Warum ist die De-Broglie-Wellenlänge massiver Teilchen in einem expandierenden Universum nicht rotverschoben?

Es ist ziemlich einfach, wie Licht in einem expandierenden Universum rotverschoben wird, aber ich kann immer noch nicht verstehen, warum die De'Broglie-Wellenlänge eines massiven Teilchens in einem expandierenden Universum nicht rotverschoben ist. Es gibt keine richtige Vorstellung von konservierter Massenenergie im expandierenden Universum (ohne Berücksichtigung der Gravitationsenergie). Alles, was nicht mit Handwinken zu tun hat, wäre großartig (ich habe keine Angst, mir beim Rechnen die Hände schmutzig zu machen). Danke!!

Antworten (3)

Die de Broglie-Wellenlänge eines massiven Teilchens ist in einem expandierenden Universum rotverschoben.

Die De-Broglie-Wellenlänge ist gegeben durch:

λ = h p

eine Rotverschiebung der De-Broglie-Wellenlänge bedeutet also einfach, dass der Impuls abnimmt, was für ein massives Teilchen bedeutet, dass seine Geschwindigkeit relativ zu uns abnimmt.

Und genau das sehen wir. Angenommen, jemand in einer fernen Galaxie schießt ein Teilchen mit einer Anfangsgeschwindigkeit (relativ zu uns) von auf uns zu v . Wenn das Teilchen den Raum zu uns durchquert, dehnt sich der Raum unter seinen Füßen aus, sodass das Teilchen langsamer wird. Wir würden sehen, wie sich das Teilchen verlangsamt und in Abwesenheit von dunkler Energie schließlich zum Stillstand kommt – in Gegenwart von dunkler Energie kann das Teilchen die Richtung umkehren und dann von uns weg beschleunigen.

Das Ergebnis ist, dass wir beobachten, dass die De-Broglie-Wellenlänge des Teilchens zunimmt, wenn sich das Universum ausdehnt.

@John_Rennie Danke. Genau das hatte ich intuitiv gedacht, war aber auf keine Erwähnung gestoßen. Danke noch einmal!
Wenn man etwas genauer hinschaut, sollte diese Rotverschiebung nicht für jeden anfänglichen Teilchenimpuls gelten (in einem nicht gebundenen System). Würden sich dann von diesem Standpunkt aus die Nullpunktfluktuationen eines massiven Teilchens, die sich als Impulsfluktuationen manifestieren, nicht notwendigerweise auch rotverschieben? Das war eigentlich das, was ich untersucht hatte. Danke noch einmal!
@R.Rankin ein freies Teilchen hat keine Nullzustandsenergie. In jedem Fall verursacht die Nullpunktsenergie keine Schwankungen. Die Fluktuation ist im Messvorgang nicht der Quantenzustand. Mehr dazu finden Sie hier .

Der Unterschied zwischen masselosen und massiven Teilchen im expandierenden Universum liegt in ihrer Energiedichte. Da die Energie schwerer Teilchen fast ausschließlich aus ihrer Masse stammt, verhält sich die Energiedichte wie 1 r 3 , während die Energie des masselosen aus seiner Wellenlänge stammt, die sich ändert, wenn sich das Universum ausdehnt, also die Energiedichte dieser Teilchen ist ∝ 1 r 4 .

Das stimmt, beantwortet aber nicht die Frage.

Diese Antwort (die Antwort mit den meisten positiven Stimmen) ist falsch. Die Rotverschiebung hängt NICHT mit dem abnehmenden Impuls des Teilchens zusammen. Diese Hypothese (bekannt als „müde Teilchen“-Hypothese) wurde experimentell zugunsten der Doppler-Hypothese widerlegt.

Wenn es wahr wäre, dass die Rotverschiebung das Ergebnis eines Teilchenimpulsverlusts war, würde dies unelastische Kollisionen zwischen dem Teilchen und dem interstellaren Medium implizieren. Diese Kollisionen würden zusätzlich zu einer Verlangsamung des Partikels auch einen „Schmiereffekt“ erzeugen. Eine solche Verschmierung wurde noch nie gefunden. Dies ist die Grundlage für meine Antwort.

Die einzige Erklärung für die Rotverschiebung ist der bekannte Doppler-Effekt - angewendet auf das expandierende Universum (nicht auf das Teilchen selbst).

Referenz - Michael Berry - Prinzipien der Kosmologie und Gravitation, Seite 21 (Kapitel 2, Abschnitt 3 - 2.3) Wenn Sie denken, dass diese Antwort falsch ist, seien Sie darauf vorbereitet, eine Referenz zu zitieren, um Ihre Behauptung zu untermauern. Ich habe oben eine Referenz aufgeführt - aber JEDES moderne Lehrbuch der Kosmologie wird meine Behauptung stützen.

Die Antwort, auf die Sie sich beziehen, ist richtig. Der Impuls massereicher Teilchen (z. B. Neutrinos aus dem Urknall) ist im heutigen Universum viel geringer. Es sind keine Kollisionen erforderlich, genauso wie Photonen vom CMB mit nichts interagiert haben, aber jetzt Mikrowellenenergien haben. Der Doppler-Effekt ist nicht für die kosmologische Rotverschiebung verantwortlich – dies ist ein weit verbreiteter Irrglaube, der eine Reihe von Schwierigkeiten verursacht.
Ich denke du bist derjenige mit dem Denkfehler. Der Dopplereffekt ist die Ursache der Rotverschiebung. Schlagen Sie irgendein modernes Lehrbuch nach - oder auch nicht. Wenn Sie eine Referenz zur Untermauerung Ihrer Behauptung haben, zitieren Sie diese bitte. Hier ist meine Referenz – Michael Berry – Prinzipien der Kosmologie und Gravitation, Seite 21 (Kapitel 2, Abschnitt 3 – 2.3)
Keine der anderen Theorien hat eine experimentelle Bestätigung. Es wird kein Verschmieren beobachtet – was beobachtet werden würde, wenn irgendeine Art von Impulsänderung stattfindet und die Verschiebung verursacht. Bisher wurde kein solches Verschmieren festgestellt. Wenn Sie eine Gegentheorie zitieren können, zitieren Sie bitte auch jede experimentelle Bestätigung davon.
Sie haben Recht, dass die Rotverschiebung als Doppler-Verschiebung verstanden werden kann, aber aus ähnlichen Gründen nimmt auch die besondere Geschwindigkeit nichtrelativistischer Teilchen mit der Zeit ab. Es passiert sogar in einem Newtonschen Universum ohne Schwerkraft und einer sich gleichmäßig ausdehnenden Teilchenkugel. Ein Teilchen mit einer großen Eigengeschwindigkeit kommt den Hubble-Teilchen mit den ähnlichsten Geschwindigkeiten am nächsten, und relativ zu ihnen ist seine Eigengeschwindigkeit klein.
Warum ist die De-Broglie-Wellenlänge massiver Teilchen in einem expandierenden Universum nicht rotverschoben?
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