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ralfkannenberg
Anmeldedatum: 22.02.2006 Beiträge: 4788
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Verfasst am: 02.10.2006, 12:00 Titel: Relativitätsprinzip zur 3K Hintergrund-Strahlung |
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Hallo zusammen,
ich habe mir den Artikel von "Cosmology as a Science" von Peter G.Bergmann (1970) gekauft und dazu einige Fragen:
Zitat: |
Today there is very obviously one type of experiment that is affected by the cosmological environment, and that is any experiment involving interaction with the pervasive radiofrequency background radiation, the primordial fireball. As far as is known today, this radiation represents blackbody radiation at a temperature of perhaps 2.7°K. Any blackbody radiation changes under a Lorentz transformation.
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Stimmt das ?
Zitat: |
In all but one frame, it is anisotropic, being in fact canonical with respect to a linear combination of energy and linear momentum. In one frame, the coefficient of the linear momentum vanishes; it is the frame of reference in which this radiation is isotropic, and in that sense that frame represents "rest." There is no conceivable distribution of frequencies that is unchanged (invariant) under Lorentz transformations, except a (gray) distribution corresponding to an infinite temperature; such a distribution leads to an ultraviolet catastrophe, that is to say, the associated energy density is infinite.
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Stimmt das ?
Zitat: |
There is, of course, nothing strange about the fact that locally there are frames that represent the prevailing state of motion of the surrounding matter. The interior of a star is best studied in terms of a frame of reference centered on the star's center of mass. The same is true of a galaxy. But the background radiation is not a phenomenon of local origin. As far as we undertand it today, this radiation represents a sampiing of radiation that originated all over the universe and during the very early stages of its history. There is every reason to believe that, if we could examine this background radiation over a very large domain, much larger than our galaxy, and use it to fix a local rest frame at every point of that domain, then the resulting field of timelike directions would be very smooth, and it would represent indeed a cosmological background, against which the motion of local structures, such as fixed stars, galaxies, or even clusters of galaxies, could be determined with considerable accuracy.
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Das klingt ja eigentlich ganz plausibel.
Zitat: |
In other words, the principle of relativity would hold only for certain types of experiments (those excluding interaction with the background radiation, for instance), or provided experiments are not refined beyond a certain degree of accuracy or sensitivity.
In the foregoing, I have pinned the breakdown of the principle of relativity to the background radiation; but this is only by way of emphasis.
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Ist diese Schlussfolgerung Bergmann's zutreffend ?
Zitat: |
One can construct local frames of rest also by averaging over the observed proper motions of the surrounding galaxies; the field of directions obtained by this procedure will not deviate grossly from the one gained from observing the background radiation.
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Ist diese Mittelwert-Bildung tatsächlich aussagekräftig ?
Zitat: |
Either way, permitting large-scale samplings to enter, one is led inexorably to the breakdown of the principle of relativity.
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Ich verstehe zu wenig von Physik, würde diesbezüglich aber gerne etwas mehr verstehen. Kann mir jemand helfen ?
Freundliche Grüsse, Ralf |
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Joachim
Anmeldedatum: 20.02.2006 Beiträge: 1714
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Verfasst am: 02.10.2006, 12:47 Titel: |
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Hallo Ralf,
Die ersten beiden Textfragmente sind korrekt, meine Antwort auf dein "Stimmt das" ist also zweimal Ja.
Der dritte Absatz klingt tatsächlich plausibel.
Die Schlussfolgerung ist falsch:
Bei der Änderung der Strahlung unter Lorentztransformation handelt es sich schlicht um den relativistischen Dopplereffekt. Die Beobachtung, dieser Änderung ist geeignet die Relativitätstheorie zu bestätigen. Wir müssen uns hier klarmachen, dass das Relativitätstheorie besagt, dass die physikalischen Gesetze unter Lorentztransformation invariant sind. Nicht die lokalen Randbedingungen. Bereits innerhalb des Sonnensystems kann man eine Klasse bevorzugter Inertialsysteme definieren: Die Schwerpunktsysteme. Sie zeichnen sich gegenüber allen anderen Systemen dadurch aus, dass der Schwerpunkt aller Objekte im Sonnensystem im Ursprung ruht und damit ihr Gesamtimpuls Null ist. Dennoch widerspricht die Existenz solcher Systeme nicht dem Relativitätsprinzip, da in diesen Systemen keine anderen mechanischen und elektrischen Gesetze gelten, als in jedem anderen Inertialsystem.
Es sind viele Inertialsysteme, weil man durch Rotation eines Schwerpunktsystems um den Ursprung wieder ein Schwerpunktsystem bekommt. Ebenso bilden die Inertialsysteme, in denen die Hintergrundstrahlung im Schwerpunkt isotrop ist, eine ganze Klasse von zueinander gedrehten Inertialsystemen.
Die Verteilung der Masse und Strahlung im Universum ist natürlich nicht Lorentzinvariant. Das hat aber nie jemand behauptet. Sie ist im Übrigen auch nicht Galileo-Invariant.
Gruss,
Joachim
P.S. Der Teil im Zweiten Absatz mit der Ultraviolett Katastrophe scheint mir falsch, hat aber eh keinen Einfluss auf den Rest der Argumentation. _________________ Relativitaetsprinzip.Info
(Nicht mehr in diesem Forum aktiv) |
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Uli
Anmeldedatum: 09.06.2006 Beiträge: 472
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Verfasst am: 02.10.2006, 13:05 Titel: |
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Mein Verständnis scheint sich mit Joachims Kommentaren zu decken.
Man kann die Hintergrundstrahlung dazu nutzen, ein bestimmtes "absolutes" Bezugssystem zu definieren - nämlich das, in dem das Spektrum dieser Strahlung isotrop ist.
Einen Konflikt mit dem Relativitätsprinzip hätte man aber erst dann, wenn dieses System wirklich "bevorzugt" wäre, d.h. wenn in ihm die physikalischen Gesetze eine spezielle Form hätten.
Allein die Möglichkeit, ein "absolutes" Bezugssystem zu definieren, stellt keinen Konflikt zum Relativitätsprinzip dar.
Es müsste schon die Physik dieses Systems betreffen.
Gruss, Uli |
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ralfkannenberg
Anmeldedatum: 22.02.2006 Beiträge: 4788
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Verfasst am: 02.10.2006, 19:36 Titel: |
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Hallo Joachim, hallo Uli,
besten Dank für Eure Antworten
Ich werde Eure beiden Antworten in meine Reszension übernehmen.
Zitat: |
Joachim schrieb am 02.10.2006 13:47 Uhr:
Die ersten beiden Textfragmente sind korrekt
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Das mit den "Textfragmenten" ist etwas unglücklich formuliert - diese Textfragmente sind im Original zusammenhängend und ich habe sie nur getrennt, um meine Fragen dazwischen schreiben zu können.
Ausserdem möchte ich auch das Copyright beachten: Zwar habe ich den Artikel gekauft, meines Wissens darf ich ihn aber nicht öffentlich zur Verfügung stellen. Aus diesem Grunde habe ich mich beim Zitat auf den mir wesentlichen Abschnitt beschränkt; falls aber noch Fragen bestehen, kann ich selbstverständlich auch weitere Abschnitte zitieren.
Freundliche Grüsse, Ralf |
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iceman
Anmeldedatum: 05.05.2006 Beiträge: 16
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Verfasst am: 03.10.2006, 11:18 Titel: |
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Hi Ralf,
ich teile die Ansichten von Joachim und Uli. In der Tat kann man das System, das durch den 3K-Hintergrund aufgespannt wird als absolutes Ruhesystem betrachten. Natuerlich ist dieses aber nur lokal fuer einen Beobachter gueltig. Um in das Ruhesystem eines anderen Beobachters zu transformieren, muss man die kosmologische Expansion zwischen beiden beruecksichtigen.
Das Relativitaetsprinzip ist wie gesagt nicht verletzt. Dieses kosmische Ruhesystem kann aber gegenueber anderen Ruhesystemen als "ausgezeichnet" benannt werden.
Im uebrigen stellt es nicht nur ein absolutes raeumliches Bezugssystem dar, sondern auch ein absolut zeitliches: denn die Temperatur des Mikrowellenhintergrundes ist eine monotone und wohldefinierte Funktion des Alters des Universums.
Zitat: |
One can construct local frames of rest also by averaging over the observed proper motions of the surrounding galaxies; the field of directions obtained by this procedure will not deviate grossly from the one gained from observing the background radiation.
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Das ist so richtig. Man muss allerdings schon ueber alle Galaxien in etwa 100 Millionen Lichtjahren Radius mitteln (Groesse des lokalen Superclusters), damit sich alle gravitativ bedingten Stroemungen herausheben.
Mischa |
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ralfkannenberg
Anmeldedatum: 22.02.2006 Beiträge: 4788
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Verfasst am: 03.10.2006, 12:09 Titel: |
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Hallo Mischa,
besten Dank, ich werde Deinen Beitrag ebenfalls in die Reszension einbauen.
Freundliche Grüsse, Ralf |
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pauli
Anmeldedatum: 13.06.2007 Beiträge: 1551
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Verfasst am: 15.07.2007, 19:11 Titel: |
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hm, ein absolutes Bezugssystem aus e.m. Strahlen, die sich mit c fortbewegen - wie kann man sich das vorstellen?
Wenn c immer noch konstant ist, steht in Relation zum Bezugssystem "Hintergrundstrahlung" alles still. Und die Beobachter? Sie messen die Hintergrundstrahlung immer als c, egal wie sehr und in welche Richtung sie auch immer beschleunigen, sie müssen also annehmen, sie stünden still, trotz Beschleunigung
Welchen Nutzen hätte denn so ein Bezugssystem? |
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as_string
Anmeldedatum: 17.05.2006 Beiträge: 912 Wohnort: Heidelberg
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Verfasst am: 15.07.2007, 20:27 Titel: |
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Hallo pauli!
Ich glaube, Du hast da was missverstanden. Nicht das System eines Photons aus der Hintergrundstrahlung soll das "absolute" Bezugssystem sein, sondern das System, in dem die Hintergrundstrahlung isotrop ist.
Wenn Du von allen Richtungen Photonen auf Dich zufliegen siehst, dann haben diese ja i. A. alle unterschiedliche Impulse/Energien/Frequenzen/Wellenlängen.
Bei der Hintergrundstrahlung kannst Du aber ein System finden (oder, wie Joachim ja schon sagt, eine ganze Klasse von Systemen, die alle durch Rotation voneinander ableitbar sind), in dem die Energieverteilung der an einem beliebigen Punkt ankommenden Photonen der Hintergrundstrahlung die selbe Energieverteilung haben. Dazu sagt man, dass dann die Hintergrundstrahlung Isotrop ist.
Die Photonen der Hintergrundstrahlung bewegen sich also auch in diesem System mit c, wie das Photonen eben so machen (mal ungeachtet der Gravitation...)
Gruß
Marco |
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pauli
Anmeldedatum: 13.06.2007 Beiträge: 1551
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Verfasst am: 15.07.2007, 22:35 Titel: |
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hi as_string,
ok, ich bin von der Strahlung als solcher ausgegangen, tue mich auch schwer mit dem Begriff "isotrop" in diesem Zusammenhang.
Zitat: |
Bei der Hintergrundstrahlung kannst Du aber ein System finden (oder, wie Joachim ja schon sagt, eine ganze Klasse von Systemen, die alle durch Rotation voneinander ableitbar sind), in dem die Energieverteilung der an einem beliebigen Punkt ankommenden Photonen der Hintergrundstrahlung die selbe Energieverteilung haben. Dazu sagt man, dass dann die Hintergrundstrahlung Isotrop ist.
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Und mit Hilfe der Energieverteilung könnte man versuchen, das Universum in eine Art festes "Koordinatenraster" zu unterteilen? |
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yoshi
Anmeldedatum: 16.07.2007 Beiträge: 18 Wohnort: Hamburg
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Verfasst am: 16.07.2007, 01:12 Titel: |
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Zitat: |
pauli schrieb am 15.07.2007 23:35 Uhr:
Und mit Hilfe der Energieverteilung könnte man versuchen, das Universum in eine Art festes "Koordinatenraster" zu unterteilen?
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Hallo,
mit der Isotropie der Hintergrundstrahlung kann man ein Koordinatensystem bis auf die Wahl des Ursprungs festlegen, also ja.
Übrigens ist es genau das Koordinatensystem, das in der Kosmologie genutzt wird.
mfg
Yoshi |
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galileo2609 Site Admin
Anmeldedatum: 20.02.2006 Beiträge: 6115
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Verfasst am: 16.07.2007, 01:18 Titel: |
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Zitat: |
yoshi schrieb am 16.07.2007 02:12 Uhr:
Übrigens ist es genau das Koordinatensystem, das in der Kosmologie genutzt wird.
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Quelle?
Grüsse galileo2609 |
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yoshi
Anmeldedatum: 16.07.2007 Beiträge: 18 Wohnort: Hamburg
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Verfasst am: 16.07.2007, 02:52 Titel: |
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Zitat: |
galileo2609 schrieb am 16.07.2007 02:18 Uhr:
Zitat: |
yoshi schrieb am 16.07.2007 02:12 Uhr:
Übrigens ist es genau das Koordinatensystem, das in der Kosmologie genutzt wird.
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Quelle?
Grüsse galileo2609
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Meine Überlegung ist, dass Isotropie der Hintergrundstrahlung Isotropie des Energie-Impuls-Tensor impliziert. Das ist dann die Form des Energie-Impuls-Tensors, wie sie in der Herleitung der Friedmann Gleichungen benutzt wird (*).
mfg
Yoshi
(*):
http://de.wikipedia.org/wiki/Friedmann-Gleichungen#Die_Friedmann-Gleichungen
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