Doppelte Lichtgeschwindigkeit?
Ich hatte gerade Langeweile und habe mir das ausgedacht:
Wenn man in einem Auto Sitzt das 100km/h schnell fährt und einen Ball mit 100km/h nach vorne wirft, wäre der Ball ja insgesamt 200km/h schnell.
Wenn man jedoch theoretisch in einem Auto sitzt das mit Lichtgeschwindigkeit fährt und man dann mit einer Taschenlampe nach vorne scheint, könnte, laut Albert Einstein, das Licht aber nicht die „doppelte Lichtgeschwindigkeit“ erreichen. Das würde ja heißen, dass es genau so schnell ist wie das Auto und dass das Licht aus der Taschenlampe sozusagen neben einen „schweben“ würde.
Wie seht ihr das?
Das ist alles natürlich nur ein Gedankenexperiment
Lg
8 Antworten
Hallo,
vergleichbare Fragen haben sich auch die EINSTEINs gestellt, als sie noch ein glückliches Paar waren (Mileva Marić bzw. Einstein hat ja auch Physik studiert):
Wenn man jedoch theoretisch in einem Auto sitzt, das mit Lichtgeschwindigkeit fährt...
Vgl.: "Wie wäre es, auf einer Lichtwelle zu surfen?" Allerdings kann ein Objekt mit Masse c nur beliebig nahe kommen, nicht exakt c erreichen.
...und man dann mit einer Taschenlampe nach vorne scheint,...
Ein Auto hat freilich auch einen Scheinwerfer...
Der hypothetische Äther...könnte, laut Albert Einstein, das Licht aber nicht die „doppelte Lichtgeschwindigkeit“ erreichen.
Nicht erst EINSTEIN hat dies gesagt. Seit man Licht als Wellenphänomen identifiziert hat (genauer seit MAXWELL: Elektromagnetische Wellen), ging man davon aus, dass Licht relativ zu einer hypothetischen Supersubstanz namens Äther (nicht zu verwechseln mit der chemischen Stoffklasse der Ether) immer dasselbe Tempo c hat.
Das würde ja heißen, dass ... das Licht aus der Taschenlampe sozusagen neben einen „schweben“ würde.
Genau das sagt die Äthertheorie aus. Es gäbe demnach eine "Lichtmauer", die man sogar durchbrechen könnte.¹)
Das RelativitätsprinzipDas Modell verträgt sich freilich schlecht mit GALILEIs Relativitätsprinzip (RP), dem zufolge jeder Körper als zumindest momentan stationär (ortsfest) angesehen werden kann. Die Naturgesetze (= grundlegende Beziehungen zwischen physikalischen Größen) sind nämlich unabhängig davon, welchen von zwei mit konstanter Geschwindigkeit relativ zueinander bewegten Körpern man als stationär auffasst.
Nun könnte das RP, statt wirklich ein übergeordnetes Prinzip wie die Energieerhaltung zu sein, nur näherungsweise für kleine Tempos gelten. Versuche, Abweichungen vom RP und dadurch die Bewegung der Erde relativ zum Äther nachzuweisen, ergaben nichts.
GALILEI meets MAXWELLDas führte zunächst LORENTZ ab 1887 sukzessive zur Idee, der Äther beeinflusse Maßstäbe ("Längenkontraktion") und Uhren ("Zeitdilatation") derart, dass ein bewegter Beobachter von seiner Bewegung nichts merkt. Vom Äther allerdings auch nichts. Der war damit weniger greifbar als zuvor.
EINSTEIN nahm 1905 gar keinen Bezug auf einen Äther und wandte einfach das RP konsequent auf MAXWELLs Grundgleichungen der Elektrodynamik (und damit auch seine elektromagnetische Wellengleichung) an, die ja auch Naturgesetze sind. Diese Anwendung ist die Spezielle Relativitätstheorie (SRT).
Sie sagt u.a. voraus, dass Dir im Auto gar nichts Ungewöhnliches auffiele, wenn Du die Taschenlampe anmachst; relativ zu einem Fahrzeug breitet sich Licht mit c aus, egal, wie schnell es sich relativ zu einer Bezugsuhr U bewegt. Zugleich breitet es sich allerdings auch relativ zu U mit c aus. Offenbar gilt die intuitive vektorielle Addition von Geschwindigkeiten nur in guter Näherung für kleine Tempos.
Dabei ist anzumerken, dass die "Zeitdilatation" nichs dehnt und die "Längenkontraktion" nichts zusammendrückt; die irreführenderweise noch immer so bezeichneten Effekte sind Nebeneffekte der Relativität der Gleichzeitigkeit räumlich getrennter Ereignisse.
Abb. 1: Raumzeit- Darstellung einer Begegnung: Ein Raumfahrzeug B' bewegt sich an einem Pulk aus 3 Raumfahrzeugen A bei x = −d, B bei x = 0 und C bei x = d vorbei. Wir interessieren uns für zwei Signale von A und C (grün), die B und B' in dem Moment t₀ bzw. t'₀ erreichen, in dem diese einander begegnen. Beide Signale tragen den Zeitstempel t₀ − d⁄c. Betrachten wir allerdings B' als stationär, muss das Signal von C um den Faktor (c + v)(c − v) =: K² "älter" sein als das von A.
Beschleunigung vom Licht wegInteressant ist es auch, sich vorzustellen, was passieren würde, wenn Du in einem Fahrzeug (einem Raumfahrzeug, nur das kann lange geradeaus beschleunigen) entlang eines Laserstrahls gleichförmig beschleunigst, um mit ihm aufzuschließen.
Würdest Du nun in regelmäßigen Abständen – nach Deiner Uhr – das Licht untersuchen, so würdest Du feststellen, dass er relativ zu Dir gar nicht langsamer wird, sondern seine Wellenlänge exponentiell wächst, jedes Mal um denselben Faktor. Da die Energie pro Photon abnimmt, die Anzahl der Photonen aber gleich bleibt, wird das Licht immer schwächer und würde asymptotisch ganz verschwinden.
Übrigens gäbe es ein erstes Signal, das Dich gar nicht mehr erreichen würde. Es markiert einen (künstlichen) Ereignishorizont, der so lange Bestand hat, wie Du Deine Beschleunigung fortsetzt.
Abb. 2: Gleichförmige Beschleunigung
Also: Lichtenergie würde asymptotisch ganz verschwinden, von massiven Teilchen oder Körpern bliebe immer etwas übrig: Ihre Ruheenergie aka Masse. Sie ist sozusagen der harte Kern eines Teilchens oder Körpers.
Abb. 3: Ruheenergie, kinetische Energie und Impuls eines massiven Teilchens. Sie bilden zusammen den raumzeitlichen Impuls aka Viererimpuls
Was immer diesen harten Kern hat, kann c nie ganz erreichen; was ihn nicht hat, kann sich nur mit c bewegen und sind nicht Ding, das sich bewegen kann, es ist reine Bewegung.
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¹) In Wasser z.B. gibt es so eine Lichtmauer tatsächlich, und β- Elektronen aus radioaktivem Zerfall durchbrechen sie und erzeugen die TSCHERENKOW- Strahlung, ein optisches Pendant des Überschallknalls.
Materie kann Lichtgeschwindigkeit nur annäherungsweise erreichen, das heißt, dass von einem außenstehenden Beobachter aus gesehen der Lichtstrahl absolut lichtschnell und damit ein klein wenig schneller als das Auto ist.
Doch vom Beobachter im Auto aus gesehen bewegt sich der Lichtstrahl relativ zum Auto ebenfalls lichtschnell weg (d.h. nicht nur ein wenig schneller als das Auto), weil die Lichtgeschwindigkeit (aus Weg durch Zeit) absolut ist und sich die relativen Größen Raum (Weg) und Zeit entsprechend verändern, wie aus Einsteins Spezieller Relativitätstheorie ersichtlich ist.
https://www.helles-koepfchen.de/albert_einstein/die_relativitaetstheorie.html
Absolut bedeutet, dass jeder Beobachter in jedem Bezugssystem, egal wie schnell er sich selber bewegt, immer den "vollen" Wert für die Lichtgeschwindigkeit misst...
In diesem Fall bedeutet das das. Das Wort "absolut" erweist sich allerdings als mehrdeutig, wenn man von "relativer und absoluter Geschwindigkeit" spricht.
Diese "absolute" Geschwindigkeit ist natürlich auch eine Relativgeschwindigkeit, allerdings relativ zu etwas, von dem man meint, es mit höherer Berechtigung als stationär betrachten zu können als einen anderen Körper.
Auf der Erde bezieht man alles auf sie, obwohl man weiß, dass sie sich bewegt.
Wenn man in einem Auto Sitzt das 100km/h schnell fährt und einen Ball mit 100km/h nach vorne wirft, wäre der Ball ja insgesamt 200km/h schnell.
Falsch! Du darfst Geschwindigkeiten nicht so addieren. Zwar ist die Differenz zu 200 km/h gering und kann praktisch vernachlässigt werden, aber nicht theoretisch, und du nutzt ja die falsche Rechnung für eine Theorie.
Ja deine Überlegung ist vollkommen richtig und genau dieses Gedankenexperiment hat auch Albert Einstein gemacht.
Die Prämisse ist das die Lichtgeschwindigkeit IMMER Konstant ist, daran gibt es nichts zu rütteln.
Geschwindigkeit ist Weg durch Zeit. Allerdings wenn man die Zeit verändert dann stimmt die Rechnung wieder.
Ein Obejekt was nahe Lichtgeschwindigkeit sich bewegt, da wird die Zeit verlangsamt.
Ja deine Überlegung ist vollkommen richtig...
Nicht ganz, denn die Idee, das Licht verlasse das Auto nicht, trifft nicht zu. Auch der Insasse des Autos wird c messen.
Die Prämisse ist das die Lichtgeschwindigkeit IMMER Konstant ist, daran gibt es nichts zu rütteln.
Sie ist aber nicht nur konstant, sondern auch invariant unter einer Umrechnung in das Ruhesystem des Fahrzeugs. Erst das ist SRT.
Deine Überlegung ist richtig. Du würdest das Licht der Taschenlampe allerdings nicht sehen.
Wusstest du das man übrigens bis heute nicht die einfache Lichtgeschwindigkeit messen konnte. Sondern immer nur Lichtgeschwindikeit mal 2?
Fand ich hochinteressant:
Deine Überlegung ist richtig. Du würdest das Licht der Taschenlampe allerdings nicht sehen.
Nein. Man muss hier immer nach dem Bezugssystem unterscheiden.
Für den Beobachter im Fahrzeug würde sich das Licht mit Lichtgeschwindigkeit von ihm entfernen.
Für den externen Beobachter in dessen Bezugssystem sich das Fahrzeug mit Lichtgeschwindigkeit bewegt wäre das Licht gleich schnell wie das Fahrzeug aber unendlich Rot oder Blauverschoben je nach Bewegungsrichtung.
Eine der wichtigsten Aussagen der Relativitätstheorie und davon kommt auch der Name ist, dass es kein ausgezeichnetes Inertialsystem gibt. Die Beobachtungen müssen also in jedem Inertialsystem gleich sein ganz egal ob es sich gegenüber einem anderen Inertialsystem mit Lichtgeschwindigkeit bewegt. Die Betrachungsunterschiede kommen erst zustande wenn man das selbe Experiment in unterschiedlichen Bezugssystemen betrachtet.
Laut Definition gibt es uberhaupt kein Inertialsystem.
Dort steht das es 2 Kräfte freie Körper sind die unendlich weit voneinander entfernt sind.
Diese Körper gibt es nicht.
Dort steht das es 2 Kräfte freie Körper sind die unendlich weit voneinander entfernt sind.
Woher hast du denn die Definition?
Die Definition eines Inertialsystems ist einfach nur, dass keine Scheinkräfte wirken. Wikipedia beschreibt es daher als
Ein Bezugssystem in der Physik heißt Inertialsystem (von lateinisch inertia für „Trägheit“), wenn jeder kräftefreie Körper relativ zu diesem Bezugssystem in Ruhe verharrt oder sich gleichförmig (unbeschleunigt) und geradlinig bewegt. Kräftefrei bedeutet, dass der Körper keine Kräfte von anderen Objekten erfährt oder diese sich insgesamt aufheben, sodass die resultierende Kraft Null ist.
Was eben genau dem oben genannten entspricht.
Ein Inertialsystem ist also mehr oder weniger nur ein Bezugsystem welches nicht beschleunigt wird.
Ergänzung: Absolut bedeutet, dass jeder Beobachter in jedem Bezugssystem, egal wie schnell er sich selber bewegt, immer den "vollen" Wert für die Lichtgeschwindigkeit misst und nicht etwa irgendwelche Differenzen zur eigenen Geschwindigkeit. Das, weil kein Beobachter selber die Lichtgeschwindigkeit ganz erreichen kann und sich die relative Raumzeit entsprechend anpasst.