Verständnisfrage zu elektromagnetischer Strahlung

[Chrischan]

kurzwelligeres Licht reist daher zwischen den Sternen ein kleinwenig schneller als langwelligeres

Aha, dann erscheinen SN's wohl zuerst blau und haben ein rotes Nachleuchten...

Und die Variabilität von Quasaren ist ebenfalls frequenzabhängig...



Ich habe von solchen Beobachtungen zwar noch nichts gehört, aber das muss ja nichts heißen...

Oder ist das "kleinwenig" eher rhetorisch denn praktisch gemeint gewesen?

 

[Orbit]

Klaus

kurzwelligeres Licht reist daher zwischen den Sternen ein kleinwenig schneller als langwelligeres.

Ist es nicht umgekehrt?
http://de.wikipedia.org/wiki/Dispersion_(elektromagnetische_Wellen)
Orbit

 

[Chrischan]

Ist es nicht umgekehrt?
http://de.wikipedia.org/wiki/Dispersion_(elektromagnetische_Wellen))

Unter der (wohl korrekten) Annahme einer normalen Dispersion ist langwelliges Licht (Rot) schneller als kurzwelliges (Blau).

Ich halte dies aber eher für rhetorisch, da die Brechzahl n für das interstellare oder auch intergalaktische Medium sehr nah an 1 liegen muß. Die Dispersion sollte demnach auch annähernd 0 sein. Leider kenne und finde ich keine Werte im Netz...

Sollte sich die Dispersion aber merklich von 0 unterscheiden, so hätten wir Effekte, wie von mir oben geschildert (Nur natürlich andersherum, also roter Flash mit blauem Nachleuchten und so).

Ähnliches wurde aber schonmal anderweitig hier diskutiert (These der frequenzabhängigen Vakuumlichtgeschwindigkeit...).

Mangels Daten kann ich das zwar nicht nachweisen (nachrechnen), aber ich kenne keine Beobachtungen, die eine merkliche Dispersion des intergalaktischen Mediums stützen. Insofern halte ich den Post von Klaus weiterhin eher für rhetorisch...

Vielleicht könnte sich da aber mal ein Fachmann einklinken...

Gruß, Christian

 

[Orbit]

Chrishan
Da Du's gerade von der Brechzahl hast - soeben erhielt ich von pro-physik diesen Artikel
http://www.pro-physik.de/Phy/leadArticle.do?laid=10860
in dem von der erfolgreichen Herstellung von Metamaterialien mit negativem Brechungsindex die Rede ist!
Orbit

 

[mac]

Hallo,

in dem von der erfolgreichen Herstellung von Metamaterialien mit negativem Brechungsindex die Rede ist!

praktische Anwendung gefällig?
http://wissen.de.msn.com/article.aspx?cp-documentid=9190519

Herzliche Grüße

MAC

 

[Klaus]

Ist es nicht umgekehrt?

Nein. Wird übrigens zur Entfernungsbestimmung bei Pulsaren verwendet.

 

[Orbit]

Klaus

Nein.

Dann wäre dieser Satz

wächst die Brechzahl mit abnehmender Wellenlänge, spricht man von normaler Dispersion der Phasengeschwindigkeit. Dieses Verhalten beobachtet man bei den meisten transparenten Stoffen im sichtbaren Bereich, daher die Bezeichnung normal. So ist für Glas die Brechzahl von rotem Licht kleiner als die von kurzwelligem, blauen Licht.

im Wiki falsch. Oder?

EDIT: Ich sehe erst jetzt, dass der Link auf die entsprechende Wiki-Seite defekt ist. Also in der Suchfunktion auf der Hauptseite 'Dispersion' eingeben und auf dieser Übersichtsseite dann auf 'Dispersion (elektromagnetische Wellen)' klicken.

Orbit

 

[Chrischan]

@Orbit

EDIT: Ich sehe erst jetzt, dass der Link auf die entsprechende Wiki-Seite defekt ist.

Es fehlt im Link nur die schlißende Klammer "(elektromagnetische Wellen)"
Hier mal der korrigierte Link.

Das "Nein" von Klaus verwundert mich aber auch sehr.
Also entweder ist der Wiki-Artikel falsch, oder das interstellare Medium hat eine anormale Dispersion. Für die Korrektheit des Wiki-Artikels spricht auch folgender Link.

Der Brechungsindex [...] nimmt mit zunehmender Wellenlänge ab [...]. Diese sogenannte normale Dispersion tritt bei allen Medien (z.B. Glas, Quarz, Flussspat) im Durchsichtigkeitsbereich auf.

Wird übrigens zur Entfernungsbestimmung bei Pulsaren verwendet

Verwundert mich übrigens auch sehr.
Um dies zur Entfernungsbestimmung nutzen zu können müsste man die Dispersion doch extrem genau kennen, also müsste man die physikalischen Eigenschaften (Dichte, Zusammensetzung und Temperatur) des dazwischenliegenden Mediums sehr exakt kennen.
Man bedenke: So oder so ist die Brechzahl vom interstellaren Medium annähernd 1 womit die Dispersion automatisch annähernd 0 ist. Dann sind Pulsare nur wenige LJ bis kLJ entfernt. Auf so einer kurzen Strecke mit so einer geringen Dispersion eine verlässliche Messung zu schaffen, aus der sich die Entfernung mit akzeptabler Fehlertoleranz berechnen lässt, würde mich wundern.
Wenn das funktionieren würde, dann bräuchte man doch bei SN's (oder anderen veränderlichen Objekten) keine irgendwie gearteten Beziehungen zur Absoluten Helligkeit zu erstellen. Bei den großen Entfernungen sollte solch ein Effekt doch sehr deutlich messbar sein.

Sollte Klaus da aber irgendwelche Quellen haben, so würden die mich sehr interessieren (bin nunmal kein Fachmann und wenn ich irgendwo komplett daneben liege, dann möchte ich das auch erfahren, um zu lernen)

Gruß, Christian

 

[Chrischan]

negativem Brechungsindex

Sehr interessant! Danke Orbit.

Aber der Brechungsindes ist doch einfach als

n = c0/c
(c0 = Vakuumlichtgeschwindigkeit, c = Lichtgeschwindigkeit im Medium)​

definiert.
Für einen negativen Brechungsindex müsste dann doch die Lichtgeschwindigkeit im Medium negativ werden

Gruß, Christian

 

[Klaus]

Dann wäre dieser Satz ... im Wiki falsch. Oder?

Nein, da steht ja nicht, daß dies bei allen Stoffen so ist und es handelt sich beim interstellaren Medium auch nicht Wasser, Glas oder Luft, d.h. Stoffe im klassischem Sinn, sondern um ein Vakuum das u.a. mit äußerst dünnem Plasma gefüllt ist, worin gelegentlich mal ein paar freie Elektronen und Ionen umheirren mit den Lichtquanten wechselwirken.

Um dies zur Entfernungsbestimmung nutzen zu können müsste man die Dispersion doch extrem genau kennen, also müsste man die physikalischen Eigenschaften (Dichte, Zusammensetzung und Temperatur) des dazwischenliegenden Mediums sehr exakt kennen.

Innergalaktisch kann man auf Vergleichwerte mit Objekten in bekannter Entfernung zurückgreifen, intergalaktisch ist das schon schwieriger, zudem die Dichte des Plasmas da geringer ist.

 

[Orbit]

Nein, da steht ja nicht, daß...

Klaus
Dann bitte ich Dich nun, Deine Behauptung, dass im intergalaktischen Medium die Dispersion von kurzwelliger Strahlung geringer sei als die von langwelliger, dass hier also anormale Dispersion herrscht, zu belegen.

Orbit

 

[Klaus]

Dann bitte ich Dich nun, Deine Behauptung, dass im intergalaktischen Medium die Dispersion von kurzwelliger Strahlung geringer sei als die von langwelliger, dass hier also anormale Dispersion herrscht, zu belegen.

Warum bemühst Du nicht einfach selbst Google & Co?
http://astronomy.swin.edu.au/cms/astro/cosmos/P/Pulsar+Dispersion+Measure
http://relativity.livingreviews.org/open?pubNo=lrr-2001-5&page=node6.html

Ich sprach zwar vom interstellaren Medium, doch hier ein Pamphlet zu einer extragalaktischen Quelle:
http://arxiv.org/abs/0709.4301

 

[Orbit]

Klaus
Danke für die Links. Wenn ich die richtig verstanden habe, geht es da aber nicht um die Frequenz elektromagnetischer Strahlung, sondern um die Pulsfrequenz und die Ausbreitungsgeschwindigkeit dieser Pulse im Radiowellenbereich. Diese beiden Grössen sind offenbar proportional.
Das heisst aber nicht, dass das auch bei der Photonenfrequenz so sei. In Deinen Links ist zwar nur die Rede davon, dass Elektronen eine geringere Bremswirkung auf die Pulse ausüben als die schweren Protonen. Ausgehend von der Comptonwelle dieser beiden Teilchen könnte man nun doch folgern, dass längere elektromagnetische Wellen nicht nur weniger bremsen, sondern auch weniger gebremst werden und somit schneller im Beinahe-Vakuum unterwegs sind.
Es geht also immer noch um Deine Behauptung weiter vorn,

Theoretisch zumindest sollte dies so sein. Nur praktisch ist leider auch das beste Vakuum nicht perfekt und kurzwelligeres Licht reist daher zwischen den Sternen ein kleinwenig schneller als langwelligeres.

welche Chrischan und ich hier hinterfragen.
Ein weiters Indiz dafür, dass Du da falsch liegen könntest, sind die in letzter Zeit gemachten Zeitverzögerungs-Messungen von Gammastrahlung, die sehr lange im Universum unterwegs war. Diese Retardierung kann eben nur an der ultrakurzwelligen Gammastrahlung nachgewiesen werden.

Gruss Orbit

 

[Klaus]

Wenn ich die richtig verstanden habe, geht es da aber nicht um die Frequenz elektromagnetischer Strahlung, sondern um die Pulsfrequenz und die Ausbreitungsgeschwindigkeit dieser Pulse im Radiowellenbereich.

Nein, es geht in das Eintreffen der Pulse des Pulsars unterschiedlicher Frequenz, die gleichzeitig ausgesandt wurden.

In Deinen Links ist zwar nur die Rede davon, dass Elektronen eine geringere Bremswirkung auf die Pulse ausüben als die schweren Protonen.

Lies noch mal, da steht exakt das Gegenteil. Im ersten Link ist auch das nette - wenngleich etwas unscharfe - Bildchen rechts oben, mit der Frequenz der Photonen auf der Y Achse und der Ankunftszeit der der Pulse auf X Achse. Leider hab ich kaum deutschsprachige Webseiten zum Thema gefunden und die meist englischsprachigen Fachartikel setzen die Kenntnis dessen, was es mit der DM auf sich hat, bereits voraus, ist ja auch alles andere als neu.

Es geht also immer noch um Deine Behauptung weiter vorn, welche Chrischan und ich hier hinterfragen.

Bei den verlinkten Artikeln fanden sich Literaturverweise. Unter http://adsabs.harvard.edu/abs/1993ApJ...411..674T z.B. findest Du eine umfassendere Abhandlung zum Thema.
Wenn Du Dir darin mal Gleichung 3 zur Verzögerung der Ankunftszeit anschaust, findest Du das Quadrat der Frequenz im Nenner, d.h. je höher die Frequenz ist, um so geringer ist die Verzögerung des Eintreffens von Pulsen dieser Frequenz. Fakt ist aber, daß nicht alle Photonen mit der gleichen Anzahl an Elektronen interagieren, die Pulse verschmieren daher.

 

[Chrischan]

Melde mich erst jetzt wieder, da ich momentan leider etwas unter Zeitmangel leide und mir erstmal die Quellen von Klaus anschauen wollte.

Ich bin zwar immer noch sehr verwundert, daß man wirklich ein interstellare Dispersion messen und auch verwerten kann, aber man lernt ja nie aus.

Mein größter Fehler war wohl aber auch bei Dispersion immer nur an den optischen Bereich zu denken und nicht an das gesamte Spektrum...
In den Quellen geht es anscheinend ja um den Radiobereich.
Würde man das gesamte Spektrum von Gamma bis Radio betrachten, würde man auch bei einfachem Glas etwas andere Werte für die Dispersion bekommen als nur im optischen Bereich...

Meine momentan noch existente Verwunderung (ich habe die Quellen bisher nur überflogen) bezieht sich übrigens darauf, daß ich immer noch davon ausgehe, daß das interstellare oder auch intergalaktische Medium "optisch dünn" ist, also einen Brechungsindex sehr nahe 1 besitzt. Da die Dispersion als Differenz zweier Brechungsindizes definiert ist, denke ich immer: "nahe 1" minus "nahe 1" gleich "sehr nahe 0". Ich würde bei einer messbaren Dispersion auch interessante Effekte erwarten, wenn es zu Brechung an den Grenzschichten von "dichteren" zu "dünneren" Gebieten käme... Auch im Zusammenspiel mit Gravitationslinsen... Das aber nur so "aus dem Bauch heraus". Habe die Quellen eben noch nicht durch.

Übrigens wäre laut dieser mir bekannten Definition die Dispersion eine dimensionslose Zahl. In den Quellen finde ich aber immer Dimensionen der Form "cm-3 pc"...

Es sind bei mir also noch einige Fragen offen.

Also, mein Fazit:
1. Man (Ich) lernt nie aus...
2. Es gibt noch viel (für mich) zu tun...
3. Danke an Klaus für die interessanten Quellen
4. Danke an Orbit. (War ich doch mit meiner Verwunderung nicht ganz allein... )

Gruß, Christian