نقض بقای انرژی در اثر داپلر

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamavation

نام: roham hesami radرهام حسامی راد

محل اقامت: 100 مایلی شمال لندن جاده آیلستون، لستر، لسترشر. LE2

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 3230

سپاس: 5491

جنسیت:

تماس:

نقض بقای انرژی در اثر داپلر

پست توسط rohamavation »

شخصی را در نظر بگیرین که منبع نوری با فرکانس f داره. ناظری را در نظر بگیرین که این نور را می بینه. انرژی هر فوتون که توسط ناظر دریافت می شود E = hf است. ناظر اکنون ثابت است. حال فرض کنید شخصی که منبع نور را در دست داره شروع به حرکت به سمت ناظر کند سپس با توجه به اثر داپلر ناظر نور را با فرکانس f2 دریافت می کند که با f متفاوت است. بنابراین به گفته این ناظر انرژی فوتون تغییر میکنه.
هیچ انرژی از بین نمیره. فوتون تغییر نمیکنه فقط به دلیل سرعت های نسبی خود آن را متفاوت درک می کنیم. اثر داپلر تغییر در یک موج نیست فقط تغییر در فرکانس ظاهری موجه. از نظر فنی اثر داپلر طول موج موج را تغییر می‌دهد که فرکانس ظاهری را تغییر می‌دهد به همین دلیل است که امواج به رنگ قرمز یا آبی تغییر می‌کنند. E=hf
بنابراین از آنجایی که فرکانس فوتون تغییر نمیکنه(باز هم فقط فرکانسی که مشاهده میکنیم تغییر میکنه) انرژی تغییر نمیکنه${\displaystyle v_{\text{s}}}$
${\displaystyle f=\left(1+{\frac {\Delta v}{c}}\right)f_{0}}
$و${\displaystyle \Delta f={\frac {\Delta v}{c}}f_{0}}
$ redshift $\Delta \lambda / \lambda = v/c$
راه دیگری برای تصور آن اینکه برای ناظری در هر فاصله ای از ستاره اما با همان سرعتی که ما حرکت می کنیم نور همیشه به قرمز منتقل میشه صرف نظر از اینکه چقدر از ستاره/کهکشان دور باشه. از آنجایی که فرکانس مشاهده شده نور تغییر نمی کنه انرژی نمی تواند تغییر کنه.بیایید وضعیت ساده تری را در نظر بگیریم. من یک توپ را به سمت ماشینی پرتاب می کنم که حرکت نمی کند. برخورد توپ به شیشه جلو می تواند باعث آسیب شود. حالا با همان سرعت توپ را پرتاب میکنم اما به سمت ماشینی که با سرعت زیاد به سمت من می آید. توپ آسیب بیشتری به شیشه جلو وارد میکنه درست است؟ از منظر ماشین در حال حرکت توپ سریعتر حرکت میکنه. میزان آسیب بستگی به حرکت نسبی توپ و ماشین داره. اگر ماشین از من دور میشد آسیب کمتری به شیشه جلو وارد میشد. هیچ مشکلی با بقا در انرژی وجود نداره زیرا در مرحله اول برای به حرکت درآوردن خودرو انرژی لازم بود.
در مورد فوتون و آشکارساز هم همینطور است. از آنجایی که آشکارساز به سمت منبع فوتون حرکت می کند فوتون انرژی بالاتری را می بینه. شما همچنین می توانید آن را به عنوان انرژی ای که آشکارساز جذب می کند از فوتون و کار مورد نیاز برای شتاب دادن آشکارساز در جهت فوتون در نظر بگیرین.
درست مانند ناظران مختلف در مورد انرژی جنبشی یک توپ پرتاب شده ناظران مختلف نیز در مورد انرژی یک فوتون اختلاف نظر دارند. همه آنها موافق هستند که انرژی در هر تعاملی حفظ می شود. به طور مشابه آنها در مورد تکانه فوتون اختلاف نظر خواهند داشت. حتی اگر فوتون جرمی نداره حرکتی برابر با h/λ داره
اما می گویند که هنگام حرکت با توجه به منبع انرژی ذخیره نمیشه. با این حال می‌توانیم ناظر را ثابت کنیم و منبع را حرکت دهیم. در این حالت برای فریم مرجع مشاهده گر انرژی فوتون تغییر میکنه.انرژی تغییر فریم نیست. به سادگی انرژی جنبشی - مقادیر مختلف - فریم های مختلف را در نظر بگیرین. میدونین که همه حرکت نسبی هستند
البته بقای تکانه انرژی در هر فریم مرجع وجود داره اما مقادیر انرژی و تکانه هنگام تبدیل از یک فریم به فریم دیگر از طریق تبدیل لورنتس تغییر میکنه
یک موج الکترومغناطیسی (نور یا مادون قرمز فرابنفش و غیره) از میدان های الکتریکی و مغناطیسی عرضی و عمود بر یکدیگر تشکیل شده است. یک اتم در حضور نور در درجه اول به جزء الکتریکی پاسخ می دهد. سپس اتم در معرض میدان الکتریکی نوسان سینوسی قرار می گیرد. در این فرآیند اتم انرژی Eb-Ea = hw0 را از میدان الکترومغناطیسی جذب می کند. ما می گوییم که "فوتن را جذب کرد". اگرچه ما خود میدان را کلاسیک می‌دانیم اما فوتون واقعاً متعلق به الکترودینامیک کوانتومی است. بنابراین من به شما پیشنهاد می کنم برای درک جزئیات بیشتر الکترودینامیک کوانتومی را مطالعه کنید.
در میدان های الکترومغناطیسی یا به طور کلی در میدان ها انرژی اغلب یک اصطلاح گیج کننده کننده هست. انرژی در میدانها وجود داره. میدان نشان دهنده انرژی است. درک آن دشوار است اما وقتی الکترودینامیک را مطالعه می کنید آن را خواهید فهمید.
اثر طبیعی داپلر با جزئیات بررسی شده و نشان داده شده است که انرژی را همانطور که انتظار میره حفظ میکنه.بله فوتون ها انرژی خود را از دست می دهند اما این انرژی برای همیشه ناپدید نمی شود. مقدار اتلاف انرژی (یا افزایش برای آن موضوع) دقیقاً به همان چیزیه که باید در جهان در حال انبساط (یا منقبض) باشد.پایستگی انرژی در این وضعیت صدق نمیکنهزیرا انرژی که هنگام استراحت نسبت به منبع اندازه گیری می کنید و انرژی که هنگام حرکت نسبت به منبع اندازه گیری می کنید در فریمهای مرجع متفاوتی هستند. انرژی بین فریمهای مرجع مختلف حفظ نمی شود به این معنا که اگر مقدار انرژی را در یک فریممرجع اندازه گیری کنید و مقدار انرژی متناظر را در یک فریممرجع متفاوت اندازه گیری کنید قانون بقای چیزی به شما نمیگه که آیا این دو مورد اندازه گیری شدن یا نه. مقادیر باید یکسان یا متفاوت باشن. اگر میخواین از بقای انرژی استفاده کنید باید تمام اندازه گیری های خود را بدون تغییر سرعت انجام بدین
در واقع به نوعی گیج کننده هستش که بگویم انرژی به دلیل جابجایی داپلر افزایش یا کاهش داره چون به این معنیه که فرآیند فیزیکی وجود داره که انرژی فوتون را تغییر میده. در اینجا واقعاً اینطور نیست صرفاً انرژی کمیتی است که مقداری که برای آن اندازه میگیرین به نحوه اندازه‌گیری آن بستگی داره
برای اطلاعات بیشتر نگاهی به آیا انرژی جنبشی یک کمیت نسبی است؟ آیا هنگام اعمال آن برای بقای معادلات انرژی معادلات ناسازگاری ایجاد می کند؟پاسخ بالا صحیح اما ناقص است. حتی در یک قاب مرجع "نظاره گر" مشاهده این موضوع راحته که فوتون ها انرژی بیشتری را به گیرنده منتقل میکنند زمانی که منبع انتشار به سمت گیرنده حرکت میکنه در مقابل دور شدن از گیرنده انرژی در واقع توسط فوتون ها به دست میاد یا میره
این به دلیل فشار تشعشع انجام میدهد. منبع گسیل انرژی جنبشی را به فوتون های ساطع شده در جهت حرکت از دست می دهد در حالی که انرژی جنبشی را از فوتون های ساطع شده در جهت مخالف به دست می آورد. به طور مشابه فوتون‌ها انرژی جنبشی را به گیرنده منتقل میکنن و اگر گیرنده به سمت منبع انتشار حرکت کنه انرژی جنبشی را از دست میده یا اگر گیرنده از منبع دور میشه انرژی دریافت میکنه. چون که فوتون ها همیشه با سرعت نور حرکت میکنند انرژی به دست آمده / از دست رفته به عنوان تغییر در طول موج مشاهده میشه
تصویر

ارسال پست