Stark gebündelter Laserstrahl

[SRMeister]

Hallo,
wäre es möglich einen kurzen, gebündelten Laserimpuls so intesiv zu machen, dass das Wellenpaket genügend Energie enthält um sich selbst gravitativ zu binden und so die Intensität weniger als quadratisch mit der Entfernung abnimmt, oder garnicht abnimmt?
Kann so etwas physikalisch überhaupt passieren oder wäre die dazu nötige Intensität einfach unrealistisch hoch?
Vielleicht könnte so etwas auch natürlich vorkommen? Gibt es darüber etwas in der Literatur?
Fragen über fragen Liebe Grüße,
S.R.

[TomS]

Die gravitative Bindung ist extrem schwach; das ist unmöglich. Ich kann mal eine grobe Abschätzung liefern.

Andererseits ist ein Laserstrahl bereits extrem gebündelt, so dass er sich kaum aufweitet.

Vielleicht hilft das als Startpunkt weiter: https://de.m.wikipedia.org/wiki/Strahlqualität

[SRMeister]

Die gravitative Bindung ist extrem schwach; das ist unmöglich.

Das klingt jetzt so als ob es "nur" praktisch unmöglich ist.

Ich kann mal eine grobe Abschätzung liefern.

Das wäre super!

Andererseits ist ein Laserstrahl bereits extrem gebündelt, so dass er sich kaum aufweitet.

Naja, extrem gebündelt wäre der Gravitation ja zuträglich.
Und kaum aufweiten ist zwar korrekt, dennoch verringert sich die Intensität mit dem Quadrat der Entfernung.
Wenn meine Überlegung korrekt ist, was nicht sein muss, dann könnte die Gravitation zumindest die Divergenz etwas verringern, so dass die Abnahme eben nichtmehr quadratisch ist sondern etwas weniger bis hin zu 0 oder sogar, wenn es praktisch möglich wäre (wovon ich nicht ausgehe) zum Zusammenfallen der Welle in ein "schwarzes Loch".
Frage wäre dann natürlich was passiert dann, denn ich bezweifel dass sich dieses dann noch mit LG weiterbewegen könnte. Aber diese Überlegung ist erstmal sekundär. Meine Frage ist eigentlich ob überhaupt sich ein Wellenpaket selbst gravitativ binden kann, also ob es physikalisch möglich ist.

[SRMeister]

OK hier mal ein praktisches Beispiel: Der Hercules Laser

Er hat im Fokus eine Breite von 1,3 Mikrometer und eine Dauer von 30 Femtosekunden was einer Länge von 9 Mikrometer entspricht. in diesem Raumbereich sind 300 Terawatt(9 Joule).
Leider habe ich keine Ahnung wie man hier die gravitative Anziehung ausrechnet.

[TomS]

Du berechnest die Energie E als Produkt aus Leistung P und Zeit t.

$$ E = P t $$

Dies entspricht einer Masse M

$$ E = Mc^2 $$

Die Gravitationsfeldstärke d.h. Fallbeschleunigung g folgt mittels

$$ g = \frac{GM}{r^2} $$

Dabei ist G die Gravitationskonstante, r ein typischer radialer Abstand, hier also im Bereich von Mikrometern.


Für eine Abschätzung der Größenordnung könntest du auch die Winkelablenkung in einem Gravitationsfeld dieser Masse nutzen. Das wäre

$$ \Delta \theta = \frac{4GM}{rc^2} $$


Beides gilt jedoch für eine ruhende Gravitationsquelle, nicht für den Fall, dass sich die Quelle mit Lichtgeschwindigkeit bewegt.

[TomS]

Ok, das Ganze wurde schon berechnet und ist natürlich deutlich komplizierter:

The gravitational field of a laser beam beyond the short wavelength approximation
Fabienne Schneiter, Dennis Rätzel, Daniel Braun
ABSTRACT
Light carries energy, and therefore, it is the source of a gravitational field. The gravitational field of a beam of light in the short wavelength approximation has been studied by several authors. In this article, we consider light of finite wavelengths by describing a laser beam as a solution of Maxwell’s equations and taking diffraction into account. Then, novel features of the gravitational field of a laser beam become apparent, such as frame-dragging due to its intrinsic angular momentum and the deflection of parallel co-propagating test beams that overlap with the source

[SRMeister]

Tom,
danke für die Antwort und für die Links. Jetzt habe ich erstmal was zu lesen.

[Klaus]

Da sich die Photonen des Strahls zueinander ruhen und die Ruhemasse Null ist, dürfte die gegenseitige gravitative Anziehung der Photonen Null sein.

[Bynaus]

Da sich die Photonen des Strahls zueinander ruhen und die Ruhemasse Null ist, dürfte die gegenseitige gravitative Anziehung der Photonen Null sein.

Nein, denn nicht Ruhemasse hat Gravitation, sondern Masse/Energie.

[Herr Senf]

... hört sich aber an wie ein infiniter Regreß?
Licht in einem Volumen trägt zur Energie/Masse in diesem Volumen bei (macht Krümmung), aber Licht im Strahl untereinander?
Licht wechselwirkt nicht mit sich selbst, woher soll eine "reale Anziehungskraft" in einem Strahl kommen, es läuft eher auseinander.

Also ich versteh die Frage schon nicht, Problem ist aber spannend, aber "klassisch" auch erklärbar? Dip