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Wo gehen die Strahlen hin?


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Ist schon klar, dass es eine Kommunikationslücke gibt. Daran, dass es 1,3 Sekunden sind, erinnerte ich mich jetzt nicht. Sagen wir also, der Astronaut ruft "hey!" ins Mikro. 

 

Was ich meinte, ist: Was genau spielt sich auf halbem Weg zwischen Mond und Erde nach 0,65 Sekunden ab?

 

Lichtgeschwindigkeit ist ca. 300.000 Km/s (299.792.458 m/s), damit ist bei einer angenommenen Wortlänge von 1s für das Wort "hey" die für eine Sekunde gesendete elektromagnetische Welle 300.000 Km lang.

 

Diese Welle wird von der Parabolantenne des Landers Richtung Erde geschickt.

 

0,65 s nachdem das Wort beendet wurde (1,65 s nachdem es begonnen wurde) ist von der Länge der Welle schon ein Teil (die ersten 100.000 Km mit dem "h")

in der Parabolantenne der Empfangsstation angekommen.

 

Die restlichen 200.000 Km mit dem "ey" sind noch auf der Strecke zwischen Erde und halber Monddistanz und werden im Verlauf der nächsten 0,65 s auf der Antenne eintreffen.

 

In der Erdantenne übergibt die Welle ihre Energie im Schwingkreis des Empfängers an Elektronen, die dann als Signal genutzt werden.

 

bearbeitet von grapher
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Wer es lieber als Partikelmodell möchte:

 

Der Astronaut schießt ein 100.000 Km langes "h"-Teilchen Richtung Erde, gefolgt von jeweils 100.000 Km langen "e"- und "y"-Teilchen. Dieser insgesamt 300.000 Km lange Zug bewegt sich mit 300.000 Km/h auf die Erde zu. Auf der Erde kollidieren diese Teilchen mit Elektronen im Schwingkreis und und setzen diese in Bewegung.

bearbeitet von grapher
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Zu dem Funkspruch kann man auch noch sagen, dass dieser als Welle sich in alle Richtungen ausbreitet. Man stelle sich einfach eine Wellenfront vor, die sich immer weiter mit der gleichen Geschwindigkeit ausbreitet. Die Verzögerungen von Funksprüchen hat man praktisch immer wieder in den Nachrichten mitbekommen, als Bilder von den Sonden gesendet, die durch das Sonnensystem geflogen sind und ihre Bilder gesendet haben oder umgekehrt von hier aus Steuerbefehle bekommen haben.

 

Dabei macht sich ein Effekt bemerkbar, wenn der Sender oder der Empfänger sich beim Senden bewegen - der Dopplereffekt.

Die Frequenz der Nachricht ändert sich, wenn beim Senden die Entfernung größer oder kleiner wird.

Durch diese Frequenzänderung kann man also feststellen, ob sich Objekte (Sonden, Sternsysteme, etc) von unserer Erde relativ entfernen.

 

Da vor etwas mehr als 100 Jahren die ersten Radiosendungen liefen, könnten demnach alle Objekte im All, die weniger als 100 Lichtjahre von uns entfernt sind, unsere alten Radiosendungen empfangen. Daraus kann man ebenfalls folgern, dass der Begriff Gleichzeitigkeit in so großen Dimensionen und bei solchen Geschwindigkeiten nicht existiert.

bearbeitet von grillec
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Naja, es geht im weitesten Sinn doch darum, wie die Bilder in deine Systemkamera kommen ;)

 

Die für mich interessanteste Erkenntnis bisher ist, dass es im Forum zwar viel humoristisches und physikalisches Fachwissen gibt, aber bisher eine griffige, schlüssige, anschauliche und vollständige Antwort auf so eine Grundlagenfrage aussteht, die auch einem physikalisch nicht so gebildeten, vielleicht sehr jungen oder alten Menschen, jemanden der nicht Abi und naturwissenschaftliches Studium hinter sich hat, die Zusammenhänge verständlich nachvollziehbar machen könnte. Kühlschranktheorien finde ich auch lustig, keine Frage. Aber sie lassen viel Interpretationsspielraum: Nimmt der Antwortende die Frage nicht ernst? Findet er die Antwort so banal, dass er sich lustig macht? Findet er die Antwort so kompliziert, dass er denkt, das sei hier der falsche Platz dafür? Ist er einfach nur gerade mal lustig drauf? Oder weiß er gar die Antwort selbst nicht und versteckt das hinter Humor? ( Ja ich weiß, diese Fragen gehören ebenfalls in den Smalltalk ;))

Ich habe die Knackpunkte in Deinem Statement rot eingefärbt.

 

Wir reden hier von Quantenmechanik.

 

Wenn die Amerikaner zum Ausdruck bringen wollen, daß etwas im Grunde eher einfach zu verstehen und nachzuvollziehen wäre, sagen sie: That's not rocket science.

 

Nun: Das hier ist "rocket science".  Wie vorher schon zu Recht angemerkt, handelt es sich um notwendigerweise abstrakte mathematische und logische Modelle zur Interpretation von Meßwerten von Abläufen auf (sub-)atomarer Ebene. Das Problem dabei ist, daß wir auf dieser Ebene ziemlich wenig "sehen" können und daß diese Meßwerte - je nachdem wie man sie betrachtet - nur unter zwei sich gegenseitig ausschließenden mathematischen Modellen beschrieben und in Formeln gefasst werden können: Als Welle (Analogie Wasserwelle) oder als Teilchen (Analogie Geschoss).

 

Richtig "verstehen" im Sinne von "anschaulich" kann das vermutlich niemand, naja, vielleicht Stephen Hawking. Man kann das, eingehende Beschäftigung vorausgesetzt, lediglich in dem Sinne verstehen, daß man die Formeln anwenden und daraus gewisse Schlüsse ziehen kann. Aber auch das erfordert, selbst wenn das im Zeitalter von Pisa unpopulär sein mag, langjährige Befassung mit dem Gegenstand von Grund auf.

 

Ich möchte die Ausgangsfrage von cosmovisione nicht für unzulässig erklären. Sie passt prima zu seinem Forumsnamen. Und in einem Forum, das sich mit Lichtschreiberei beschäftigt, darf man das, was ihm da durch den Kopf gegangen ist, durchaus mal erklärungsbedürftig finden. Aber er hat die Frage anhand eines sehr konkret formulierten und höchst anschaulichen Beispiels gestellt - und genau auf dieser Ebene ist die Frage prinzipiell nicht zu beantworten: Wo zur Erklärung zwei sich nach unserem Verständnis gegenseitig ausschließende Perspektiven gewählt werden müssen, hört die Anschaulichkeit auf, und es regiert die höhere Mathematik.

 

Das ist so ähnlich wie bei Schrödingers Katze, die auch nicht leben und nicht sterben kann, das arme Tier.

 

Angesichts dessen kann man nur noch - natürlich nicht am frühen Vormittag - zum Kühlschrank gehen und hoffen, daß darin wirklich ein kühles Bier steht - und nicht besagte Katze liegt, Und für das Licht im Kühlschrank verrate ich ein ganz großes Geheimnis: Das kommt aus der Steckdose!

bearbeitet von micharl
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Dabei macht sich ein Effekt bemerkbar, wenn der Sender oder der Empfänger sich beim Senden bewegen - der Dopplereffekt.

Die Frequenz der Nachricht ändert sich, wenn beim Senden die Entfernung größer oder kleiner wird

 

Sehr guter Hinweis. Den Dopplereffekt kennt eigentlich jeder von uns und hat ihn schon gehört, z.B. wenn sich auf der Autobahn ein Rettungswagen mit hoher Geschwindigkeit von hinten nähert oder vor uns entfernt hören wir das Signal mit verschiedenen Frequenzen.

 

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Der Doppler-Effekt hat beim Senden von EM-Wellen über große Entfernungen und insbesondere in der Astronomie eine sehr große Bedeutung. Nur wenn man Zusammenhänge versteht, kann man sich ein Bild machen. Mond und Erde sind in einem SP-System zwar recht stabil, bewegen sich zu anderen Objekten im All mit einer ziemlichen Geschwindigkeit.

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Wo gehen die Strahlen hin?

Versuch einer einfachen Antwort:

 

Ein Teil der Strahlen wird reflektiert und bleibt sichtbar. Da aber bei jeder Reflektion ein Teil von den Wänden geschluckt wird, werden diese Strahlen immer schwächer bis sie unter die Erkennungsgrenze fallen. Durch die enorme Höhe der Lichtgeschwindigkeit ist diese "Nachleuchtdauer" zwar meßbar, aber für uns bedeutet das sofort.

 

Was passiert mit den geschluckten Strahlen?

Wellenmodell: Die Lichtwellen geben ihre Wellenenergie an längerwellige Strahlung ab, das bedeutet die Wand wird wärmer. Die Lichtwelle selber ist damit erloschen.

Teilchenmodell: Die Lichtteilchen geben ihre Energie an Teilchen in der Wand ab, deren Bewegung nimmt damit zu und die Wand wird wärmer. Das Lichtteilchen selber existiert dann ohne Energie nicht mehr.

 

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Der Doppler-Effekt hat bei einem Funkspruch vom Mond zur Erde praktisch keine Bedeutung.

 

Und der Funkspruch breitet sich als Welle nicht in alle Richtungen aus, wie Grillec schrieb, dann kommt auf der Erde nichts Brauchbares an. Die Wellen müssen beim Senden sehr stark gerichtet sein.

bearbeitet von Kleinkram
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Der Doppler-Effekt hat bei einem Funkspruch vom Mond zur Erde praktisch keine Bedeutung.

 

 

Hatte ich auch so geschrieben.

 

Ob jetzt ausgerichtet oder nicht, die EM-Wellen werden sich in alle Richtungen ausbreiten (Reflexion). Ob damit verwertbare Signale bezüglich Leistung ankommen, ist von der Technik abhängig (Freiraumdämpfung).

 

bearbeitet von grillec
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wo gehen die Strahlen hin? nunja, man nehme mal Schall: Schall wird Wärmeenergie, doch Schall hat eine wesentlich geringere Ausbreitungsgeschwindigkeit, die dazu auch noch von der Luftfeuchtigkeit und temperatur abhängt. Das sind grob 330 m/s. Licht hat grob 300 000 000 m/s. Was passiert in einem Raum bei schall? es gibt ein Echo (natürlich nur, wenn die wände entsprechend reflektieren können). Wenn Licht jetzt so langsam wäre wie der Schall würdest du das Echo bei Licht "sehen". Jedoch ist die Geschwindigkeit einfach nicht wahrnehmbar für uns. Und was passiert wenn Schall auf eine Fläche trifft? Umwandlung in wärme! das ist bei Licht genauso und wurde anfangs auch schon gesagt.

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Wer es nicht glaubt kann das mit einem Medium mit geringerer Geschwindigkeit nachvollziehen. Ein kleines Experiment gibt Aufschluss.

Nehmt einfach mal den (angeschlossenen) Gardena Gartenschlauch mit einer Pistolendüse in euer Arbeitszimmer. Jetzt spritzt ihr mehrere male in alle Richtungen stossweise an die Wand.

Ihr werdet sehen, alles ist anschließend auf dem Boden.   :rolleyes:

 

Das ist allerdings Quatsch, Wasser hat eine Masse. Seit wann hat Licht eine Masse? Allerdings darf man nicht vergessen, dass Licht sehr wohl einen Impuls besitzt. Würde man also mit genügend Licht auf eine Wand schiessen könnte man aus ihr einen Ziegel harausstoßen. Natürlich verglüht er davor, aber so rein theoretisch...

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Wo gehen die Strahlen hin?

Versuch einer einfachen Antwort:

 

Ein Teil der Strahlen wird reflektiert und bleibt sichtbar. Da aber bei jeder Reflektion ein Teil von den Wänden geschluckt wird, werden diese Strahlen immer schwächer bis sie unter die Erkennungsgrenze fallen. Durch die enorme Höhe der Lichtgeschwindigkeit ist diese "Nachleuchtdauer" zwar meßbar, aber für uns bedeutet das sofort.

 

Was passiert mit den geschluckten Strahlen?

Wellenmodell: Die Lichtwellen geben ihre Wellenenergie an längerwellige Strahlung ab, das bedeutet die Wand wird wärmer. Die Lichtwelle selber ist damit erloschen.

Teilchenmodell: Die Lichtteilchen geben ihre Energie an Teilchen in der Wand ab, deren Bewegung nimmt damit zu und die Wand wird wärmer. Das Lichtteilchen selber existiert dann ohne Energie nicht mehr.

 

 

Bravo! Na also. Das ist die erste Antwort, die die Bezeichnung "Antwort" auch verdient.

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Das ist allerdings Quatsch, Wasser hat eine Masse. Seit wann hat Licht eine Masse? Allerdings darf man nicht vergessen, dass Licht sehr wohl einen Impuls besitzt. 

 

Photonen haben nur in Ruhe keine Masse (sind aber nie in Ruhe). In Bewegung entspricht ihre Masse ihrer Energie gemäß der berühmten Formel E= mc^2, oder eben m= E/c^2. Andernfalls würde Licht nicht in Gravitationsfeldern abgelenkt (wie erstmals in einem berühmten Experiment 1919 gezeigt)* und es gäbe auch keine Gravitationslinsen (um den Kontext zu diesem Forum herzustellen). Wie du richtig bemerkt hast, haben Photonen einen Impuls p. Gemäß p = m x c wäre der Impuls bei Masse Null ebenfalls Null. Ich muss also bedauerlicherweise feststellen, dass du dir selbst widersprochen hast. Aber Widersprüchlichkeit ist ja bekanntlich eines der Merkmale von Intelligenz.   :)

 

*Damals hat man Einstein gefragt, was gewesen wäre, wenn die Tatsachen seine Theorie nicht bestätigt hätten. Darauf hat er geantwortet, das wäre umso schlimmer für die Tatsachen gewesen.   :lol:

 

Edit: Wobei ich gestehen muss, dass der Gravitationslinseneffekt eigentlich andere Ursachen hat (Raumkrümmung) und eher als running gag gedacht war.

bearbeitet von Beli
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Edit: ok, ich habe mich geirrt, du hast Recht.

Dennoch prallt Licht nicht wie ein Wasserstrahl an einer Wand ab und fällt auf den Boden. Oder etwa doch? :D

Wenn es also eine Masse besitzt, aber nur in Bewegung, dann kann es nicht still stehen und fallen.

bearbeitet von Neto-Zeme
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Das ist allerdings Quatsch, Wasser hat eine Masse. Seit wann hat Licht eine Masse? Allerdings darf man nicht vergessen, dass Licht sehr wohl einen Impuls besitzt. Würde man also mit genügend Licht auf eine Wand schiessen könnte man aus ihr einen Ziegel harausstoßen. Natürlich verglüht er davor, aber so rein theoretisch...

 

Du zitierst mich aus der Blödelphase in diesem Beitrag und nimmst mich tatsächlich ernst? Danke dir. Mich hat hier noch niemand ernst genommen. :):D;)

 

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Wie ist denn eigentlich der quadratische Lichtabfall/doppelter Entfernung in diesen Beiträgen eingebunden?

Licht kann doch nicht einfach nach mehrmaligem Pingpong in der Wand umgewandelt oder vernichtet werden.

http://neunzehn78.info/2015/01/26/lichtabfall-und-das-abstandsgesetz/

 

Genau das stört mich am Licht, nicht nur im Zimmer sondern auch im Nahbereich. Immer ist zuwenig Licht.wenn der Abstand vergrößert wird.

Das Licht nach dem Abschalten nicht mehr sichtbar ist finde ich prima. Kann man prima intelligente Blitzsteuerungen mit bauen.

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@micharl in #54

Ist Abiturlevel Physik...im wörtlichen Sinn. War Teil me ner mündlichen Maturprüfung vor etwa 35 Jahren.

 

Und von @grapher in #61 kurz und bündig zusammengefasst. Für Normalos reicht die Kühlschrank/Putzfrau Modellierung vollständig.

bearbeitet von wasabi65
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Wer es gerne komplizierter haben möchte: die klassische Mechanik nach Newton (p=m x v) funktioniert bei Licht wegen der Lichtgeschwindigkeit nicht. Hier gilt die spezielle Relativitätstheorie und der Impuls eines Photons errechnet sich aus dem Planckschen Wirkungsquantum geteilt durch die Wellenlänge. Das Photon ist ein Spin-1-Teilchen (Boson), die Ruhemasse ist 0, aber es bewegt sich immer mit Lichtgeschwindigkeit. Wenn es eine Masse hätte, wäre die Energie bei Lichtgeschwindigkeit unendlich. Der Impuls entsteht also nicht durch die Masse, sondern durch die Energie-Masse-Korrelation nach Einstein.

 

Sind jetzt alle verwirrt genug? ;)

 

 

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Wenn ich mich recht erinnere, kann man die Darstellung eines Viererimpulsvektors, der den Impuls und die Energie eines Teilchens beschreibt und eine Erhaltungsgröße ist, vereinfachen, wenn man die Lichtgeschwindigkeit c=1 setzt und so eine direkte Beziehung zwischen Energie, Masse und Impuls hat. Aber das ist jetzt alles schon sehr lange her und brauche ich aktuell nicht mehr.

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Schön, nicht? Die Physik werkelt vor sich hin, ob wir es verstehen oder nicht. Und wir brauchen nur mit den Auswirkungen leben und können sie nutzen (z. B. um Fotos zu machen). :)

 

Physik hat viel mit Philosopie zu tun (oder viele Physiker beschäftigen sich mit Philosophie) , da man sich eigentlich nur Modelle der Wirklichkeit erschafft, die einem das Verständis über die reale Welt erleichtern und die so lange Gültigkeit besitzen, bis jemand ein Gegenbeispiel findet und alles wieder neu umgedacht werden muss.

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