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16. August 2018, 19:39:34
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Autor Thema: Gravitationswellen  (Gelesen 2499 mal)

Offline mohikaner

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Gravitationswellen
« am: 15. Mai 2018, 20:30:54 »
Hallo,
ich habe ein Verständnisproblem im Zusammenhang mit der Detektierung von Gravitationswellen mittels Laserinterferometern. Dazu folgende Überlegung:
Laut Einstein ist die Lichtgeschwindigkeit im gesamten Universum immer gleich. Oder anders Ausgedrückt, es ist egal ob ich mich in der Nähe eines Schwarzen Lochs befinde oder im Raum zwischen den Galaxien, ich werde immer die gleiche Lichtgeschwindigkeit messen. Das heißt doch das nicht nur der Raum gekrümmt bzw. gestaucht wird sondern gleichzeitig muss auch die Zeit gedehnt werden.
Wenn diese Annahme stimmt, dürfte es in einem Laserinterferometern gar keine Interferenzen geben wenn durch Gravitationswellen die Raumzeit gekrümmt oder gestaucht wird.

Könnte mir bitte jemand allgemeinverständlich erklären was an meinen Überlegungen falsch ist?

Offline DF2MZ

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Re: Gravitationswellen
« Antwort #1 am: 16. Mai 2018, 10:14:44 »
Das Interferometer hat zwei zueinander rechtwinklige Strahlengänge. Dadurch wird der Strahl dessen Richtungskomponente einen kleineren Winkel mit der einlaufenden Gravitationswelle hat stärker verzerrt. Wenn die Gravitationswelle genau aus der Richtung der Winkelhalbierenden der beiden Interferometerarme ankommt, wird das Interferometer kein Signal sehen können, weil beide Arme gleich verzerrt werden.

Offline Matjes

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Re: Gravitationswellen
« Antwort #2 am: 16. Mai 2018, 10:17:22 »
Hallo

Dein erster Beitrag und dann so etwas Schweres.
Die Relativitätstheorie kann verwirren. Das gebe ich gerne zu.
Die Lorentz Transformation beschreibt nicht die Funktion eines
Interferometers. Da kriegst du etwas durcheinander.

Die Lorentz Transformation ist anders als die Galilei Transformation
kompatibel mit den Maxwellschen Gleichungen.
Ich kann also die Bewegung elektromagnetischer Wellen und die Bewegung
eines geladenen Körpers, der an einem stromdurchflossenen Leiters vorbeifliegt
erklären (Enstehung der Lorentz Kraft).

Für ein Interferometer brauche ich keine Lorentz Transformation. Es ist viel einfacher.

Eine senkrecht von oben auf beide Arme des Detektor treffende Graviationswelle verkürzt bzw verlängert je einen Arm. In dem Interferometer wird diese Längen-
Änderung gemessen. Ursache: Gravitionswellen sind Transversalwellen ähnlich
wie Licht und keine Longitudinalwellen wie Schall.

Eine Welle die unter 45 Grad auftrifft (also nicht von oben sondern in der Ebene des Gravitationsdetektor die Winkelhalbierende) verkürzt bzw verlängert beide Arme und das Interferometer misst gar nichts.

Ich hoffe es ist anschaulich. Und es kommt keine Mathematik vor. Was eine Gravitationswelle nun wirklich ist - woraus sie besteht - wissen wir noch nicht.
Quantenmechanisch wird sie beschrieben als Fluktuation eines metrischen
Tensors 2ter Stufe.

Sehr nett auch bei
Https://de.m.wikipedia.org/Wiki/Gravitationswelle

Matjes
« Letzte Änderung: 16. Mai 2018, 11:52:31 von Matjes »

Offline mohikaner

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Re: Gravitationswellen
« Antwort #3 am: 16. Mai 2018, 20:00:06 »
Vielen Dank DF2MZ und Matjes,
aber ich weiß wie ein Laserinterferometer funktioniert.  ;)  8)
Wissen wollte ich was an meiner Interpretation von Einsteins Theorien falsch ist, da nach dieser (meiner Interpretation) es unmöglich wäre Gravitationswellen mit Hilfe von Laserinterferometern zu detektieren.

Offline mohikaner

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Re: Gravitationswellen
« Antwort #4 am: 19. Mai 2018, 08:52:36 »
Hallo,
schade, ich hatte gehofft das sich gerade hier, in diesem Forum, jemand findet der mir meine Frage beantworten kann.
Alle Erklärungsansätze die ich im Internet darüber finden konnte vernachlässigen die Zeitdilatation die auftritt wenn die Raumzeit gekrümmt wird.
<Sarkasmus>
Vielleicht muss man das alles aber einfach nur glauben. Wissen wird doch total überbewertet.
</Sarkasmus>
 :(

Offline stillesWasser

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Re: Gravitationswellen
« Antwort #5 am: 19. Mai 2018, 10:36:01 »
Oder anders Ausgedrückt, es ist egal ob ich mich in der Nähe eines Schwarzen Lochs befinde oder im Raum zwischen den Galaxien, ich werde immer die gleiche Lichtgeschwindigkeit messen. Das heißt doch das nicht nur der Raum gekrümmt bzw. gestaucht wird sondern gleichzeitig muss auch die Zeit gedehnt werden.
Hier ist dein Denkfehler. Wenn die Lichtgeschwindigkeit gleich bleibt, bedeutet dass nicht, dass das Licht gleich viel Zeit benötigt um den Raum zu durchqueren. Der eine Raum ist ja eben größer, also braucht das Licht länger bei gleicher Geschwindigkeit.
"Dragon 2 is designed to be able to land anywhere in the solar system. Red Dragon Mars mission is the first test flight."- https://twitter.com/elonmusk/status/725364699303301120

Offline DF2MZ

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Re: Gravitationswellen
« Antwort #6 am: 19. Mai 2018, 10:57:02 »
Hallo,
schade, ich hatte gehofft das sich gerade hier, in diesem Forum, jemand findet der mir meine Frage beantworten kann.
Alle Erklärungsansätze die ich im Internet darüber finden konnte vernachlässigen die Zeitdilatation die auftritt wenn die Raumzeit gekrümmt wird.
<Sarkasmus>
Vielleicht muss man das alles aber einfach nur glauben. Wissen wird doch total überbewertet.
</Sarkasmus>
 :(

Nein, Du musst nichts glauben. Du kannst es nachrechnen. Und das musst Du dann eben selbst machen, sonst müsstest Du es ja wieder jemandem glauben. Macht halt mehr Mühe als Googeln oder mal schnell einen Post absetzen ...

Offline mohikaner

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Re: Gravitationswellen
« Antwort #7 am: 19. Mai 2018, 12:03:23 »
Oder anders Ausgedrückt, es ist egal ob ich mich in der Nähe eines Schwarzen Lochs befinde oder im Raum zwischen den Galaxien, ich werde immer die gleiche Lichtgeschwindigkeit messen. Das heißt doch das nicht nur der Raum gekrümmt bzw. gestaucht wird sondern gleichzeitig muss auch die Zeit gedehnt werden.
Hier ist dein Denkfehler. Wenn die Lichtgeschwindigkeit gleich bleibt, bedeutet dass nicht, dass das Licht gleich viel Zeit benötigt um den Raum zu durchqueren. Der eine Raum ist ja eben größer, also braucht das Licht länger bei gleicher Geschwindigkeit.

Nein! Denn Du vergisst dabei die Zeitdilatation. Je stärker in einem Raumsektor die Raumzeit gekrümmt wird um so langsamer vergeht darin die Zeit gegenüber einem Raumsektor in dem die Raumzeit nicht gekrümmt wird. Diesen Effekt könnte aber nur ein externer Beobachter wahrnehmen. Für jemanden innerhalb der Raumzeitkrümmung ändert sich dabei nichts. Dieser Effekt der Zeitdehnung spielt auch bei unseren GPS-Satelliten eine Rolle. Ich weiß leider jetzt nicht mehr auf die Schnelle ob der Effekt bei den Satelliten jetzt ausgenutzt oder kompensiert wird.
Wenn es stimmt was Du sagst, gäbe es innerhalb des Raumsektors mit stärkerer Raumzeitkrümmung Überlichtgeschwindigkeit.

Offline stillesWasser

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Re: Gravitationswellen
« Antwort #8 am: 19. Mai 2018, 12:32:15 »
Du bist auch ein Scherzkeks. Offensichtlich hast du ein Verständnis-Problem. Trotzdem bist du dir aber sicher, dass das, was dir andere sagen definitiv falsch ist weil du es besser weißt. Daran zu zweifeln, dass du dabei etwas falsch verstehst, kommt dir nicht in den Sinn.
Und natürlich erwartest du hier auch eine Antwort, als wäre dieses Forum dir eine Dienstleistung schuldig.
Wenn du genau wissen willst, wie das funktioniert, dann hol dir das passende Paper und ließ es dir durch oder mindestens mal ein ART Buch. Das ist ein Bereich der Physik, in dem hand-waving Erklärungen nicht mehr ausreichen um etwas widerspruchsfrei zu erklären, man benötigt Mathematik. Dummerweise basiert die ART halt auf relativ anspruchsvollen Konzepten. Du hast also die Wahl, dich mit den bisherigen Erklärungen zufrieden zu geben, oder dich richtig damit zu beschäftigen.
Dann kannst du die Minkowski-Metrik nehmen, eine Störung einbauen und den ganzen Spaß durchrechnen und siehe da - am Ende kommt ein messbarer Längenunterschied raus. Viel Spaß dabei.
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Offline Sensei

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Re: Gravitationswellen
« Antwort #9 am: 19. Mai 2018, 12:34:50 »
Soweit ich verstanden habe ist eine Raumkrümmung (aufgrund von Gravitation) etwas anderes als die Streckung/Stauchung des Raumes durch Gravitationswellen. Und deswegen gleicht auch keine Zeitdilatation die Gravitationswellenwirkung aus.

Die Lichtgeschwindigkeit bleibt ja im Detektor auch gleich, aber die Länge des Weges, den das Laserlicht mit seiner Lichtgeschwindigkeit zurücklegen muss, ändert sich.

Offline mohikaner

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Re: Gravitationswellen
« Antwort #10 am: 19. Mai 2018, 12:53:35 »
Soweit ich verstanden habe ist eine Raumkrümmung (aufgrund von Gravitation) etwas anderes als die Streckung/Stauchung des Raumes durch Gravitationswellen. Und deswegen gleicht auch keine Zeitdilatation die Gravitationswellenwirkung aus.

Die Lichtgeschwindigkeit bleibt ja im Detektor auch gleich, aber die Länge des Weges, den das Laserlicht mit seiner Lichtgeschwindigkeit zurücklegen muss, ändert sich.

Das wäre vielleicht wirklich einen mögliche Erklärung. Danke für den interessanten Denkansatz.  :)

Offline supersonicboom

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Re: Gravitationswellen
« Antwort #11 am: 19. Mai 2018, 14:04:24 »
Ich hätte da auch noch ne Anmerkung, was die Zeitdilatation betrifft:

Die Tritt nämlich nur auf, bei massebehafteten Objekten, die sich mit annähernd Lichtgeschwindigkeit bewegen.

Für Photonen macht das aber keinen Unterschied, die sind immer am "Grenzfall" sozusagen. Wenn ich mich da gedanklich mal Huckepack drauf setze und mitfliege, vergeht für mich immer genau KEINE Zeit.

Wie schon gesagt ist für den Versuch aber das Bezugssystem ausschlaggebend, in dem ich meine Messung mache.

Anschaulich wird das Ganze denk ich auch, wenn Du Dir die Beiden Arme des Interferometers mal parallel denkst, wie zwei Straßen. Und durch die Eine geht eben eine kräftige "Bodenwelle". Wenn man nun zwei Fahrradfahrer mit konstanter Geschwindigkeit losschickt, hin und zurück, ist klar, dass die zu unteschiedlichen Zeiten ankommen...

Gruß
sonic

P.S: Bin ja kein Physiker, aber die 'Wahrheit' ist wohl tatsächlich noch komplizierter, weil sich die "Bodenwelle" ja mit Lichtgeschwindigkeit 'mitbewegt' -> die Photonen die 'Delle' also einmal gleich, einmal in Gegenrichtung durchlaufen...

Offline mohikaner

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Re: Gravitationswellen
« Antwort #12 am: 19. Mai 2018, 14:37:19 »
Ich hätte da auch noch ne Anmerkung, was die Zeitdilatation betrifft:

Die Tritt nämlich nur auf, bei massebehafteten Objekten, die sich mit annähernd Lichtgeschwindigkeit bewegen.

Hier muss ich Dir widersprechen (s. https://de.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System#Relativistische_Effekte).

Zitat
Für Photonen macht das aber keinen Unterschied, die sind immer am "Grenzfall" sozusagen. Wenn ich mich da gedanklich mal Huckepack drauf setze und mitfliege, vergeht für mich immer genau KEINE Zeit.

Wie schon gesagt ist für den Versuch aber das Bezugssystem ausschlaggebend, in dem ich meine Messung mache.

Anschaulich wird das Ganze denk ich auch, wenn Du Dir die Beiden Arme des Interferometers mal parallel denkst, wie zwei Straßen. Und durch die Eine geht eben eine kräftige "Bodenwelle". Wenn man nun zwei Fahrradfahrer mit konstanter Geschwindigkeit losschickt, hin und zurück, ist klar, dass die zu unteschiedlichen Zeiten ankommen...

Für Deinen Fahrradfahrer ist die Straße dadurch aber nicht kürzer geworden.  ;)

Zitat
P.S: Bin ja kein Physiker, aber die 'Wahrheit' ist wohl tatsächlich noch komplizierter, ...

Ja, das denke ich auch.

Gruß
mohikaner

Offline rok

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Re: Gravitationswellen
« Antwort #13 am: 20. Mai 2018, 13:23:39 »
"Für Deinen Fahrradfahrer ist die Straße dadurch aber nicht kürzer geworden."

Sie ist länger geworden. Wenn du als Außenstehender mit einer Stoppuhr die Zeit vom Start bis zum Ziel misst, bekommst du für eine definierte Strecke eine Durchschnittsgeschwindigkeit. Wenn es danach eine Fahrbahnabsenkung auf der selben Strecke gibt, muss der Fahrer eine längere Strecke zurücklegen; die ist im Navi nicht erkennbar, allerdings auf dem Tacho, sowohl in der zurückgelegten Stecke, als auch in der Durchschnittsgeschwindigkeit. Das ist eine Frage des Bezugssystems: stehe ich am Straßenrand oder fahre ich.

Offline MillenniumPilot

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Re: Gravitationswellen
« Antwort #14 am: 13. Juni 2018, 18:23:14 »
https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.97.024040

Bin heute darauf gestossen. Das ist wirklich hardcore. Die gemessenen Gravitationswellen koennten demnach auch von rotierenden Wurmloechern stammen. Aber das ist noch nicht alles. Wuerde sich diese Theorie bestaetigen, wuerden schwarze Loecher an sich in Frage stehen. Ausloeser der Theorie ist die Frage, ob Gravitationswellen den Ereignishorizont ueberhaupt verlassen koennen. Irgendwelche Physiker im Forum?  8)

Offline Matjes

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Re: Gravitationswellen
« Antwort #15 am: 16. Juni 2018, 10:03:12 »
Hallo

Leider konnte ich nur die Zusammenfassung (Abstract) lesen.

Es geht um die Frage ob entstandene Wurmlöcher an den Rändern
von schwarzen Löchern (Also knapp außerhalb des Ereignishorizont)
Auswirkungen auf die von uns messbaren Gravitationswellen
haben könnten.

Und dann wird Mathematik vom Feinsten zelebriert.
Anscheinend gibt es mehrere spekulative Theorien zur Beschreibung von
erdachten noch nie gemessenen Wurmlöchern.

Aber die Mathematik existiert schon mal. Es ist schon interessant über welche
Theorien sich manche Menschen Gedanken machen.

Matjes
« Letzte Änderung: 17. Juni 2018, 11:57:10 von Matjes »

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