde. Bei seitlichem Auftreffen kann jeder eintreffende Impuls zur Beschleunigung verwendet werden (vergl Photonenantrieb).

Mein Gedankenexperiment sieht so aus, dass ein Objekt durch das Zentrum ringförmig angeordneter Ladung fällt. Der Impuls aller eintreffender Strahlen gleicht sich aus, es verbleibt allein der Energiegewinn.

Zu allererst wäre zwar lange vor der Untersuchung von Strahlung die Wirkung des elektrischen und des magnetischen Feldes zu untersuchen, die ja in diesen Fällen immer unvermeidbar sind. Allerdings wäre das fallende Objekt wohl so konstruierbar, dass diese Felder keinen (zumindest keinen äquivalenten) Einfluss hätten.

Die Strahlung hingegen könnte mittels eines Spiegels nach hinten umgelenkt werden und so die kinetische Energie erhöhen, ohne sonstige Energieverluste zu erleiden. Selbst unmittelbar bei rs, wo die Gesamtenergie für die kinetische Energie erforderlich ist, führt eine Energiezufuhr zu einer erhöhten Gesamtenergie.

Die Lösung muss anders aussehen .... Für die UnruhStrahlung gehe ich davon aus, dass diese immer frontal aufgenommen wird, doch es muss ja auch bei der ruhenden Ladung rechnerisch funktionieren, und da ändert sich der Winkel im Vorbeiflug kontinuierlich von 0° bis 180°.


Man könnte ja ein Pendel konstruieren, das durch ein geladenes Tunnel schwingt, wenn es dann heiß wird, ohne langsamer zu werden ....

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Letzte Änderung: von ra-raisch.

Relativitätsprinzip bei beschleunigten Ladungen 08 Nov 2018 12:47 #44723

ra-raisch schrieb: Man könnte ja ein Pendel konstruieren, das durch ein geladenes Tunnel schwingt, wenn es dann heiß wird, ohne langsamer zu werden ....

Es wird sicher langsamer während es heißer wird, nach dem Prinzip funktionieren z.B. Wirbelstrombremsen.

Bremsend,

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Relativitätsprinzip bei beschleunigten Ladungen 08 Nov 2018 15:34 #44726

Das ist mir bekannt, daher sollte es nicht aus Metall bestehen und zumindest durch Unterbrechungen Wirbelströme vermeiden. In Plasitk werden wohl keine großen Wirbelströme entstehen.

Das Pendel soll nur die Strahlung absorbieren.

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Letzte Änderung: von ra-raisch.

Relativitätsprinzip bei beschleunigten Ladungen 08 Nov 2018 18:19 #44730

ra-raisch schrieb: Das Pendel soll nur die Strahlung absorbieren.

Statt Photonen kannst du dir auch Gewehrkugeln vorstellen so wie es auf Seite 12 beschrieben wird, das kommt im Prinzip aufs Gleiche.

Vereinfachend,

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Relativitätsprinzip bei beschleunigten Ladungen 08 Nov 2018 21:04 #44735

Yukterez schrieb:

ra-raisch schrieb: Das Pendel soll nur die Strahlung absorbieren.

Statt Photonen kannst du dir auch Gewehrkugeln vorstellen so wie es auf Seite 12 beschrieben wird, das kommt im Prinzip aufs Gleiche.

Ja, das ist schon ein gutes Bild. Die Kugeln haben die Masse m und die Energie daraus ist dann c²m. Der fallende Partikel hat also zuerst (nicht relativistisch) die konstante Energie E=M(c²+v²/2-c²rs/2r)=M(c²+v²/2-ve²/2) im Falle des FFO∞ also E=c²M. Mit den Kugeln hat er dann E2=c²M+m(c²-ve²/2) und somit in jedem Fall E2 > E.

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Relativitätsprinzip bei beschleunigten Ladungen 11 Nov 2018 08:55 #44801

Ich habe überlegt, ob die Richtung der Beschleunigung dafür sorgt, dass die Energie erhalten bleibt.

Bei der Radioantenne wird wohl die Sendeleistung in der Ebene orthogonal zur Antenne abgegeben. Bei der Zyklotronstrahlung erfolgt die Strahlung zwar in Richtung der Bewegung aber ebenfalls senkrecht zur (Zentrifugal)-Beschleunigung.

Somit verhält sich also der Impuls der Photonen immer neutral zur Bewegungsrichtung der Ladungsträger. Der Energieübertrag erfolgt daher ohne negative Auswirkung auf die (relative) kinetische Energie.

Womöglich liegt die Lösung darin, dass die Erzeugung von Strahlung eine Umkehr (bzw Änderung) der Beschleunigungsrichtung erfordert. Es kam mir schon lange merkwürdig vor, dass die Strahlung kontinuierlich abgegeben werden soll und nicht an einem markanten Punkt des Verlaufs. Wieso sollten nämlich die Photonen immer die gleiche Energie beinhalten, wenn sie kontinuierlich und somit jeweils an unterschiedlichen Punkten der Schwingung erzeugt würden.

Beim Zyklotron ändert sich die Bewegungsrichtung (theoretisch kontinuierlich, in Praxis aber) in sehr kleinen Bereichen, bei der Radioantenne nur periodisch, beim Freifaller gar nicht.

Übrigens wird im Linearbeschleuniger keine Strahlung erzeugt. (Gerthsen Physik. 2013 - 25.A, Seite 953).

Im Vergleich zu den verschiedenen Ringbeschleuniger-Arten ist ein Linearbeschleuniger technisch einfacher und vermeidet durch die gerade Teilchenbahn Energieverluste der Teilchen durch Synchrotronstrahlung.

Sofern die Strahlung (vorzugsweise) immer erst dann abgegeben wird, wenn die Relativgeschwindigkeit auf Null abgebremst wurde, hätten wir beim Freifaller diesen Punkt erst in großer Entfernung von der Ladung erreicht (Gedankenexperiment mit durchbohrter Erdkugel).
wiki: Die kürzestmögliche Wellenlänge λ (siehe Duane-Hunt-Gesetz) tritt auf, wenn die gesamte kinetische Energie des Elektrons in die Strahlungsenergie eines einzigen Photons umgewandelt wird.

Dann müßte aber auch beim Linearbeschleuniger zumindest an den beiden Enden Strahlung auftreten.... oder wird hier die Länge immer nur einmal durchlaufen?

Nunja, mag ja sein, dass diese linearen Effekte in der Praxis zu gering sind. Und in der Theorie mögen sie dann wohl gar durch Vakuumfluktuationen ausgeglichen werden?

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Letzte Änderung: von ra-raisch.

Relativitätsprinzip bei beschleunigten Ladungen 11 Nov 2018 17:18 #44821

ra-raisch schrieb: Dann müßte aber auch beim Linearbeschleuniger zumindest an den beiden Enden Strahlung auftreten.... oder wird hier die Länge immer nur einmal durchlaufen?


Bei einem Linearbeschleuniger wird ein Teilchen nur einmal beschleunigt. Ein Abbremsen und Zurückwerfen macht keinen Sinn.

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Relativitätsprinzip bei beschleunigten Ladungen 11 Nov 2018 18:23 #44826

ja LOGO, wie dumm von mir.

Beim Aufprall am Ende müßte das Teilchen also strahlen .... :lol:

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Letzte Änderung: von ra-raisch.
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