Gibt es experimentelle Beweise dafür, dass masselose Teilchen wie Photonen massive Objekte anziehen?

Zum Beispiel Beweise dafür, dass ein hochenergetischer Laserstrahl Objekte in der Nähe anzieht?

Im Rahmen von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie krümmt jede Energie die Raumzeit und übt daher eine Anziehungskraft aus, aber meine Frage ist, ob es eine experimentell bestätigte Tatsache ist, dass Energie, die nicht aus Masse stammt (wie Photonen), tatsächlich massive Objekte anzieht?

Wenn Sie bereit sind, eine Version von Newtons 3. Gesetz als Axiom zu akzeptieren, nehme ich an, dass Gravitationslinsen ein ausreichender Beweis sind, aber die Art und Weise, wie die Frage gestellt wird, lässt zumindest die Möglichkeit zu, dass das Poster nicht bereit ist, dies einfach festzulegen.
Starke Laserstrahlen neigen dazu, Objekte in der Nähe (insbesondere Staub) anzuziehen. Aber das hat nichts mit der Schwerkraft zu tun. Die elektrische Feldstärke im Strahl ist hoch genug, um in der Nähe befindlichen Staub und seine elektrische Anziehungskraft zu polarisieren. Aus diesem Grund denke ich, dass es schwierig wäre, die gekrümmte Raumzeit mit einem Laser zu messen - Sie müssten irgendwie die elektrische Wechselwirkung aus dem Bild entfernen, und dies ist einfach nicht möglich.
Um diesen Effekt zu beseitigen, könnten Sie nicht die Anziehung von Neutronen durch den Laserstrahl im Weltraum testen?
@ user44558 Ich bin mir nicht sicher - das liegt weit außerhalb meines Fachwissens, aber Sie würden eine so hohe Strahlkraft benötigen, dass selbst das Vakuum polarisieren würde. Und Neutronen sind wahrscheinlich nicht so gut - sie zerfallen schnell (naja, das hängt vom Maßstab ab, aber etwas weniger als 15 Minuten sind nicht so viel) und Sie erhalten Protonen und Elektronen, die offensichtlich geladen sind. Der Vollständigkeit halber - Sie erhalten auch Antineutrinos und in einigen Fällen auch Gammastrahlen vom Zerfall, aber diese sind in unserem Fall nicht so wichtig.

Antworten (3)

Soweit ich weiß, gibt es keinen experimentellen Beweis dafür, dass Licht die Raumzeit krümmt. Wir wissen, dass es ausreichen muss, wenn GR korrekt ist, und alle Experimente, die wir durchgeführt haben, haben (bisher) die Vorhersagen von GR bestätigt , sodass es sehr wahrscheinlich ist, dass Licht tatsächlich die Raumzeit krümmt.

Das Problem ist, dass die Raumzeit äußerst schwer um einen signifikanten Betrag zu krümmen ist. Das Krümmen ist kein Problem, wenn Sie einen astronomischen Körper zur Hand haben, aber das Messen der Krümmung aufgrund von Massen im Labormaßstab erfordert sehr feine Messungen. Wenn man bedenkt, dass Masse eine sehr konzentrierte Form von Energie ist (um einen Faktor von c 2 ) ist es schwer vorstellbar, wie wir jemals eine Lichtquelle bekommen könnten, die intensiv genug ist, um eine messbare Krümmung zu erzeugen. Es könnte eine indirekte Messung möglich sein, aber keine fällt mir sofort ein.

Eine Möglichkeit, darüber nachzudenken, ist, dass Sie so viel Lichtenergie benötigen würden wie in der Ruhemasse eines astronomischen Körpers. Daher ist das einzige Experiment, das mir einfällt, das funktionieren könnte, einen kleinen Planeten auf einen kleinen Antiplaneten zu werfen.

Ja, fast die gesamte Masse-Energie gewöhnlicher Materie ist auf das gluonische Feld zurückzuführen. Gluonen sind Eichbosonen ohne Masse (wie Photonen). Ohne Gluonen hätten die Quarks, aus denen Protonen und Neutronen bestehen, weniger als 2 % ihrer üblichen Masse. Da die gemessene Gravitationswechselwirkung von Materie die von Gluonen bereitgestellte Masse umfasst und nicht nur die von Quarks bereitgestellte Masse, können wir sicher sein, dass die Gravitationswechselwirkung aufgrund von Masse-Energie nicht zwischen grundsätzlich masselosen und massiven Teilchen unterscheidet.

Wenn Sie auf Photonen zurückkommen wollen, gibt es auch eine Masse, die durch die elektromagnetische Wechselwirkung induziert wird. Es macht Protonen etwas schwerer als man im Vergleich zu Neutronen erwarten würde. Auch hier gibt es alle Beweise dafür, dass die Gravitationswechselwirkung nicht zwischen Masse unterscheidet, die durch Elektromagnetismus oder eine andere Quelle induziert wird.

Natürlich ist ein Strahl freier Photonen etwas anders und erfordert eine ausgefeiltere Berechnung in der Relativitätstheorie. Seine sehr kleine gravitative Wechselwirkung ist mit der derzeitigen Technologie unmöglich zu messen.

"Wir können sicher sein, dass die Gravitationswechselwirkung aufgrund von Masse-Energie nicht zwischen grundsätzlich masselosen und massiven Teilchen unterscheidet": Das Brechen der chiralen Symmetrie verleiht Nukleonen Masse, selbst wenn Gluonen masselos sind, daher bin ich mir nicht sicher, ob dies beweist masselose Energiekurven Freizeit
Die chirale Symmetrie wird durch die gluonische Feldkonfiguration des Vakuums gebrochen, was als Nebeneffekt chirale Quark-Kondensate erzeugt. In Abwesenheit von Gluonen würde die chirale Symmetrie nicht gebrochen, während sie es in Abwesenheit von Seequarks immer noch ist. Man könnte Klebekugeln als direkteres Beispiel verwenden, außer dass es unpraktisch wäre, genügend Klebekugeln anzusammeln, um ihre Gravitationswirkung zu messen.

Die Beziehung zwischen Masse und Krümmung der Raumzeit ist gut motiviert, aber nicht die Folge einer grundlegenden Tatsache in GR.

Es gibt viele Experimente, die die Krümmung der Raumzeit durch Massen bestätigen, wie Gravitationslinsen, die richtige Vorhersage des Perihels von Quecksilber, Rotverschiebung in einem Gravitationsfeld ...

E = m c 2 ist eine der berühmtesten Gleichungen der Physik, aber auch die am häufigsten aus dem Zusammenhang gerissene. Die vollständige Gleichung lautet

E 2 = p → 2 c 2 + m 2 c 4

Dies impliziert, dass Masse tatsächlich nur eine Form von Energie ist und umgekehrt, dass es keine grundlegende Unterscheidung (in GR) zwischen Objekten mit Energie aus Ruhemasse oder Energie aus Impuls gibt. Dies ist daran zu erkennen, dass Photonen mit ihrer Ruhemasse mit dem Gravitationsfeld interagieren (siehe Gravitationslinseneffekt). m = 0 .

Es gibt tatsächlich experimentelle Beweise für die Krümmung der Raumzeit durch massive Körper, aber gibt es experimentelle Beweise für die Krümmung der Raumzeit durch masselose Körper wie Photonen? Wie impliziert auch die Tatsache, dass Photonen in gekrümmter Raumzeit geraden Linien folgen (dh Gravitationslinsen), dass sie die Raumzeit selbst krümmen?
Es bedeutet nicht, dass Photonen selbst die Raumzeit krümmen, ich weiß nicht, ob es direkte Experimente gibt, die zeigen, dass Photonen die Raumzeit krümmen, ich weiß nur, dass es in einem kosmologischen Modell implementiert ist
@agemO Es gibt die Äquivalenz . Wenn wir Gravitationslinsen sehen, ist die Krümmung eine Synergie der Photonen, die das Feld anziehen, und des Felds, das die Photonen anzieht. In diesem Sinne könnte man fragen, ob es ein Experiment gibt, das zeigt, dass der fallende Apfel die Erde als ~m1*m2/r**2 anzieht
Ich bin mir nicht sicher, was Sie meinen, in GR folgt alles geodätisch, unabhängig von seiner Masse oder Energie. Wenn in Ihrem Beispiel m2 Null ist, gibt es keine Anziehungskraft. Aber tatsächlich kann es schwierig sein, experimentell zu sehen, wie ein Photon einen Stern anzieht
Vielleicht möchten Sie sagen, dass die Tatsache, dass Photonen geodätisch folgen, theoretisch impliziert, dass sie die Raumzeit krümmen müssen? Dass wir nicht sagen können "sagen wir, Energietensor enthält nur Massenenergie", ohne GR inkonsistent zu machen?
@agemO Ich habe eine Analogie mit dem Apfel gegeben, der das Gleichgewicht erzwingt, aber wir sagen nicht: Der Apfel zieht die Erde an. Auf die gleiche Weise biegt das Photon den Stern genauso stark wie der Stern das Photon, außer dass es leicht ist, das Photon wahrzunehmen und unmöglich, die Spur des Sterns zu messen
Ok ich war mir nicht sicher das ich es verstanden habe. Jetzt frage ich mich, was passieren würde, wenn wir sagen: "nur eine Form von Energiekurve Raumzeit", wissen Sie, ob das zu einigen theoretischen Inkonsistenzen führen würde?
Gibt es experimentelle Beweise dafür, dass masselose Teilchen wie Photonen massive Objekte anziehen?
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