Können Lichtteilchen zusammenstoßen?

Categories: Relativitätsttheorie
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Published on: 29. April 2012

Wenn man an die Urknall-Theorie glaubt, dann ist das Universum in einer gewaltigen Explosion entstanden. Siehe Wikipedia.

Die Quantentheorie und die allgemeine Relativitätstheorie haben Voraussetzungen, die direkt nach dem Urknall nicht erfüllt waren. Sie eignen sich erst für eine Beschreibung, die deutlich mehr als eine Plankzeit – ungefähr 5,391*10-44 s – zurückliegt. Die Plankzeit beschreibt das kleinstmögliche Zeitintervall, für das die bekannten Gesetze der Physik gültig sind.

Die allgemeine Relativitätstheorie ist mit der Quantenphysik nicht zu vereinbaren. Deshalb kann sie in der frühen Phase bei sehr hohen Temperaturen nur eingeschränkt verwendet werden.

Während der primordalen Nukleosynthese entstehen die Atomkerne im frühen Universum. Sie dauert von 10-30 s bis 3 min nach dem Urknall. In dieser Zeit sank die Temperatur von 1025 K so weit herab, daß die Kernfusion zum Erliegen kam, war aber immer noch so hoch, daß die Materie nur als Plasma vorlag.

In dieser Zeit muß aus Energie Materie geworden sein. Funktioniert das?

Die Autoren haben sich ein tolles Hintertürchen aufgelassen. Führt die Theorie zu einem Widerspruch, dann liegt das Problem nicht bei der Urknalltheorie, sondern der Fehler liegt bei der Relativitätstheorie. So lange die Relativitätstheorie die richtigen Ergebnisse produziert, kann man sie verwenden, sonst nicht. Mit einer solchen Vorgehensweise kann man jede unsinnige Theorie unwiderlegbar machen.

Die Kollision des Lichts

Damit aus Strahlung Materie werden kann, muß zumindest die theoretische Möglichkeit bestehen, daß Licht zusammenstoßen kann und sich dabei Materie bildet.

Ich habe schon im Blogartikel „Die Masse in der Relativitätstheorie“ gezeigt, daß die Formel für den unelastischen Stoß zwar funktioniert, aber die Materiezusammensetzung nicht korrekt ist. Auch in anderen Blogartikeln habe ich auf Fehler der relativistischen Impulserhaltung hingewiesen. Aber für diesen Artikel werde ich jetzt so tun, als ob der Impulserhaltungssatz korrekt wäre. Zumindest ist er das in dem Inertialsystem, in dem die relative Gleichzeitigkeit mit der absoluten Gleichzeitigkeit identisch ist.

Wenn Lichtstrahlen miteinander kollidieren, dann hat man es mit einem Spezialfall zu tun. Die Lichtgeschwindigkeit ist in allen Inertialsystemen gleich. Nur die Richtung ändert sich.

Das hat für die Impulserhaltung gewisse Nachteile. Es gibt kein Inertialsystem, in dem das Licht ruht. Nach einer Interpretation der Relativitätstheorie wird die Masse eines Objektes umso größer, je höher die Geschwindigkeit des Objektes ist. Sie würde unendlich werden, wenn das Objekt die Lichtgeschwindigkeit erreicht. Die Lichtteilchen, die zusammenstoßen, dürfen nur eine endliche Masse besitzen. Dann wäre die Ruhemasse =0.

Wenn man unter diesen Bedingungen eine Übersetzung der Masse von einem Inertialsystem in ein anderes durchführt, dann muß man die Masse durch 0 teilen und anschließend mit 0 mulitiplizieren. Dann könnte man denken, die kann man doch gegeneinander kürzen. Also bleibt die Masse gleich, wenn der Beobachter das Inertialsystem wechselt.

Ich habe es einfach mal nachgerechnet. Die Berechnungen finden Sie bei den Ergänzungen.

In I0 treffen 2 gleiche Lichtsignale aufeinander, die aus entgegengesetzten Richtungen aufeinander stoßen. Nach der Kollision entsteht ein Objekt, daß sich in I0 in Ruhe befindet. Der Winkel zwischen der x-Koordinatenachse und der Bewegungsrichtung eines Obekts beträgt φ0.

Die Zuordnung der Masse ist einfach. Nach der Kollision befindet sich das Objekt in Ruhe, beide Lichtteilchen haben die gleiche Geschwindigkeit und müssen daher die gleiche Masse haben: m(L1)=m(L2), m(O)=m(L1)+m(L2).

Wenn ich einen Inertialsystemwechsel in x-Richtung des Koordinatensystems durchführe, dann bekommt man Nebenbedingungen für das System, die erfüllt werden müssen. Diese Nebenbedingungen funktionieren nur dann, wenn die Massen =0 sind oder wenn In=I0 ist.

Dann hat Licht nicht nur eine Ruhemasse, die =0 ist, sondern auch eine bewegte Masse, die =0 ist. Dann kann Licht nicht kollidieren und dabei Materie bilden, denn diese Materie hätte ebenfalls die Masse m(O)=0.

Wenn unendlich ins Spiel kommt

Dieses Phänomen taucht auf, weil unendlich ins Spiel kommt. Wenn man durch 0 teilen muß, dann entsteht unendlich und man darf 0 nicht gegen 0 kürzen. Man kann auch mathematisch keinen Grenzübergang zur Lichtgeschwindigkeit durchführen, da die Lichtgeschwindigkeit in jedem Inertialsystem gleich ist, würde bei jedem Grenzübergang immer die Lichtgeschwindigkeit fehlen, um die Lichtgeschwindigkeit zu erreichen.

Deshalb muß man an dieser Stelle ganz anders vorgehen.

Die Masse des Objekts nach der Kollision kann beim Inertialsystemwechsel korrekt berechnet werden. Auch die Bahndaten der Lichtstrahlen können korrekt übersetzt werden. Aus den Bahndaten und der Masse des Objektes nach der Kollision kann die Masse der Lichtteilchen korrekt berechnet werden. Dabei kann man erkennen, daß sich die Masse der Lichtteilchen verändern muß, wenn die Lichtteilchen aus unterschiedlichen Inertialsystemen beobachtet werden.

Welche Veränderung gibt es? Die Frequenz des Lichts verändert sich. Also habe ich die Wellenlänge übersetzt und einen Übersetzungsparameter durch die Massen ausgedrückt. Dabei kam dann folgendes Ergebnis heraus:

Das Massenverhältnis 2-er Welle nach einem Zusammenstoß bei einem Inertialsystemwechsel.Es gibt zwar einen Zusammenhang zwischen der Wellenlänge des Lichts und der Masse, aber auch in diesem Fall gilt: Die Masse ist richtungsabhängig, denn nur in Bewegungsrichtung wird die Wellenlänge mit w0n multipliziert.

Strahlungsenergie

Es ist problematisch, anzunehmen, daß Licht eine Masse hat. Aber Licht hat Energie. Wenn man annimmt, daß E=m*c2 ist, dann kann man diese Masse umwandeln und bekommt die Strahlungsenergie.

Dies war nur eine hypothetische Berechnung über ein physikalisches Phänomen, was in der Realität vielleicht gar nicht existiert. Deshalb ist eine fehlerhafte Lösung keine Widerlegung einer relativistischen Eigenschaft.

Ich habe die Berechnung aber trotzdem durchgeführt, weil die Strahlungsenergie mit der Frequenz verknüpft wird. Schauen Sie bei Wikipedia nach. Dort findet sich die Formel für die Strahlungsenergie: E=h*f, wobei h das plancksche Wirkungsquantum ist und f die Frequenz des Lichts.

Die Frequenz ist die Anzahl der Schwingungen pro Zeit. Dann ist die Frequenz die Lichtgeschwindigkeit geteilt durch die Wellenlänge. Das ist nicht ganz exakt, sondern nur eine Näherungslösung, denn man muß noch den Aberrationswinkel beachten. Die Lichtwelle zeigt nicht exakt in die Richtung, in der sich das Licht bewegt. Wenn ich mich in x-Richtung bewege und das Licht kommt aus der y-Richtung und muß ein Fernglas durchdringen, dann muß das Fernglas leicht schräg gestellt werden, da das Licht für den Durchgang durch das Fernglas eine gewisse Zeit benötigt, während ich mich in x-Richtung bewege. Diese Winkelverstellung nennt sich Aberrationswinkel.

Dieses Phänomen wurde durch Sternenbeobachtungen bestätigt, denn die Erde umkreist die Sonne und je nachdem, in welche Richtung sich die Erde bewegt, müssen die Fernrohre verdreht werden.

Photonen im Schwerkraftfeld

In der allgemeinen Relativitätstheorie, wird die Zeit mit der Gravitation verknüpft. Je größer die Schwekraft, desto langsamer läuft die Uhr. Beim Photon hängt die Energie nur von der Frequenz ab. Die Frequenz eines Lichtsignals kann aber nicht verändert werden. Da die Zeit in einem höheren Gravitationsfeld langsamer verläuft, nimmt die Energie zu.

Das ganze kann ich mir natürlich auch auf der Kreisscheibe betrachten, wie ich das schon in meinem Blog-Artikel „Die Zeit der Atomuhr“ beschrieben habe:

Betrachten Sie sich die Kreisscheibe:

Die Geschwindigkeit einer Uhr auf einer rotierenden Kreisscheibe hängt davon ab, wie weit die Uhr von der Rotationsachse entfernt ist.

Wenn auf der Kreisscheibe auf jedem Kreis eine Uhr steht, dann kennzeichnen die Pfeile die Geschwindigkeiten der Uhren auf der Kreisscheibe. Während sich die Scheibe dreht, bleiben die Uhren relativ zueinander an der gleichen Stelle. Deshalb wird auf der Kreisscheibe die Geschwindigkeit 2-er Uhren direkt miteinander verglichen. Ohne relative Gleichzeitigkeit.

Dadurch gibt es einen direkten Zeitvergleich in dem Inertialsystem, in dem der Rotationskörper bis auf Rotation ruht.

Das gilt natürlich auch in jedem anderen Inertialsystem, aber dort pendeln die Geschwindigkeiten der Uhren zwischen 2 verschiedenen Werten.

Da die Uhren, die sich in einem Inertialsystem mit unterschiedlicher Geschwindigkeit bewegen auch unterschiedlich schnell gehen, gibt es einen interessanten Effekt. Je größer der Abstand zum Mittelpunkt, desto langsamer geht die Uhr.

Durch die Zentrifugalbeschleunigung meint man, einer Gravitation ausgesetzt zu sein. Aber das Photon ist dieser Gravitation nicht ausgesetzt. Die Energie des Photons ist dann keine Eigenschaft des Photons, sondern der Art und Weise, wie ich die Zeit messe.

Unterlichtgeschwindigkeit

Das Photon hat eine Energie und aus der Energie wird auch die Masse berechnet. In einem Gravitationsfeld paßt sich die Energie den veränderten Zeitbedingungen an. Auch die Masse des Photons nimmt zu, weil sie mit der Frequenz zusammenhängt. Bei Lichtgeschwindigkeit ist die Masse nicht unendlich. Müßte die Energie nicht kleiner werden, wenn sich die Lichtgeschwindigkeit verändert? Wenn es nach den Masse- und Energie-Formeln geht, dann müßte gelten:

Da die Lichtteilchen eine Ruhemasse =0 haben, muß auch jede bewegte Masse, so lange das Lichtteilchen langsamer als die Lichtgeschwindigkeit ist, ebenfalls =0 sein.

Da die Lichtteilchen eine Ruheenergie =0 haben, muß auch jede bewegte Energie, so lange das Lichtteilchen langsamer als die Lichtgeschwindigkeit ist, ebenfalls =0 sein.

Die Lichtgeschwindigkeit darf nie unterschritten werden, oder das Konzept funktioniert nicht.

Was ist, wenn Licht nicht durchs Vakuum geht? Im Wasser hat das Licht nur etwa 3/4 der Lichtgeschwindigkeit des Vakuums. Soll ich jetzt die Energie des Lichts auf 0 setzen?

Ich könnte natürlich den selben Trick wie bei der Gravitation verwenden. Ich nehme hypothetisch an, daß sich das Licht im Wasser ebenfalls mit der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum bewegt. Dazu muß das Licht schneller werden, also muß ich die Zeit verlangsamen.

Ist das sinnvoll?

Egal, durch welche Materie das Licht geht, ich muß immer ein neues Gleichzeitigkeitssystem aufbauen.

Auch die Naturgesetze müßten sich dieser Situation anpassen. Wenn das Licht durchs Wasser geht, muß die Masse eines Objekts unendlich werden, wenn das Objekt die Lichtgeschwindigkeit des Wassers erreicht. Also bei 3/4 der Lichtgeschwindigkeit des Vakuums.

Wenn das Licht durchs Vakuum geht, dann wird die Masse erst dann unendlich, wenn das Objekt die Lichtgeschwindigkeit des Vakuums erreicht.

Es gibt also ein Problem. Entweder man muß die Masse- und Energiegesetze des Lichts oder der Materie aufgeben. Beide können nicht gleichzeitig funktionieren.

Die Masse- und Energiegesetze des Lichts wurden im unendlichen der Materie definiert. Es kann immer nur ein unendlich geben.

Materie und Licht passen in ihren physikalischen Eigenschaften nicht zusammen. Deshalb darf man die Physik der Materie nicht am Licht orientieren. Wie wenig das funktioniert, habe ich schon in einigen Artikeln gezeigt.

Herzliche Grüße von Bernhard Deutsch

2 Comments - Leave a comment
  1. this post is quoted by Können Lichtteilchen zusammenstoßen? | INFOZENTRALE sagt:

    […] Blog Paradox Be Sociable, Share! Tweet […]

  2. this post is quoted by Paradoxien im Unendlichen | INFOZENTRALE sagt:

    […] Blogartikel „Können Lichtteilchen zusammenstoßen?“ habe ich erwähnt, daß die Eigenschaften des Lichts im unendlichen definiert wurden. […]

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Erkrankung und Entartung durch Feinkost
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Sokrates ist nicht Sokrates

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Folgende Bücher habe ich gelesen:
Wie wirklich ist die Wirklichkeit?
Anleitung zum Unglücklichsein
Menschliche Kommunikation
Lösungen

Ich habe verschiedene Bücher von Vera F. Birkenbihl gelesen. Allerdings kann ich mich nicht mehr an viele Titel erinnern. Ein Buch ist bei der Recherche der Rezensionen nicht durchgefallen:
Kommunikationstraining


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