Die fotografische Bestimmung
thermodynamischer Größen
mit Hilfe von Lichtkegeln.
(Universität Augsburg)
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Die klassische Thermodynamik trägt entscheidend zum Verständnis komplexer natürlicher Vorgänge bei. Eine schlüssige Einbettung ihrer Konzepte in die Einsteinsche Relativitätstheorie ist bislang jedoch nicht gelungen, sie wurde seit über 100 Jahren immer wieder kontrovers diskutiert.
Wie Forscher um Jörn Dunkel, Professor Peter Hänggi und Stefan Hilbert von den Universitäten Oxford, Augsburg und Bonn in der Fachzeitschrift „Nature Physics“ berichten, haben sie nun eine Lösung für dieses offene Problem der Physik gefunden.
Mit Hilfe von sog. Lichtkegeln bestimmten sie die thermodynamischen Größen „fotografisch“. Der Lichtkegel entspricht den Ereignissen, die prinzipiell auf einem Foto abgebildet werden können, wobei wegen der endlichen Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts weiter entfernte Objekte früher auf dem Foto erscheinen als näherliegende Objekte. Im Gegensatz zu traditionellen Formulierungen der relativistischen Thermodynamik, die üblicherweise auf dem Begriff der Gleichzeitigkeit aufbauen, lässt sich die von Dunkel, Hänggi und Hilbert vorgeschlagene „fotografische Thermodynamik“ problemlos auch auf die Allgemeine Relativitätstheorie erweitern. Zudem ergibt sich aus dieser neuen Theorie auch ein neuer Effekt: dass nämlich ein entfernter Beobachter bei naiver fotografischer Betrachtung proportional zu dessen Temperatur die endliche Fluchtgeschwindigkeit eines sehr heißen Objektes misst, obwohl sich das Objekt in Wahrheit gar nicht von ihm wegbewegt.
Dieser zumeist sehr kleine Effekt kann für zukünftige Präzisionsmessungen von Geschwindigkeiten weit entfernter und sehr heißer Galaxien von Bedeutung sein.

Non-local observables and lightcone-averaging in relativistic thermodynamics