Eventuelle Möglichkeiten Materie herzustellen

Sowie man Materie verflüssigen, vergasen und verstrahlen lassen kann, so habe ich nach einer Möglichkeit gesucht dieses rückgängig zu machen. Wenn man eine Kugel sowie das Urkilo hätte, diese nur von innen hohl und verspiegelt erzeugen würde, dann stelle ich mir die Frage, ob man Licht koprimieren kann, wenn man in die hohle Kugel ständig Licht einleitet und vielleicht die Strahlung wieder fest wird.
Was haltet ihr von der Idee?
Was passiert wenn man Licht immer weiter verdichtet?

Wikipedia: Aggregatzustand

Wikipedia: Kilogramm#Urkilogramm

Pluto123 schrieb:Was passiert wenn man Licht immer weiter verdichtet?

"Verdichten" wie mit einem Hohlspiegel. Das wird heiss wenn man's richtig übertreibt. Ansonsten, Licht im Sack hatten wir schon mal.

@Pluto123
Ansicht brauchst du nur die "Einstein-Formel" E=MC^2 umstellen und eine Menge Energie ;)

:mlp:

Syndrom schrieb:Ansicht brauchst du nur die "Einstein-Formel" E=MC^2 umstellen und eine Menge Energie ;)

Und einen kleinen handelsüblichen Teilchenbeschleuniger....

Einstein im Beschleuniger: Physiker haben Materieteilchen aus purem Licht erzeugt – durch die Kollision von energiereichen Photonen in einem Teilchenbeschleuniger. Dabei entstanden Paare von Elektronen und Positronen, wie vor fast 90 Jahren durch eine Konkretisierung von Einsteins berühmter Formel E=mc2 vorhergesagt.

Quelle: https://www.scinexx.de/news/technik/forscher-erzeugen-materie-aus-licht/

Pluto123 schrieb:Was passiert wenn man Licht immer weiter verdichtet?

Ich denke, das Zauberwort lautet "Strahlungsdruck". So lange der Strahlungsdruck von außen höher ist als der von innen, nimmt die Photonenanzahl in der Kugel noch zu. Irgendwann ist jedoch der Punkt erreicht, wo der innere und der äußere Druck ausgeglichen ist, dann kommt die Sache zum Stillstand.

Ähnliches beobachten wir auch im Sonnensystem. Dort wo der Strahlungsdruck der Sonne mit dem Strahlungsdruck des interstellaren Mediums im Gleichgewicht ist, wird der Teilchenstrom weitestgehend gestoppt (Heliopause).

In einer verspiegelten Hohlkugel steigt die Energie mit einer Lampe auch immer weiter an und es kollidieren auch immer mehr Photonen, somit sollte auch Materie entstehen. Mehr Hitze gleich mehr Energie, mehr Energie gleich mehr Masse.
Es könnte doch funktionieren oder was meint ihr?

Peter0167 schrieb:Ich denke, das Zauberwort lautet "Strahlungsdruck". So lange der Strahlungsdruck von außen höher ist als der von innen, nimmt die Photonenanzahl in der Kugel noch zu. Irgendwann ist jedoch der Punkt erreicht, wo der innere und der äußere Druck ausgeglichen ist, dann kommt die Sache zum Stillstand.

Ich meinte auch mit einer Lampe in der Hohlkugel.

Pluto123 schrieb:In einer verspiegelten Hohlkugel steigt die Energie mit einer Lampe auch immer weiter an und es kollidieren auch immer mehr Photonen, somit sollte auch Materie entstehen.

Die Energie wird, wie du richtig beschrieben hast, in Wärme ("Hitze") umgewandelt. Die so entstandene Wärme wird von der Kugeloberfläche an die Umgebung übertragen (in Form von Wärmestrahlung und Wärmeleitung) und damit aus dem System "innen verspiegelte Hohlkugel" abgegeben.

Pluto123 schrieb:und es kollidieren auch immer mehr Photonen

Tun sie nicht. Es ist vielmehr so, dass es extrem aufwendig ist Photonen kollidieren zu lassen, dafür dafür braucht man schon einen großen Teilchenbeschleuniger wie den LHC.

https://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/photonen-erstmals-kollision-von-lichtteilchen-beobachtet-a-1134965.html

Das bedeutet natürlich auch, dass ich meinen vorherigen Beitrag wohl revidieren muss. Einen Strahlungsdruck wie bei einer "normalen" Teilchenstrahlung wird man nicht so leicht aufbauen können.

Photonen gehören ja zu den Bosonen, und die kennen ja keinen Entartungsdruck wie z.B. die Fermionen. Ehrlich gesagt weiß ich nicht, wie dieses Experiment enden wird, aber Kollisionen wird es wohl keine geben. Mein Bauchgefühl ist nun der Meinung, es passiert rein gar nichts. :)

Bezüglich Wärmestrahlung, schwarze Flächen absorbieren Licht und erhitzen sich und weiße Flächen reflektieren Licht und bleiben kühl. Bei einer verspiegelten Hohlkugel sollte Wärmestrahlung auch reflektiert werden.
Bezüglich der Kollision von Photonen, bei zwei Lichtern die sich kreuzen kollidieren sehr wohl Photonen, wie sonst sollen konstruktive und destruktive Interferenzen funktionieren.
Das fällt mir dazu noch ein.

Pluto123 schrieb:Bezüglich der Kollision von Photonen, bei zwei Lichtern die sich kreuzen kollidieren sehr wohl Photonen, wie sonst sollen konstruktive und destruktive Interferenzen funktionieren.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten das Phänomen Licht zu beschreiben. Bei einer davon betrachtet man Licht als Teilchen, dann spricht man auch von Photonen. Photonen können in der Tat kollidieren, wie mein verlinkter Beitrag zeigt, es ist jedoch extrem schwierig, eine solche Kollision herbeizuführen.

Bei einer anderen Möglichkeit Licht zu beschreiben steht der Wellencharakter im Vordergrund. Hier sprechen wir nicht mehr von einer "Kollision", sondern vielmehr von einer Überlagerung (Interferrenz). Die Fähigkeit sich zu überlagern ist dem Licht quasi immanent und hat nichts mit dem zu tun, was eine Kollision ausmacht (mMn).

@Peter0167
Wobei Licht nur ein kleiner Teil des elektomagnetischen Spektrums ist. Generell gilt: Je kurzwelliger (bis hin zu radioaktiver Strahlung), desto bedeutender wird der " Teilchen"-Anteil.
Langwelligere Strahlung (z.B. Radiowellen) treten mehr als Wellen auf.
Man sollte bei Überlegungen Materie aus Energie herzustellen sich mehr auf kurzwellige Energie konzentrieren weil die generell effektiver ist.
Wobei auch da Einsteins berühmte Formel gilt. Vielleicht kann ja mal jemand ausrechnen wie viel Gigawatt Energie notwendig ist um auch nur eine kleine Menge Materie in ihrer einfachsten Form (Wasserstoff?) zu erzeugen.
Was im "Urknall" in riesigen Mengen geschehen ist werden wir auf der Erde so schnell nicht wiederholen können.

@Pluto123

Das geht so alles nicht, kein Spiegel reicht dafür aus, Licht ist so schnell, weg ist es, durch die Spiegel. Angenommen, Du hast Spiegel die 100 reflektieren, ist es eine Frage der Leistung und des Spektrums. Im Grunde aber alles egal, hier wurde ja ein Artikel verlinkt, wie es geht, Thema also doch gegessen.

Das einzige, was ich kenne ist die Paarerzeugung.
Da entstehen Elektron-Positron-Paare aus einem hochenergetischen Photon. Allerdings bedarf es dazu eines "Kristallisationskeims", irgendein Materieteilchen, an dem das Photon streut, was dann die Paarbildung auslöst.
Dann könnte man die Paare mit einem Magnetfeld auftrennen und erhielte so, theoretisch, "frische" Elektronen.

Lupo54 schrieb:Wobei auch da Einsteins berühmte Formel gilt. Vielleicht kann ja mal jemand ausrechnen wie viel Gigawatt Energie notwendig ist um auch nur eine kleine Menge Materie in ihrer einfachsten Form (Wasserstoff?) zu erzeugen.

- Gigawatt ist keine Einheit für Energie
- Egal, wieviel Licht Du reinsteckst egal welcher Wellenlänge, Du kannst nicht damit ausschließlich 1g Wasserstoff herstellen (verletzte Erhaltungsgrößen: Baryonenzahl, Leptonenzahl)

Grüße
Omega Minus

OmegaMinus schrieb:Gigawatt ist keine Einheit für Energie

Sollte nur ein Synomym sein für "riesige Energiemenge". In diesem Zusammenhang würde mich aber mal interessieren in welcher Einheit in der Kernphysik elektrische Energie gemessen wird.

OmegaMinus schrieb:- Egal, wieviel Licht Du reinsteckst egal welcher Wellenlänge, Du kannst nicht damit ausschließlich 1g Wasserstoff herstellen (verletzte Erhaltungsgrößen: Baryonenzahl, Leptonenzahl)

Das habe ich nicht verstanden. Bin interessierter Laie, kein Kernphysiker.

Lupo54 schrieb:Sollte nur ein Synomym sein für "riesige Energiemenge".

Ist mit klar, aber "Watt" ist nun mal eine Einheit für Leistung. :-)

Für Energie hat man J (das ist das, was z.B. auf Lebensmittlen steht als Brennwert, ergänzend steht da noch die veraltete Kilolalorie) ) oder Wh (danach wird Strom abgerechnet oder die Kapazität einer Batterie angegeben).

Lupo54 schrieb:In diesem Zusammenhang würde mich aber mal interessieren in welcher Einheit in der Kernphysik elektrische Energie gemessen wird.

eV
Valenzelektron vom Natrium hat z.B. eine Bindungsenergie von ca. 5eV.
Nukleonen (Protonen, Neutronen) haben Bindungsenergien zwischen ca. 6MeV und 8MeV.


Da Masse und Energie Äquivalent sind, gibt man auch Ruhemassen in keV oder MeV an. Die Zahlen wären in g halt unhandlich klein.

Lupo54 schrieb:Das habe ich nicht verstanden. Bin interessierter Laie, kein Kernphysiker.

Grob und vereinfacht gesagt:
Elektron und Neutrino bekommen eine Leptonenzahl von +1
Proton und Neutron bekommen eine Baryonenzahl von +1
Die Antiteilchen jeweil die negativen Zahlen.

Warum!?
Schwere Teilchen wollen in leichtere Teilchen zerfallen, den niedrigsten Energiezustand annehmen. Deswegen schwere Teilchen instabil, wenn sie in leichtere Teilchen zerfallen können. Es ist aber allgemeine Bobachtung, dass die Atomkerne nicht in die viel leichteren Elektronen zerfallen. Das macht die die Erhaltung der Baryonen- und Leptonenzahl.


Das klassische Beispiel:
Zerfall eines freies Neutrons. Das Neutron ist ein bisschen schwerer als das Proton und kann daher als freies Neutron (= nicht im Kern gebunden) zerfallen.
Erster Versuch: n -> p (Baryonenzahl erhalten, aber geht nicht, elektrische Ladung nicht erhalten)
Zweiter Versuch: n -> p + e- (schon besser, Baryonenzahl erhalten, el. Ladung erhalten, aber Leptonenzahl verletzt)
Dritter Versuch: n-> p + e- + Antielektronneutrino (korrekt: el. Ladung erhalten, Baryonenzahl erhalten, Leptonenzahl erhalten)

Grüße
Omega Minus

Kleine Anmerkung zur Grössenordnung: 1 eV ist die Energie, die ein Elektron hat, nachdem es durch ein 1 Volt starkes elektrisches Feld beschleunigt wurde. Also man lädt einen Plattenkondensator mit 1 Volt auf, platziert ein Elektron an die negative Platte und lässt es in Richtung positive Platte beschleunigen. Wenn es dort angekommen ist, hat es die kinetische Energie von1 eV.

Da ein Elektron ja so irrwitzig klein und leicht ist, und auch ein elektrisches Feld über 1 Volt nicht besonders stark ist, ergibt sich daraus, dass ein eV eine wirklich ganz winzige Energie ist.

zaeld schrieb:Da ein Elektron ja so irrwitzig klein und leicht ist, und auch ein elektrisches Feld über 1 Volt nicht besonders stark ist, ergibt sich daraus, dass ein eV eine wirklich ganz winzige Energie ist.

So wie man im Großen halt MPc nimmt und nicht km, siehe z.B. Hubble-Konstante, Größenordnung 70 km/s pro Megaparsec.

Wenn man 1 mol Kohlenstoff und ein mol Sauerstoff zu CO2 verbrennt, dann kommt Energie heraus (394 kJ), die man dann nutzt. Woher kommt die Energie? Aus der Bindungsenergie, Bindungsenergie = Massendefekt, also ist auch E = m c^2 hier am Werke.

Wie groß ist die Bindungsenergie pro CO2-Molekül?
Kann man abschätzen:
Aus der Verbrennung bekommen wir die erwähnten 394 kJ/mol.
Wenn man nachschaut, dann findet man: 1ev entspricht dann 96,5 kJ/mol.
Damit kommt man dann auf ca. 4 eV, die ein CO2-Molekül als Bindungsenergie hat gegenüber C und O2. Diese 4eV pro Molekül kommen dann bei der Verbrennung als Wärme heraus.

Grüße
Omega Minus

zaeld schrieb:Da ein Elektron ja so irrwitzig klein und leicht ist, und auch ein elektrisches Feld über 1 Volt nicht besonders stark ist, ergibt sich daraus, dass ein eV eine wirklich ganz winzige Energie ist.

Andererseits entspricht es nach Boltzmann formal ca. 8000°C.

Bei der Kernfusion verschmelzen (in mehreren Teilschritten) vier Wasserstoff-Atome zu einem Heliumatom. Dabei bilden sich zwei Protonen mit je einem Elektron zu zwei Neutronen um, eben zum Heliumatom, dessen Kern aus zwei Protonen und zwei Neutronen besteht.

Hierbei geht Materie "verloren". Die Atommasse von vier Wasserstoff-Atomen beträgt rund 4,0320 u (u ist ein Kohlenstoff-Zwölftel oder 1,660.539.068.92 x 10^-27 kg), wohingegen das Helium-Atom es nur auf rund 4,0026 u bringt. Das Heliumatom besitzt also rund 0,0294 u weniger als die vier Wasserstoffatome, aus denen es entstanden ist. Die vier Wasserstoffatome haben knapp 0,73% ihrer Masse verloren, ausgeschrieben handelt es sich um knapp 0,000.000.000.000.000.000.000.000.048.82 Gramm.

Aus dieser Masse wird bei der Fusion jene Fusionsstrahlung. Und zwar in Höhe von 26 Megaelektronenvolt

Zur Erinnerung:

zaeld schrieb:Kleine Anmerkung zur Grössenordnung: 1 eV ist die Energie, die ein Elektron hat, nachdem es durch ein 1 Volt starkes elektrisches Feld beschleunigt wurde.

Um also aus Photonen auch nur ein einzelnes Wasserstoff-Atom erzeugen zu können, braucht es umgerechnet etwas mehr als 891 Millionen Photonen á 1 eV. Oder ein Photon und ein gut 891 Millionen Volt starkes elektrisches Feld.

Ich würd mal sagen, da muß eine Photonen-Oma aber ne Menge Socken stricken, bis ein Wasserstoff-Atom am Ende bei zusammenkommt.

https://www.weltderphysik.de/gebiet/universum/sterne/sonne/energieproduktion-in-der-sonne/
Wikipedia: Atommasse
(und die Atommasse-Angaben stehen bei den Wiki-Artikeln zu H und He)