Licht hat immer die gleiche Geschwindigkeit, selbst wenn sich das emittierende Objekt bewegt?
Die Erde bewegt sich um die Sonne, das Sonnensystem bewegt sich um das Zentrum der Milchstraße und die gesamte Milchstraße bewegt sich wiederum um einen anderen Mittelpunkt (wo ist hier eigentlich die Grenze?). Alles natürlich mit einer gewissen Geschwindigkeit, weshalb die Erde sich dementsprechend schnell bewegt.
Wenn man jetzt einen Test auf der Erde mit Laser in zwei entgegengesetzten Richtungen macht, kommt die selbe Lichtwellenlänge heraus. Sorry Leute, das kann man natürlich wesentlich fachspezifischer beschreiben. Mich würde außerdem dieser Test mit unserer Sonne als emittierendes Objekt interessieren. Sie dürfte ihr nach vorn strahlendes Licht vor sich "herschieben"? Aber anscheinend ja nicht!*
Ich möchte nun wissen, weshalb hier kein Unterschied ist. Derjenige, welcher diesen Versuch mit dem Laser bestätigt hat, spricht in diesem Kontext die Relativität an. Genau hier springt auch meine Faszination an. Bitte erklärt mir das jemand.
Liebe Grüßeee
*Wow, ich glaube ich bekomme bei diesem Gedankenexperiment gerade eine greifbare Vorstellung von Relativität. O.O
2 Antworten
Hallo AlexandPeace,
grundsätzlich ist Fortbewegung laut klassischer Mechanik relativ. Bewegen sich zwei Körper bzw. Beobachter B und B' geradlinig- gleichförmig relativ zueinander und ist v› die Geschwindigkeit von B' relativ zu B, so können wir ebensogut B' als ruhend und B als mit −v› (gleiches Tempo, entgegengesetzte Richtung) bewegt ansehen.
GALILEIs Relativitätsprinzip (RP) sagt aus, dass die grundlegenden Beziehungen zwischen physikalischen Größen (nichts anderes sind Naturgesetze) in einem von B aus definierten Koordinatensystem Σ und in einem von B' aus definierten Koordinatensystem Σ' identisch sind.
Ein besonderes Bezugssystem...und die gesamte Milchstraße bewegt sich wiederum um einen anderen Mittelpunkt (wo ist hier eigentlich die Grenze?).
Man könnte den Kosmischen Mikrowellen- Hintergrund (CMB), der erst in den 1960ern entdeckt wurde, als ein besonderes Bezugssystem betrachten, relativ zu dem sich das Sonnensystem mit ca. 370km/s, also rund 1,24×10⁻³c, bewegt.
Man muss aber beachten, dass sich diese Bewegung nicht mit ausschließlich physikalischen Methoden nachweisen lässt, nur mit modernen astronomischen Beobachtungen.
Ideen zur LichtausbreitungLicht hat immer die gleiche Geschwindigkeit, selbst wenn sich das emittierende Objekt bewegt?
Ursprünglich waren zwei Theorien zur Lichtausbreitung "auf dem Markt":
- Der Emissionstheorie oder ballistischen Theorie zur Folge sollte Licht aus kleinen Teilchen (Korpuskeln) bestehen, die sich relativ zur Quelle immer mit demselben Tempo c bewegen. Dies ist konsistent mit dem RP, wirft aber die Frage auf, ob und, wenn ja, warum sie immer c haben sollten und nicht ganz unterschiedliche Tempos.
- Der Wellentheorie zur Folge besteht Licht aus Wellen, die sich relativ zu einem Medium namens (Welt-) Äther immer mit c ausbreitet, also unabhängig von der Bewegung der Quelle. Dies ist konsistent mit der MAXWELLschen Elektrodynamik, aber es müsste dann Abweichungen vom RP geben, wenn man sich relativ zum Äther schnell genug bewegt.
Tatsächlich hätte man bei einigen Experimenten (Stichwort MICHELSON- MORLEY- Experiment, kurz MMX) schon aufgrund der Bewegung der Erde um die Sonne mit ca. 10⁻⁴c eine solche Abweichung finden müssen, fand aber keine.
Das brachte FITZGERALD und LORENTZ auf die Idee, dass der hypothetische Äther Längen bewegter Maßstäbe derart beeinflusse, dass auch ein relativ zu ihm bewegter Beobachter bei einer Messung der 2-Wege- Lichtgeschwindigkeit immer auf c kommt (F-L- Kontraktion oder Längenkontraktion).
LORENTZ erkannte später auch, dass der Äther auch relativ zu ihm bewegte Uhren verlangsamen müsse (Zeitdilatation), sodass ein relativ zu ihm bewegter Beobachter seine eigene Bewegung nicht nachweisen kann. Er entwickelte die LORENTZ- Transformationen zur Umrechnung zwischen den Ruhesystemen zweier relativ zueinander bewegter Körper bzw. Beobachter.
GALILEI meets MAXWELLEINSTEIN schließlich gab die Idee des Äther ganz auf und benutze nur noch das RP und postulierte "zusätzlich", dass sich Licht sowohl relativ zur Quelle als auch relativ zu einem beliebigen Empfänger immer mit c bewege.
Nun besteht Licht aus elektromagnetischen Wellen und die unterliegen direkt MAXWELLs Grundgleichungen der Elektrodynamik. Das macht die Lichtausbreitung mit c zu einem Naturgesetz, d.h., EINSTEIN hätte das Postulat auch direkt aus dem RP ableiten können.
Wenn man jetzt einen Test auf der Erde mit Laser in zwei entgegengesetzten Richtungen macht, kommt die selbe Lichtwellenlänge heraus.
Für einen mit der Quelle, sprich, dem Sendegerät bzw. der Erde mitbewegten bzw. relativ zu ihr unbewegten Beobachter ja. Ein Beobachter, der sich relativ zum CMB nicht bewegt, wären die Lichtwellen schon leicht unterschiedlich, wenn ein Strahl in und der andere gegen die momentane Bewegungsrichtung der Erde geschickt wird.
Für das Licht der Sonne gilt dasselbe. Auch die Sonne kann als ruhender Körper angesehen werden.
Die sogenannte Lichtgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, mit der Realität sich ausbreitet. Nichts was Ruhemasse* hat kann diese Geschwindigkeit erreichen, und nur weil Photonen keine Ruhemasse haben, haben sie diese Geschwindigkeit, daher der Name.
Der Name kommt auch daher, dass man früher glaubte, das Licht brauche ein absolut stationäres Medium, in dem sich elektromagnetische Wellen ausbreiten (so wie Schallwellen in Luft), den sog. Äther. Die Frage, woran so ein stationärer Äther räumlich festgemacht sei, führte zum Michelson-Morley Experiment, bei dem eigentlich erwartet wurde, dass mit der Geschwindigkeit der Erde durch den Äther unterschiedliche Geschwindigkeiten des Lichts in unterschiedliche Richtungen gemessen würden. Überraschung: kein Unterschied, also kein Äther (es sei denn er würde zufällig ausgerechnet an der Erde festgemacht sein). Daraus geht nicht nur hervor, dass es keinen Äther gibt, sondern dass diese Geschwindigkeit eine in allen Inertialsystemen gleiche Naturkonstante und damit nicht überholbar ist, denn wenn man versucht den Strahl einer Taschenlampe mit dem Auto zu überholen, ist er relativ zum Auto genauso schnell wie relativ zur Taschenlampe.
Erst hier setzt die spezielle Relativitätstheorie an, die mit recht einfacher Mathematik (Lorentz-Transformationen) darlegt, was das für Auswirkungen auf Zeiten und Längen (und auch die kinetische Energie*) in bewegten Systemen hat.
*) Kinetische Energie von Objekten mit Ruhemasse enthält einen Term der Lorentz-Transformation wie Zeiten und Längen. Wenn man ein Fahrzeug in die Nähe der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt, geht mit wachsender Geschwindigkeit ein immer größerer Anteil der zugeführten Energie in immer weniger Geschwindigkeitszuwachs und lässt für den äußeren Beobachter das Fahrzeug immer träger erscheinen - die Lichtgeschwindigkeit wird nie erreicht.