Energieverlust durch Doppler-Effekt

Die Energie der elektromagnetischen Strahlung hängt von der Frequenz ab. Je höher die Frequenz, desto höher das Energieniveau. Wenn elektromagnetische Wellen auf der Erde eine niedrigere Frequenz haben als ursprünglich aufgrund des Doppler-Effekts ausgestrahlt, wohin geht die überschüssige Energie laut Energieerhaltung?

doppler-effect

— Dilettanter
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Empfehle auch einen Blick auf: physics.stackexchange.com/questions/15279/…

— Bilkokuya

Die Antwort von Steve Linton ist leider nicht richtig. Die Antwort von ACascarino ist der Wahrheit näher. Die richtige Antwort - dass Energieeinsparung in einem expandierenden Universum nicht gilt - wird in diesem Artikel von Tamara Davis sehr gut erklärt . Es steckt leider hinter einer Paywall, kann aber online gefunden werden, wenn Sie darauf googeln.

— Pela

@pela Wollen Sie damit sagen, dass eine polizeiliche Doppler-Radarkanone von der Ausdehnung des Universums abhängt, um operieren zu können?

— user71659

@pela, ich kann den Artikel nicht lesen, weil ich keinen Zugriff habe, aber dieses Argument ist für meinen anderen Kommentar unten irgendwie am sinnvollsten. Vielen Dank

— Dilettanter

Ob Energie in einem expandierenden (oder kontrahierenden!) Universum konserviert wird oder nicht, ist etwas unwichtig - wie der Artikel, auf den Sie verweisen, sogar zitiert: "[...] Die Rotverschiebung der Galaxie kann eher als das Ergebnis relativer Bewegung interpretiert werden, als das Ergebnis der Raumausdehnung. Es geht also keine Energie verloren. " wenn Bewegung relativ zur Bewegung des Teilchens durch die Raumzeit betrachtet wird; Dies reduziert sich wiederum auf die Tatsache, dass die Energieeinsparung bedeutungslos ist, wenn Sie zwischen Referenzrahmen wechseln, ohne die richtigen Transformationen anzuwenden.

— ACascarino

Antworten:

Es ist in der Zeit ausgebreitet. Wenn eine Quelle 1 W Energie für 1 Sekunde abgibt und der Empfänger so schnell abfällt, dass er auf eine Frequenz mit einer Leistung von nur 0,5 W dopplergeschoben wird, dauert es 2 Sekunden, bis der Impuls eintrifft (seit dem Ende) hatte weiter zu reisen).

— Steve Linton
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Ich denke das ist falsch. Was passiert, wenn die Quelle ein Photon (mit einer bestimmten Energie) emittiert? Wenn sich der Empfänger so schnell zurückzieht, dass die Photonenenergie auf die Hälfte rot verschoben wird, empfängt der Empfänger immer noch nur ein Photon. Wo ist der Rest der Energie geblieben?

— Martin Bonner unterstützt Monica

Ja, das scheint nicht richtig zu sein. Ein vorheriger Beitrag von @bilkokuya war hilfreich, aber zu sagen, dass "Energieeinsparung nicht zwischen wechselnden Referenzrahmen gilt", ist im Umgang mit dem 1-Photonen-Fall unbefriedigend. Besonders wenn man bedenkt, dass beispielsweise alles Licht im Universum diesen Energieverlust erlebt hat; Wie könnte die Gesamtenergie im Universum konstant bleiben?

— Dilettanter

Selbst ohne relativistische Korrekturen wird die Geschwindigkeit, mit der Kugeln eintreffen, durch die Bewegung des Ziels verringert, und die Energie pro Kugel wird noch weiter verringert, wenn ein Maschinengewehr einige Kugeln in ein zurückweichendes Ziel abfeuert. Das eine wird nicht vom anderen verursacht, sondern es handelt sich um zwei verschiedene Effekte der Bewegung. In ähnlicher Weise ist die Änderung der Intensität einer Lichtquelle von der Änderung der Frequenz getrennt, eine erklärt die andere nicht.

— Ken G

Ja, ich denke, es geht dir gut. Mein Fehler.

— Steve Linton

Wir haben es alle höchstwahrscheinlich geschafft, sogar die Leute, die Antworten geben, können aus diesem Forum lernen!

— Ken G

Wenn Sie relativistische Effekte vollständig ignorieren, hängt dies davon ab, welchen Referenzrahmen Sie verwenden. Die "fehlende" Energie wird als kinetische Energie entweder im emittierenden oder im empfangenden Atom als Rückstoß angesehen, je nachdem, welchen Sie als sich bewegend betrachten. Zwischen den Referenzrahmen wird keine Energie gespart.

Wenn ich mit einer von Ihnen entfernten Geschwindigkeit reise und ein Photon an Sie aussende, dessen Frequenz f ich beobachte , dann gehe ich davon aus, dass das Photon eine Energie E = hf hat, wobei h die Planck-Konstante ist. Ich werde für dieses Photon niemals eine andere Energie beobachten - in meinem Referenzrahmen wird Energie gespart. Sie werden jedoch eine andere Frequenz f und damit eine andere Energie E beobachten. Diese Energie bleibt für Sie konstant - Energie wird in Ihrem Referenzrahmen gespeichert - aber die Energie, die ich beobachte, und die Energie, die Sie beobachten, unterscheiden sich - Energie wird nicht zwischen gespeichert unsere Referenzrahmen; Das heißt, die Energie ist konserviert, aber nicht unveränderlich

Überlegen Sie mal - ich fahre im Auto an Ihnen vorbei und werfe einen Tennisball auf Sie. In meiner Perspektive hat der Tennisball eine größere kinetische Energie (er bewegt sich mit meiner Geschwindigkeit plus der Geschwindigkeit des Balls) als in Ihrer Perspektive. Energie ist auch unter diesen Umständen nicht unveränderlich!

— ACascarino
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Eine einfachere Demonstration, dass KE nicht unveränderlich ist, besteht darin, Sie in Ihrem Auto anzusehen und den Tennisball insgesamt zu vergessen. In deinem Rahmen bist du stationär und du hast null KE; In meinem Rahmen sausen Sie vorbei und haben ein paar davon.

— David Richerby

Die Energieeinsparung gilt in dieser Situation nicht, da sich die Energie, die Sie messen, wenn Sie sich in Bezug auf die Quelle in Ruhe befinden, und die Energie, die Sie messen, wenn Sie sich in Bezug auf die Quelle bewegen, in verschiedenen Referenzrahmen befinden. Zwischen verschiedenen Referenzrahmen wird keine Energie eingespart. Mit anderen Worten, wenn Sie Energie sparen möchten, müssen Sie alle Messungen durchführen, ohne die Geschwindigkeit zu ändern.

Weitere Informationen finden Sie unter /physics/1368/is-kinetic-energy-a-relative-quantity-will-it-make-inconsistent-equations-when-a .

varbatim aus der Antwort von David Z auf eine Frage zur Physik SE

— technische_schwierigkeiten
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