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THEMA: Elektronenzahl und Photonenzahl

Elektronenzahl und Photonenzahl 14 Okt 2018 21:28 #43562

Ich habe gerade eine Unterrichtsstunde von Prof Susskind (Cosmology Lecture 7) gesehen.

Die heutige Anzahl der Photonen (der Hintergrundstrahlung) wurde angegeben mit 1e8 mal der Anzahl der Protonen bzw Elektronen Nγ = 1e8 Np = 1e8 Ne.

Die Entstehung der Elektronen ergibt sich aus der Kollision von entsprechend energiereichen Photonen. Bei einer bestimmten Temperatur stellt sich dabei ein Gleichgewicht aus Entstehung von Elektronen und Zerstrahlung von Elektronen ein, daran sind immer ein Elektron e- und ein Positron e+ sowie zwei Photonen γ beteiligt. Sinkt die Temperatur, können zwar die Elektronen-Positronen zerstrahlen aber nicht mehr durch die zu energiearmen Photonen gebildet werden. Als Resultat bleibt die Menge der heute festellbaren Elektronen übrig, (wodurch die Asymmetrie mit den Positronen entstanden ist, spielt für meine Frage keine Rolle):

1) Prof Susskind sagte, dass die Anzahl der Elektronen und Positronen (fast) gleich war und auch die Anzahl der Photonen die gleiche Größe hatte
Nγ = Ne- = Ne+.

Ich meine aber, dass es doch wohl (mindestens) doppelt soviele Photonen gewesen sein müssen, da ja am Prozess immer doppelt soviele Photonen wie Elektronen bzw Positronen beteiligt sind (und immer ein Teil der Photonen zu geringe Energie aufweist). Nun gut, Prof Susskind orientiert sich letztlich an der Größenordnung und kümmert sich wohl nicht um einen lumpigen Faktor 2 ...

2) Nach seiner Rechnung egibt sich aus dem heutigen Verhältnis Ny/Ne = 1e8, dass die Asymmetrie Materie/Antimaterie somit diesem Quotienten entspricht, denn die Differenz existiert heue noch, während die gleichzahligen Elektronen und Positronen in der Folgezeit wieder zerstrahlt sind.
\(Ne^--Ne^+ = Ne\) und \(\frac{Ne^-+Ne^+}{Ne^--Ne^+}≈Nγ/Ne\)

Allerdings meine ich, es würden ja beim Zerstrahlen der Paare wieder Photonen entstehen, so dass sich die Anzahl der Photonen hierbei fast verdoppeln würde, womit sich die Photonenzahl im Zeitraum des Gleichgewichts gegenüber heute halbieren müßte....dann ändert sich das Ergebnis insgesamt um den Faktor 4.

3) Ich meine weiterhin:
Die Asymmetrie von 1e8 (oder 2,5e7) kann aber wohl nicht als Anteil der Paarbildung angesehen werden, denn jede Asymmetrie wird sich manifestieren und nicht an der Zerstrahlung teilnehmen können. Daher ist bei einer längeren Zeitspanne von Paarbildung und Zerstrahlung davon auszugehen, dass sich die Asymmetrie akkumuliert.
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Elektronenzahl und Photonenzahl 15 Okt 2018 11:49 #43575

Hi, Rainer
Bei dir mache ich doch glatt ne' Ausnahme. Habe mich ja gerade selbst mit dem Urknall befasst.

...Sinkt die Temperatur, können zwar die Elektronen-Positronen zerstrahlen aber nicht mehr....


Temperatur, Temperatur, Temperatur ?
Dir ist schon bewusst, das Temperatur Photonen sind?

Und Temperatur sinkt? Ich hoffe den warmen Dingern wird nicht kalt.
Wenn die Frequenz sinkt wird es kälter, das wäre aber auch mit Energieverlust gleichzusetzen.
Ich hoffe die Gamma Quanten verlieren nicht an Energie, oder ?

Und wenn ich deinen Faktor 4 sehe, dann verwirrt mich das.
Ich denke, dass sich zwei Gamma-Photonen zu einem Elektronen-Paar vereinen.
Warum sollten sich im umgekehrten Fall die Photonen verdoppeln?

Nicht extra gekennzeichnete Beiträge sind meine eigene Meinung. Sie können dennoch diskutiert und kritisiert werden.
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Elektronenzahl und Photonenzahl 15 Okt 2018 13:02 #43579

ComputerPeter schrieb: Hi, Rainer
Bei dir mache ich doch glatt ne' Ausnahme. Habe mich ja gerade selbst mit dem Urknall befasst.

das ist nett von Dir

ComputerPeter schrieb: Hi, Rainer

...Sinkt die Temperatur, können zwar die Elektronen-Positronen zerstrahlen aber nicht mehr....


Temperatur, Temperatur, Temperatur ?
Dir ist schon bewusst, das Temperatur Photonen sind?

Und Temperatur sinkt? Ich hoffe den warmen Dingern wird nicht kalt.
Wenn die Frequenz sinkt wird es kälter, das wäre aber auch mit Energieverlust gleichzusetzen.
Ich hoffe die Gamma Quanten verlieren nicht an Energie, oder ?

Sie verlieren die höchste Energie durch Streuung (thermisches Gleichgewicht)
Die Temperatur (Frequenz) der Photonen sinkt auch durch Ausdehnung (Inflation) des Kosmos T ~ f ~ 1/a (a = Skalenfaktor)

Die (kindetische) Energie der Photonen sinkt durch die Expansion laufend, sie gewinnen aber (wohl) an potentieller Energie durch die Ausdehnung., vergleichbar mit einem Lichtstrahl, der beim Austritt aus einem Potentialtopf rotverschoben wird.

ComputerPeter schrieb: Und wenn ich deinen Faktor 4 sehe, dann verwirrt mich das.
Ich denke, dass sich zwei Gamma-Photonen zu einem Elektronen-Paar vereinen.
Warum sollten sich im umgekehrten Fall die Photonen verdoppeln?

Susskind trug vor, dass Nγ = Ne- = Ne+ es muss aber wohl lauten Nγ = Ne- + Ne+ also Nγ = 2Ne- = 2Ne+
Es verdoppelt sich nichts, sondern es müssen doppelt soviele sein wie Susskind vortrug und bei der Annihilation der Antimaterie muss sich die Anzahl am Ende nochmals verdoppeln.

Zur Asymmetrie (Antimaterie):
Wie sich aus dem Folgevortrag (lecture 8) ergibt, stammt die Asymmetrie aus einem Protonenzerfall, der offensichtlich bei den Antiprotonen leichter erfolgt als bei Protonen. Was dies aber nun für die Anzahl der Photonen bzw das Verhältnis Np/Nγ = Ne/Nγ bedeutet, ist mir gar nicht mehr klar.
Worauf die Symmetriebrechung (CP-violation) beruht, weiß man zwar nicht, sie wurde aber bei Kaonen und vor allem bei B-Mesonen etc bereits festgestellt.
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Elektronenzahl und Photonenzahl 15 Okt 2018 14:26 #43581

Hi, Rainer
Wegen der Hintergrundstrahlung dachte ich an das Urknall-Szenario. Und daher gehe ich davon aus, das die Frequenz im relativen Nahfeld noch nicht so stark von der „Abkühlung“ betroffen waren, denn die 30-75 EHz der Hintergrundstrahlung ist ja bereits schon am weitesten vom Urknall entfernt und ich habe da noch nichts besonderes von einer Spektrum -Verschiebung gehört, die ausreichen würde die Paarbildung zu verhindern.

Und das mit dem Faktor 4, das mag wohl korrekt erscheinen, wenn man die Worte des Professor für einen „Versprecher“ hält. Ich kann es nicht sagen, ob dem so ist. Denn ich bin als Engländer geboren und in Deutschland aufgewachsen und habe daher ernormen Probleme mit „alien english“ und erst recht habe ich mit der amerikanischen Physik-Terminologie Probleme. Ich kann nicht so schnell verstehen, wie mir „stack overflow“ gemeldet wird.

Nicht extra gekennzeichnete Beiträge sind meine eigene Meinung. Sie können dennoch diskutiert und kritisiert werden.
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Elektronenzahl und Photonenzahl 15 Okt 2018 18:38 #43585

ComputerPeter schrieb: Dir ist schon bewusst, das Temperatur Photonen sind?

Und Temperatur sinkt? Ich hoffe den warmen Dingern wird nicht kalt.
Wenn die Frequenz sinkt wird es kälter, das wäre aber auch mit Energieverlust gleichzusetzen.
Ich hoffe die Gamma Quanten verlieren nicht an Energie, oder ?


Von Temperatur kann man sprechen, wenn ein thermodynamisches Gleichgewicht vorliegt. Dies ist bei den Photonen der Hintergrundstrahlung genau so der Fall wie bei den Gasmolekülen in einem Raum. Temperatur = Photonen ist falsch.

Photonen verlieren Energie, wenn sie durch das sich ausbreitende Universum fliegen. Daher ist ja heute die Hintergrundstrahlung so kalt geworden.

Nicht extra gekennzeichnete Beiträge sind normale private Beiträge. Sie sollten genauso diskutiert und kritisiert werden wie alle anderen Beiträge auch.
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Elektronenzahl und Photonenzahl 15 Okt 2018 23:56 #43599

ClausS schrieb: Von Temperatur kann man sprechen, wenn ein thermodynamisches Gleichgewicht vorliegt.

Im Prinzip JA, aber wenn die Temperatur der Photonen von der Temperatur der Elektronen abweicht, spricht man von decoupling

wiki.en: In cosmology, decoupling refers to a period in the development of the universe when different types of particles fall out of thermal equilibrium with each other.

Dies ist aber der Zeitpunkt der Bildung von Atomen und Ausbildung der Mikrowellen Hintergrundstrahlung.

ComputerPeter schrieb: im relativen Nahfeld noch nicht so stark von der „Abkühlung“ betroffen waren, denn die 30-75 EHz der Hintergrundstrahlung ist ja bereits schon am weitesten vom Urknall entfernt und ich habe da noch nichts besonderes von einer Spektrum -Verschiebung gehört, die ausreichen würde die Paarbildung zu verhindern. .

Es ist richtig, dass das fragliche Szenario lange vor der Hintergrundstrahlung stattfand. Aber für den Zerfall der Protonen sind enorm hohe Temperaturen nötig. "noch nicht" ist ein großes Wort, denn irgendwann ist es so weit (Stopp des Antiprotonenzerfalls bis zum Stopp des Protonenzerfalls) und dann geht es sehr schnell. Der fragliche Prozentsatz der Asymmetrie ist ja auch nicht sehr groß. Auf die (viel länger andauernde) Paarbildung kommt es nicht an, denn die Paare annihilieren nachher sowieso wieder. Die bereits vorher entstandene Asymmetrie bleibt dabei erhalten. Die Paare annihilieren, der Überschuss bleibt übrig.

ComputerPeter schrieb: Und das mit dem Faktor 4, das mag wohl korrekt erscheinen, wenn man die Worte des Professor für einen „Versprecher“ hält. Ich kann es nicht sagen, ob dem so ist. Denn ich bin als Engländer geboren und in Deutschland aufgewachsen und habe daher ernormen Probleme mit „alien english“ und erst recht habe ich mit der amerikanischen Physik-Terminologie Probleme. Ich kann nicht so schnell verstehen, wie mir „stack overflow“ gemeldet wird

Er kümmert sich nicht so sehr um einfache kleine Zahlen, es geht ihm mehr ums große Ganze, ein Versprecher war es jedenfalls nicht, auch wenn er oft und viel verwechselt...aber mag schon sein, dass er nur die Größenordnung ausdrücken wollte.
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Elektronenzahl und Photonenzahl 16 Okt 2018 09:17 #43607

Hi, Rainer
Also endschuldige, wenn ich immer den Absprung verpasse, wo man in der Physik auf allgemeine Feldsicht umschalten muss und damit die Terminologie manchmal etwas missachtet. Also wann man von der Temperatur und wann von Strahlung spricht. So wird einerseits Hintergrund-Strahlung in Temperatur angegeben und Gamma-Strahlung als Energie-Menge und andererseits von kalt und warm gesprochen, also von Temperatur gesprochen. Ich denke hoffentlich nicht Falsches, wenn ich bezweifle, dass die höchste Energie durch Streuung verloren geht, sondern durch die Dehnung des Raums, also als Feld gesehen, sich die Felddichte verdünnt, je weiter wir nach außen kommen, was ich gut als kälter oder wärmer verstehen kann oder als allgemeine Thermik verstehe. Aber bei dem Wort „Dynamik“ sehe ich unweigerlich Dinge, die Wechselwirkungs-Quanten austauschend im Raum herumirren. In solche einem chaotischen Szenario sehe ich dann auch Gamma-Quanten kollidieren, was die besagte Paarbildung zur Folge hat. Und daher habe ich bei Energie-Verlust, als Temperatur angegeben, an Wirkungs-Quanten gedacht aber von Photonen gesprochen. Aber wie ich nun sehe, gehst auch du von dem Verlust durch expandierenden Raum aus.

Gehen wir also nun davon aus, dass die Dehnung des Raums auch den Wirkungs-Radius eines Gamma-Quants vergrößert, dann sollte die Frequenz sinken, denn der Radius bzw. Lambda wird größer. Man kann das mathematisch beschreiben, also kann man die Dehnung auch mathematisch rückwärts beschreiben bzw. das Quant wieder komprimieren. Ich denke die Raummenge ist eigentlich dieselbe (achte darauf, nicht das Gleiche), woraus ich schließe, dass die Raumdichte dann eher wie Feldstärke zu verstehen wäre. Ich kann aber noch eine andere mögliche Überlegung anbieten, da ja bei der Paarbildung Materie entsteht, ist auch ein Spin im Spiel. Und jene Rotation mit einer gewissen Geschwindigkeit von der Wellenlänge abhängt.

Solche Gamma-Quanten kam man auch auf der Erde erzeugen, jedoch muss der Raum relativer geringer Dichte bzw. der „kalte“ Raum, gewaltig komprimiert werden um die Paarbildung zu forcieren. Ich denke daher die Frequenz bestimmt die konkrete Raumdichte, bei einem bestimmten Raum-Volumen, sprich die Energiemenge. So könnte für eine Paarbildung nicht unbedingt die Energiemenge verantwortlich sein, sondern der Radius, welcher die Spin-Geschwindigkeit des Elektrons oder Positrons bestimmt. Auch links- und rechts- drehende Eigenschaften wären dann vielleicht auch relevant.

Das mit der Thermik bzw. der Entkopplung, habe ich bereits verstanden. Und dass die Energie durch die Ausdehnung, der allgemeinen Expansion des Raums „verloren“ geht, das verstehe ich eigentlich auch. Wenn aber die eigentliche Menge der Raumsubstanz immer dieselbe Menge ist, wie eine dichtere Menge mit geringeren räumlichen Volumen, dann liegt der Unterschied ausschließlich im Radius und damit bestimmt eine Zeitspanne den stabilen Zustand eines Elektrons oder Positrons.

Im Bezug auf den Radius und in einem heißeren Zustand des Raums, wären vielleicht ganz andere Prozesse verständlich, nur denke ich eher an links- und rechts- drehende Eigenschaften, sowie die relative Nähe von unbekannten Teichen und deren Beeinflussung, wobei dann die rechte oder linke Sphäre des Urknall-Szenario bevorzugt werden und heute einfach noch da sind, nur es ist zu weit weg, um solche Überlegungen akademisch korrekt zu überprüfen. Ich denke in solche ein Fall wäre Asymmetrie dann kein Thema mehr.

Nun Ja, damit stehen alle deine Fragen noch offen.
Daher mag sie noch irgend jemand beantworten.
denn ich kann nicht erkenne, wo eine Verdopplung herkommt.

Nicht extra gekennzeichnete Beiträge sind meine eigene Meinung. Sie können dennoch diskutiert und kritisiert werden.
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Elektronenzahl und Photonenzahl 22 Okt 2018 12:39 #43808

Hi, Rainer Ich denke es wird dich freuen.
Ich hatte heute Morgen das Programm eines der Großrechner korrigiert.
Dabei ist mir die Feldstärke ins Gesicht gesprungen und hat mich angeschrien:
"Hallo, die Feldstärke ist die Amplitude der gemessenen Sinuskurve".
Alle Verständigungsprobleme beruhen darauf, das meine "Raum-Menge" und deine "Feld-Menge bzw Feldstärke" das Selbe ist, also nicht das Gleiche. Gleiches kann zusätzliche Eigenschaften haben, das Selbe aber besagt: "es ist identisch".

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Elektronenzahl und Photonenzahl 22 Okt 2018 13:17 #43811

ComputerPeter schrieb: ...jedoch muss der Raum relativer geringer Dichte bzw. der „kalte“ Raum, gewaltig komprimiert werden um die Paarbildung zu forcieren. Ich denke daher die Frequenz bestimmt die konkrete Raumdichte, bei einem bestimmten Raum-Volumen, sprich die Energiemenge.

Ah, ich sehe, Du näherst Dich meiner Theorie an. Sehr gut. Vergiss nur nicht, dass das meine Theorie ist. Du kommst leider etwas zu spät. Die feste Kopplung des EM-Vektorfeldes an diskrete, komprimierbare Raumelemente hab ich schon längst vorgenommen.

Nachvollziehbare Mathematik ist notwendige Grundlage zur Beurteilung von physikalischen Modellen.
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Elektronenzahl und Photonenzahl 22 Okt 2018 13:53 #43812

Hi,Michael
Nun ja, lieber späte Einsicht, als auf deine und Rainers Nachsicht zu hoffen. Doch "komprimierbare Raumelemente" sehe ich da nicht, sondern ich verstehe es eher als eine räumliche Krümmung in das Einsteinsche Standardmodell der Vorstellungen von Zeit ;) .

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Elektronenzahl und Photonenzahl 22 Okt 2018 14:07 #43813

Na gut, ich werde Dich im Auge behalten. ;) Übrigens, meine Raumelemente sind auch krümmbar. Es sind diskrete Tensoren.

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Elektronenzahl und Photonenzahl 22 Okt 2018 19:02 #43821

Moderatoren Hinweis

Auch in diesem Thread werden Alternative Weltbilder diskutiert. Der Thread wird geschlossen.

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