Problemfrage über die Relativitätstheorie?
Ich schreibe bald meine MSA-Präsentationprüfung. Dafür benötige ich ein Thema sowie eine Problemfrage. Das Thema habe ich bereits - Relativitätstheorie(Physik). Mir fällt nur noch die Problemfrage. Ich habe bereits länger nachgedacht mir fiel aber noch nichts ein. Daher dachte ich mir, frage ich mal hier.
Wichtige Zusätze:
Man sollte 30min darüber reden können.
Man sollte eine ordentliche Gliederung verfassen können.
Im Internet genug darüber erfahren und die Frage sollte eine Problemfrage sein also kein Fragewort beinhalten.
3 Antworten
Hallo liquit63,
wahrscheinlich ist diese Formulierung nicht ganz richtig:
...die Frage sollte eine Problemfrage sein also kein Fragewort beinhalten.
Problemfragen sollen offene Fragen sein, nicht welche, die sich einfach mit "ja" oder "nein" beantworten lassen. Und daher enthalten sie natürlich Fragewörter.
Ich stelle mal ein paar Fragen und schreibe etwas dazu. Wichtig ist dabei: Wenn von Koordinatensystemen die Rede ist, geht es um raumzeitliche Koordinatensysteme. Man kann ein Koordinatensystem Σ von einer Bezugsuhr U aus konstruieren, mit drei räumlichen Achsen und der Weltlinie (WL) von U als Zeitachse.
Wie können "Zeitdilatation" und "Längenkontraktion" wechselseitig sein?Bewegen sich zwei Beobachter B und B' mit konstanter Geschwindigkeit relativ zueinander, geht in Σ, dem Ruhesystem von B, die Uhr von B' langsamer, und die Maßstäbe von B' sind in Bewegungsrichtung "verkürzt". In Σ', dem Ruhesystem von B', gilt dasselbe für die Uhren und Maßstäbe von B. Wie kann das sein? Schließlich sollte nach GALILEIs Relativitätsprinzip (RP) beide Koordinatensysteme physikalisch gleichwertig sein.
Des Rätsels Lösung ist, dass "Zeitdilatation" und "Längenkontraktion" keinesfalls ein brontales Gezerre und Gequetsche sind, sondern beides Nebeneffekte der Relativität der Gleichzeitigkeit räumlich getrennter Ereignisse, die unter Abb. 1 erklärt wird.
Nehmen wir zwei Ereignisse €₁ und €₂, die z.B. Anfang und Ende eines Vorgangs sein können. Nur die Eigenzeit, die durch eine lokale Uhr direkt gemessene Zeitspanne Δτ = τ₂ − τ₁ zwischen €₁ und €₂, ist ein echter Abstand.
Die Σ⁽ⁱ⁾- Koordinatenzeit, die von einer in Σ⁽ⁱ⁾ als ruhend beschriebenen Uhr U⁽ⁱ⁾ aus ermittelte (d.h. aus Messwerten berechnete) Zeitspanne Δt⁽ⁱ⁾ = t⁽ⁱ⁾₂ − t⁽ⁱ⁾₁ zwischen den Ereignissen, ist, wie der Name sagt, eine Koordinatendifferenz, gewissermaßen die Projektion des Vorgangs auf die WL von U⁽ⁱ⁾, und zwar entlang von t⁽ⁱ⁾ = const. - Linien (s. Abb.1).
Abb. 1: A, B und C liegen in ihrem gemeinsamen Ruhesystem Σ im jeweiligen Abstand d in einer Linie, B' zieht mit v = c∙β an ihnen vorbei. Sie stehen in Funkkontakt. Besonders interessant sind zwei Signale, die B und B' im Moment t₀ ihrer Begegnung erreichen. In Σ betrachtet müssen die Signale gleichzeitig, zur Zeit t₀ − d⁄c, losgeschickt worden sein. In Σ', dem Ruhesystem von B', ziehen A, B und C als Konvoi an B' vorbei; A muss beim Absenden näher und C weiter entfernt gewesen sein als zur Zeit t'₀ des Empfangs. Daher muss das Signal von C im den Faktor (1 + β)/(1 − β) =: K² älter sein als das von A.
Kann man kontinuierlich beschleunigen oder stößt man an eine Grenze?Natürlich kann man theoretisch – beliebig umfangreiche Ressourcen vorausgesetzt – eine gleichförmige Beschleunigung immer fortsetzen.
Schließlich heißt die Relativitätstheorie deshalb so, weil sie auf dem RP beruht: Jeder Beobachter kann in seinem momentanen Ruhesystem beschleunigen, egal wie schnell er relativ zum jeweils Anderen bereits ist. Das Lichttempo c wird er trotzdem nie erreichen, denn im Ruhesystem des nicht mitbeschleunigten Beobachters fällt die Beschleunigung viel geringer aus.
Abb. 2: Der beschleunigte Beobachter (mit seiner Uhr Ώ) hat eine WL in Form einer sog. RINDLER- Hyperbel, während die des nicht mitbeschleunigten (mit seiner Uhr U) gerade ist. Signale von U erreichen Ώ zunehmend rotverschoben und zeitlich auseinandergezogen, und es gibt ein erstes Signal (entlang der Asymptote der Hyperbel), das Ώ nicht mehr einholt. Es markiert einen (in dem Fall künstlichen) Ereignishorizont (EH).
Das Beschleunigungsszenario lässt sich auch anders interpretieren: Ώ widersetzt sich einem homogenen Gravitationsfeld, in dem alles andere – insbesondere U – frei fällt.
Dies entspricht dem Äquivalenzprinzip (ÄP), das auf der Tatsache beruht, dass sich Gravitationskräfte wie Trägheitskräfte verhalten.
Z.B. "Ist Masse abhängig vom Beobachter?"
Da lassen sich scheinbare Paradoxien aufzeigen und anschließend lösen.
Wenn Münchhausen auf der Kanonenkugel sitzt, und diese leichter ist, als aus Sicht des Beobachters am Zielort, macht die dann unterschiedlichen Schaden?
Angeblich laufen die Ereignisse am bewegten Objekt langsamer ab.
Beim Zwillingsbruder Paradox kommt der Zwillingsbruder weniger gealtert von seinem Flug zurűck.
Wenn nun also alle Ereignisse bei Beschleunigung langsamer ablaufen, dann läuft auch der Antrieb immer langsamer.
Wie kann man dann beschleunigen?
Wenn bei fast Lichtgeschwindigkeit die Ereignisse fast stehen bleiben, wer steuert dann das Raumschiff?
Wenn die Ereignisse bei Lichtgeschwindigkeit fast stehen bleiben und man mit dieser Geschwindigkeit einen Eiswürfel Richtung Sonne schickt, dann ist er ca 8 minuten unterwegs. Er schmilzt aber nicht, weil er angeblich nicht älter wird.
Wenn man ihn nun in eine Umlaufbahn um die Sonne einschwenken lassen könnte wûrde er ohne zu schmelzen um die Sonne kreisen bis die Sonne explodiert.
Was passiert in dieser Zeit mit der Sonnenenergie, die auf den Eiswürfel trifft?
Noch etwas zum rechnen :
Die Zwillingsbrüder essen auf der Erde jeden Tag eine Pizza.
Der eine Bruder möchte nun mit 86,6% Lichtgeschwindigkeit eine Runde von 86,6% eines Lichtjahres fliegen.
Er rechnet also vor dem Start aus das er 1 Jahr unterwegs sein wird.
Er nimmt 365 Pizzas mit an Bord.
Er nimmt auch exakt soviel Treibstoff (Energie) mit um die Runde zu schaffen.
(Er fliegt sofort mit 86,6% Lichtgeschwindigkeit los und stoppt bei der Rückkehr sofort auf 0. Wer will kann Beschleunigungs- und Bremsphase eine Aufgabe ausdenken )
Der Bruder auf der Erde beobachtet den Flug nun 1 Jahr lang und isst 365 Pizzas.
Wieviele Pizzas hat der Zwillingsbruder auf dem Raumschiff gegessen, wenn er die Strecke von 86,6% eines Lichtjahres mit 86,6% Lichtgeschwindigkeit geflogen ist?
Stimmt die angebliche Zeitdilatation dann ist im gleichen Verhältniss auch weniger Treibstoff verbraucht worden. Mit welcher Energie hat er dann die Runde geschafft? Es wäre ja 100% nötig gewesen. ...
Verstehe den Zusammenhang zu deiner Antwort und meiner Frage nicht.