Physik: E=mc²
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Tag,
Befasse mich gerade etwas mit Physik und da ist eine Frage, die ich mir nicht beantworten kann.Laut der Formel E=mc² ist es ja möglich Masse in Energie (Strahlung) umzuwandeln.
Ist ja auch kein Problem, dafür gibt es ja die Kernspaltung und Fusion.Aber es muss ja auch andersrum gehen, also Strahlung in Materie, doch wie soll das von sich gehen?
Mir ist bekannt das es in Teilchenbeschleunigern bereits in Materie und Antimaterie umgewandelt wurde. Aber 1.) ist dies ja nicht direkt natürlich und 2.) Verbichteten sich die beiden Dinger ja wieder in Strahlung, also kann man hier ja nicht von beständiger Materie sprechen.
Deshalb meine Frage: Wie wird natürlich Strahlung in Materie umgewandelt, weil dann wäre ja alle Energieprobleme gelöst bsplw. könnte man die Photonen der Sonne, direkt in die Materie H² umwandeln. Also wieso geht das nicht?
MFG ReduX :xmas1:
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ReduX schrieb:
Aber es muss ja auch andersrum gehen, also Strahlung in Materie, doch wie soll das von sich gehen?
Das ist einfach. Abwarten reicht, weil Strahlung überall ist.
ReduX schrieb:
Verbichteten sich die beiden Dinger ja wieder in Strahlung, also kann man hier ja nicht von beständiger Materie sprechen.
Nicht wenn du einen Teil der Teilchen mit stärkerer Kraft ablenken kannst.
ReduX schrieb:
könnte man die Photonen der Sonne, direkt in die Materie H² umwandeln.
Wird wohl eher schwer sein, die in grosser Zahl kollidieren zu lassen, wegen den nahezu gleichen Bewegungsvektoren. Unterm Strick springt da sicher nur ein Verlust heraus.
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Du vermischst da 2 unterschiedliche Effekte.
Einmal der Massendefekt auf dem Kernfusion/Spaltung beruhen und zum Anderen die Zerstrahlung von Materie und Antimaterie.
Um aus Strahlung Masse zu erzeugen müsstest du den 2ten Effekt bzw. dessen Umkehrung die Paarbildung verwenden.
Dabei entsteht allerdings immer Materie und Antimaterie, die du dann trennen
müsstest.
Im Endeffekt ist der Einsatz von Solarzellen wohl weitaus effizienter.
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ReduX schrieb:
Ist ja auch kein Problem, dafür gibt es ja die Kernspaltung und Fusion.
Aber es muss ja auch andersrum gehen, also Strahlung in Materie, doch wie soll das von sich gehen?
Natürlich geht das. Du hast die Reakton
Kern -> Kern2 + Kern3 + Energie ( + meistens mehr zeugs )
man kann aber auch
Energie ( + mehr zeugs ) + Kern2 + Kern3 -> Kern
machen. Hier wiegt Kern mehr als Kern2 + Kern3 zusammen, weil ja noch Energie drin ist. Das ganze funktioniert aber nicht jedes mal.
Bekanntermaßen ist bei Eisen das Maximum der Bindungenergie http://en.wikipedia.org/wiki/File:Binding_energy_curve_-_common_isotopes.svg
aber irgendwo sind die schwereren Elemente ja hergekommen? Ja, und zwar aus der zweiten Reaktion bei der letzten Nova. Und da ist auch das problem.Was du möchtest ist natürlich was anderes, nämlich nicht nur Masse erzeugen, sondern auch neue Kerne dazu. Das geht im Prinzip auch, aber es gibt ein paar gesetze, die man nicht brechen kann. Das eine ist die Energieerhaltung. Da gibt es aber auch noch z.B. Ladung. Das heißt, man kann nicht aus einem ungeladenen Ding was geladenes machen. Aber es gibt, wie du richtig gemerkt hast, Paarerzeugung: http://de.wikipedia.org/wiki/Paarbildung_(Physik)
Damit könnte man schonmal Elektronen machen. Wenn man die Positronen irgendwie wegschießen könnte, so dass sie nicht mit (evtl anderen) Elektronen wieder rekombinieren, könnten wir massives zeug erzeugen. geht aber nicht, weil nach kurzer Zeit unsere Erde soweit aufgeladen wäre, dass die Positronen zurückkämen.Dasselbe Problem gibt es auch mit der Hadronen (Protonen, Neutronen u.s.w., alles was aus Quarks besteht). Es gibt nämlich eine andere Art von Ladung, die
Baryonenzahl. Und die ist auch (zumindest für uns http://en.wikipedia.org/wiki/Baryon_number#Conservation) erhalten. Das heißt, man kann nicht ein Proton oder Neutron erzeugen, ohne ein dazugehöriges Antiteilchen, was wieder Annihilationsprobleme mit sich bringt.
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ReduX schrieb:
könnte man die Photonen der Sonne, direkt in die Materie H² umwandeln.
Schauen wir uns das mal an. Ein Proton wiegt 938 MeV. Die Sonne hat 6000 K Oberflächenenergie. Um ein Proton (+Antiproton) zu erzeugen bräuchte man mindestens zwei Photonen mit 938 MeV, das entspricht einer Wellenlänge von 0.2 femtometern. Oder 10^13 Kelvin, was deutlich mehr ist als 6000K. Oder 10^6K, die im Inneren der Sonne herrschen. Dazu bräuchte man noch eine hohe Intensität von solchen Photonen, so dass die Materieerzeugenden Reaktionen überhaupt passieren.
Aber vielleicht kann man das ganze ja schrittweise machen. Also Photönchen für Photönchen Energie ansammeln, und am Ende ein Proton rauskriegen. Dumm nur, dass in der Regel je mehr Energie man reinsteckt, desto zerfallsfreudiger das Endprodukt wird.
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Danke für eure Antworten.
Was passiert dann eig. mit der Strahlung wenn sie nicht in Materie umgewandelt wird?Auf der Erde wird sie in Wärmeenergie etc. umgewandelt. Aber was passiert mit der Strahlung die ins All hinausgeht?
"Zerfällt" diese irgendwann ohne Materie zu erzeugen? Kann mir das nicht genau vorstellen, da ja etwas mit der Strahlung passieren muss.MFG ReduX
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ReduX schrieb:
"Zerfällt" diese irgendwann ohne Materie zu erzeugen?
Solange die Strahlung nicht absorbiert wird, breitet sie sich weiter aus. Photonen sind stabil und zerfallen nicht.
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Strahlung != Energie
Gern gemachter Fehler.
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Hmmm... Mal was anderes, bei dem ich irgendwo einen Denkfehler habe.
Stellt euch folgende Situation vor:
Ihr habt eine Testmasse A, sowie ein Elektron e und ein Positron p. e und p sind Antiteilchen zueinander, haben aber natürlich beide eine positive Masse. Die beiden seien mal recht nah beieinander, dann wird A natürlich durch die Masse von e und p angezogen, beschleunigt zu e-p hin und wandelt potentielle Energie in Bezug zu e-p in kinetische Energie um. Jetzt annihilieren e und p wieder und ein Photon wird freigesetzt. Dieses Photon hat keine Ruhemasse und für die relativistische Masse gilt ja:
Falsch ist auch die Unterstellung, die Gravitationskraft, mit der ein bewegtes Teilchen ein anderes anzieht, sei proportional zur relativistischen Masse,
Mit anderen Worten, das Photon zieht A nicht an. Wenn es durch das Photon jetzt irgendwo wieder zu Paarbildung kommt und neue e und p entstehen, hat A plötzlich wieder neue potentielle Energie bezüglich diesen neuen e und p. Mit anderen Worten, da würde so eine Art Perpetuum Mobile entstehen. Das kann aber natürlich nicht sein. Wo ist also mein Denkfehler?
:xmas1:Ich gehe im Übrigen davon aus, dass mir diese Frage nach der Antwort äußerst peinlich sein wird.
Ich vermute einfach mal, dass es an der Impulserhaltung scheitert, wenn man mit so einem Mechanismus eine dauerhaft arbeitende Maschine bauen will.
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Photonen ziehen Massen an.
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Gregor schrieb:
Jetzt annihilieren e und p wieder und ein Photon wird freigesetzt.
Mindestens 2 Photonen, wegen Impulserhaltung. Genauso brauchst du mindestens zwei Photonen zur Paarbildung. Das ist aber kein Problem, mit einer geeigneten Spiegelanordnung könnte man da was basteln. Das Problem ist, wie du sagst, die Impulserhaltung. Die Anziehung durch das Positronium wirkt in beide Richtungen (3. Newton). Es ist also egal ob zwischendurch die Anziehung durch die Annihilation unterbrochen wird, es wird immer nur Impuls ausgetauscht, nicht erzeugt.
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Gregor schrieb:
Mit anderen Worten, das Photon zieht A nicht an. Wenn es durch das Photon jetzt irgendwo wieder zu Paarbildung kommt und neue e und p entstehen, hat A plötzlich wieder neue potentielle Energie bezüglich diesen neuen e und p. Mit anderen Worten, da würde so eine Art Perpetuum Mobile entstehen.
Naja, nach actio=reactio werden ja auch e und p zu A hin beschleunigt.
Da gibt es doch keinen Gesamt-Energiegewinn in dem System aus e, p und A.SeppJ schrieb:
Photonen ziehen Massen an.
Das ist mir jetzt allerdings auch neu. Nun gut, ich nehme es erst einmal zur Kenntnis.
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SeppJ schrieb:
Photonen ziehen Massen an.
kannst du das etwas näher erläutern?
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ZumBallSpiel schrieb:
Gregor schrieb:
Jetzt annihilieren e und p wieder und ein Photon wird freigesetzt.
Mindestens 2 Photonen, wegen Impulserhaltung. Genauso brauchst du mindestens zwei Photonen zur Paarbildung. Das ist aber kein Problem, mit einer geeigneten Spiegelanordnung könnte man da was basteln. Das Problem ist, wie du sagst, die Impulserhaltung. Die Anziehung durch das Positronium wirkt in beide Richtungen (3. Newton). Es ist also egal ob zwischendurch die Anziehung durch die Annihilation unterbrochen wird, es wird immer nur Impuls ausgetauscht, nicht erzeugt.
Ok, ich habe es inzwischen eingesehen. Ich hatte praktisch nur den ersten Schritt angedacht und nicht bedacht, dass man das nicht einfach so weitertreiben kann. Danke für die Antwort. Die war auch ansonsten sehr erleuchtend für mich.
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TravisG schrieb:
SeppJ schrieb:
Photonen ziehen Massen an.
kannst du das etwas näher erläutern?
Ja, aber Wikipedia hat es schon fertig formuliert, daher bin ich mal so faul, einfach zu zitieren:
Wikipedia schrieb:
Since photons contribute to the stress-energy tensor, they exert a gravitational attraction on other objects, according to the theory of general relativity. Conversely, photons are themselves affected by gravity; their normally straight trajectories may be bent by warped spacetime, as in gravitational lensing, and their frequencies may be lowered by moving to a higher gravitational potential, as in the Pound-Rebka experiment. However, these effects are not specific to photons; exactly the same effects would be predicted for classical electromagnetic waves.
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Hmmm... interessant.
Natürlich kann man die beiden Wikipedia-Artikel zusammenbringen. Sie widersprechen sich nicht. Aber dann ist die Frage, inwiefern Photonen Massen anziehen. Nach dem ersten Wikipedia-Artikel liegt hier zumindest keine Proportionalität zwischen der relativistischen Masse und der gravitativen Anziehung vor. Nach dem zweiten Artikel scheint aber trotzdem irgendeine Art von Zusammenhang zu existieren. Wie sieht denn das genau aus? Weiß das einer?
Hier nochmal der Link zum 2. Wikipedia-Artikel:
http://en.wikipedia.org/wiki/Photon#Contributions_to_the_mass_of_a_system
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edit1: Hier stand Quatsch.
edit2: Ok, nochmal sauber: Photonen tragen Impuls (proportional zu ihrer Frequenz). Impuls trägt zur Energie bei, via E=pc. Und das wirkt dann gravitativ.
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ZumBallSpiel schrieb:
Gregor schrieb:
Jetzt annihilieren e und p wieder und ein Photon wird freigesetzt.
Mindestens 2 Photonen, wegen Impulserhaltung. Genauso brauchst du mindestens zwei Photonen zur Paarbildung.
Zur Paarbildung braucht es ein Photon mit E>1022keV und einen Kern der den überschüssigen Impuls aufnimmt. Die Annililation erfolgt erst, wenn e+ und e- sich relativ in Ruhe befinden, so daß es mindestens zwei Photonen gibt. In dem häufiger beobachtete Fall, zerstrahlen e+ und e- in zwei 511keV Photonen.
P.S. p steht für Proton.
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~john schrieb:
ZumBallSpiel schrieb:
Gregor schrieb:
Jetzt annihilieren e und p wieder und ein Photon wird freigesetzt.
Mindestens 2 Photonen, wegen Impulserhaltung. Genauso brauchst du mindestens zwei Photonen zur Paarbildung.
Zur Paarbildung braucht es ein Photon mit E>1022keV und einen Kern der den überschüssigen Impuls aufnimmt.
Äh, huups. Naja, dann ist es halt ein virtuelles Photon
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Paarbildung.png
