Frage von MarccraMMarc, 48

Raumschiff und Laser?

Ein Raumschiff, auf dem ein Laser montiert ist, fliegt mit halber Lichtgeschwindigkeit. Wie schnell ist das Licht des Lasers für einen stehenden Beobachter und einen im Raumschiff?

Gesucht ist die Geschwindigkeit des Laserlichts für das Raumschiff und die Geschwindigkeit des Lasers für den stehenden Beobachter.

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von SlowPhil, Community-Experte für Physik, 6

Gesucht ist die Geschwindigkeit des Laserlichts für das Raumschiff und die Geschwindigkeit des Lasers für den stehenden Beobachter.

Was bedeutet »stehender Beobachter«? Gemäß dem bereits von Galilei (!) stammenden Relativitätsprinzip gibt es keine Ruhe oder Bewegung an sich, die man schon rein physikalisch (also ohne etwa aus einem Fenster zu schauen, falls das verwendete Labor überhaupt eines hat) voneinander unterscheiden könnte, sondern nur Ruhe und Bewegung relativ zu einem gegebenen Bezugssystem K_A.

Wenn nun ein anderes, gegen K_A nicht gedrehtes Koordinatensystem K_B sich mit einer konstanten Geschwindigkeit |v› = (v;0;0) relativ zu K_A bewegt, so kann man ebenso gut sagen, dass sich K_A relativ zu K_B mit -|v› = (-v;0;0) bewegt.

Übrigens kann dies nicht nur ein relativ zu K_B ruhender Beobachter B sagen, sondern auch der in K_A ruhende Beobachter A. Entgegen der üblichen Sprechweise im Rahmen von Erörterungen der RT ist niemand gezwungen, sich selbst als den Ruhenden anzusehen. In Praxi switchen wir meist hin und her, etwa wenn wir mit dem Zug reisen. Vom Platz zum Bordrestaurant gehe ich mit 1m/s und berücksichtige dabei nicht, dass der Zug selbst mit viellleicht 50m/s unterwegs ist. Ich käme aber selten auf die Idee, für Vorgänge außerhalb des Zuges allen Ernstes den Zug als Bezugssystem zu verwenden und den Rest der Welt als riesiges Laufband anzusehen - auch wenn ich es natürlich könnte.

Angenommen nun also, beide seien Physiker, dann müssen unter sonst gleichen Bedingungen gleiche Experimente dieselben Resultate zeigen. Die Naturgesetze in K_A und sind identisch.

Im 19. Jahrhundert entdeckten J.C. Maxwell und Andere die Grundgesetze der Elektrodynamik und leiteten aus ihnen her, dass Licht aus elektromagnetischen Wellen besteht. Auch ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit c geht aus diesen Gesetzen hervor und ist daher selbst ein Naturgesetz.

Das konnte nur die Konsequenz haben, dass das Relativitätsprinzip auch für die Mechanik nur näherungsweise für kleine Geschwindigkeiten oder eben auch für die Elektrodynamik gilt. Erstere Annahme ließ sich experimentell nicht bestätigen (u.a. Michelson, Morley, 1887), und so blieb nur die Möglichkeit übrig, dass sich Licht relativ zu K_A und zu K_B gleichermaßen mit c ausbreitet und man |v› nicht einfach addieren kann.

Die Antwort lautet also für beide Beobachter:

c = 299792458 m/s.

Dass dann die räumlichen und zeitlichen Maßstäbe nicht von |v› unabhängig sein können, versteht sich von selbst. Dies führte zu den Lorentz-Transformationen und der SRT.

Antwort
von unhalt, 26

Nicht relativistisch hätte das Laserlicht 1,5 fache Lichtgeschwindigkeit.

Relativitisch hat Licht immer die selbe Geschwindigkeit nämlich etwa 300000 km/s, jedoch verändert sich die Wellenlänge (=Farbe) des Laserstrahles für den "stehenden" Beobachter, während der Beobachter im Raumschiff keinen unterschied sieht, der Laser leuchtet für ihn einfach ganz normal.

lg

Antwort
von newcomer, 27

kommt darauf an ob das Raumschiff zum Beobachter hinfliegt oder sich von ihm entfernt

Kommentar von MarccraMMarc ,

es fliegt forbei

Antwort
von Gehilfling, 24

Schwierig, da beim Abschuss eines Objekts von einem fahrenden Objekt, das Geschoss die Offset-Geschwindigkeit der Kanone ebenfalls hat.

Sprich, der Laser müsste 1.5-fache Lichtgeschwindigkeit haben. Das geht ja sogesehen nicht und wie es beim "Abschuss" von Licht aussieht...könnte auch wieder ganz anders aussehen.

Antwort
von Ursusmaritimus, 30

Laser hat 1LG und Raumschiff 0.5LG für den stehenden Beobachter

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