RAumzeitkrümmung erklärt?
Ja, ich verstehe es: desto schneller man wird, desto langsamer verläuft die Umgebung um einen bla bla bla. Haben wir alle gelernt. ABER "Wieso?", denn ja jeder kann sich die grundlegenden Regeln hnd Erkenntnisse merken, aber das wichtigste -für mich ist immer das Warum.
Ich stelle es mir wie folgt vor:
Wenn ich in einem Auto sitze und das Auto vor mir schneller ist (Beschleunigung), entfernt es sich immer weiter. Wenn wir nun beide mit konstanter selber Geschwindigkeit fahren und die Umgebung ignorieren, sieht es so aus, als würde das Auto vor mir an einer Stelle bleiben. Wenn ich nun beschleunige, dann wird das andere immer langsamer. Ab einem bestimmten Punkt so langsam, dass ich 2000km/s zurück lege und er nur 100m/s. Für ihn ist dann eine Sekunde auf seiner Strecke verlaufen, bei mir doch aber auch? Wenn man es sich wie einen Graphen vorstellt, dann würde ich weiter in der Strecke(Raum) sein, er weniger aber auf doch auf der gleichen Zeit?
Naja, was dagegen spricht ist, dass dann die "Kästchen" bei der Raumzeit kürzer werden, da man für ein so ein Kästchen (der ja bspw. y= Raum und x= Zeit entspricht) weniger Zeit braucht, d.h. bspw. mehr Meter pro Kästchen zurücklegt.
Die zweite Überlegung war, dass ich auf gleicher Strecke schneller bin als der andere, so wäre für mich weniger Zeit vergangen für die selbe Strecke.
Und die letzte ist, dass man was ich gerade mit den Autos beschrieben habe auf das Licht übertragen kann. Wenn ich immer schneller werde und mich von etwas weg bewege, dann wird es mir langsamer erscheinen, da das Licht später ankommt (vorallem bei Geschwindigkeiten nahe Lichtgeschwindigkeit) als das Licht auf welches ich zu fahre.
Irgendwie schaffe ich es nicht alles zusammen zu puzzeln. Ich könnte jetzt wie alle anderen inklusive meiner Physiklehrer sagen, dass es eif. so ist, aber ich will es verstehen. Irgendwo fehlt ein Puzzel in meinen Überlegungen. Liegt es alleine am Licht wieso es uns die Umgebung langsamer dann vorkommt?
7 Antworten
Hallo Bestimmtnichtso,
um zu erklären, warum Uhren auf tieferem Gravitationspotential langsamer gehen als auf höherem, brauchst Du nicht unbedingt die Krümmung der Raumzeit zur Erklärung heranzuziehen; es reicht das Äquivalenzprinzip.
Wenn Du in einer Kabine in einem Raumschiff physikalische Versuche durchführst und dabei Gewicht spürst, kannst Du nicht unterscheiden, ob der Antrieb nur läuft, um einem Gravitationsfeld zu widerstehen und das Raumschiff in der Schwebe zu halten, oder ob das Raumschiff im freien Weltraum konstant beschleunigt.
Wenn Du letzteres annimmst und vom Boden der Kabine (also eigentlich der Rückwand) ein Signal nach vorn schickst, muss dieses Signal die Decke (also Vorderwand) einholen, und währenddessen beschleunigt das Raumschiff weiter, sodass das Signal eine mit niedrigerer Frequenz ankommt.
Schickst Du von der Decke der Kabine ein Signal zum Boden, kommt dieser dem Signal beschleunigt entgegen, sodass das Signal mit höherer Frequenz am Boden ankommt.
Wenn ich in einem Auto sitze und das Auto vor mir schneller ist (Beschleunigung),...
Beschleunigung bedeutet nicht, dass das Auto vor Dir schneller ist, sondern dass sich seine Geschwindigkeit ändert. Seine Weltlinie (WL), also praktisch der Graph in Deinem Raum-Zeit- Diagramm, ist dann keine Gerade, sondern eine Kurve, bei konstanter Beschleunigung eine Parabel (solange das Tempo sehr viel kleiner als c bleibt).
Wenn wir nun beide mit konstanter selber Geschwindigkeit fahren und die Umgebung ignorieren,...
Musst Du gar nicht. Du kannst die ganze Landschaft auch als riesiges Laufband auffassen. Besonders, wenn Du schnell genug nach Westen fährst (respektive fliegst), kannst Du sagen: "Ich bleibe an Ort und Stelle, die Erde dreht sich unter mir weg."
...sieht es so aus, als würde das Auto vor mir an einer Stelle bleiben.
Tut es auch, relativ zu Dir. Fortbewegung ist relativ.
Wenn ich nun beschleunige, dann wird das andere immer langsamer.
Nein, es fährt aus Deiner Perspektive rückwärts, und zwar immer schneller. Wenn ihr aber beide so beschleunigt, sodass euer Abstand konstant bleibt, gilt wieder das, was ich oben geschrieben habe: Schickst Du ihm ein Signal, kommt es mit etwas niedrigerer Frequenz an, weil ihr in der Zwischenzeit beide ein winziges bisschen schneller geworden seid. Schickt Dir der Pilot des Autos vor Dir eines, kommt es aus demselben Grund mit etwas höherer Frequenz bei Dir an.
Hab mich paar Mal falsch ausgedrückt. Naja, lag dann trotzdem nicht ganz nah. Danke!
Frequenz ist Anzahl der Schwingungen pro Sekunde. Sie ist umgekehrt proportional zur Wellenlänge.
Achso, hmmm. Wie beeinflusst die Beschleunigung denn die Freuqenz eines Signals?
Wie ich es beschrieben habe: Wenn das Signal von hinten/unten nach vorn/oben wandert, ist das Raumschiff in der Zwischenzeit ein klein wenig schneller geworden, und das Signal kommt mit etwas geringerer Frequenz an.
Bei einem Signal von vorn/oben nach hinten/unten erhöht sich die Frequenz geringfügig.
ABER "Wieso?"
Das liegt letztlich daran, dass die Lichtgeschwindigkeit endlich ist und nichts schneller sein kann als die Lichtgeschwindigket.
Darüber hat sich auch schon Albert Einstein gewundert. Warum das so ist und warum die Lichtgeschwindigkeit genau den Wert hat, den sie hat, ist immer noch eines der großen ungelösten Rätsel der Physik. Wer das rauskriegt, dem ist ein Nobelpreis sicher.
Einstein hat die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit einfach als gegeben vorausgesetzt, hat das mit weiteren Erkenntnissen z.B. von Ludwig Boltzmann kombiniert und hat daraus dann die Schlüsse gezogen, die als Relativitätstheorie bekannt wurden.
Hmmm, das sieht mir nach einem Karriereziel aus. Meine Neugier hält es nicht mehr aus
Ähhhhhmmmmm, die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum lässt sich durch die Formel: c=1÷sqrt(my0×epsilon0) berechnen.
Deshalb hängt c von der Vakuumpermittivität -und Abilität ab.
Das hängt mit den Quantenfluktuationen zusammen.
Womit du allerdings einen Zirkelschluss produzierst, denn bei der Festlegung der SI-Einheiten wird c als eine Grundgröße genommen und u.a. mit dessen Hilfe wird μ_o berechnet. Jetzt die Formel umzudrehen und nach c aufzulösen mit dem zuvor aus c berechneten μ_o wieder c zurückzurechnen ist eher ein mathematischer Taschenspielertrick.
das ist SRT und hat mit Raumzeitkrümmung nichts zu tun.
Dafür versteht man am besten zuerst die Lichtgeschwindigkeit:
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 Medium, in dem sich elektromagnetische Wellen ausbreiten (so wie Schallwellen in Luft), den sog. Äther. Die Frage, woran dieser 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.
Eine einfache Herleitung der Lorentztransformation gibt es hier:
Genie ist zu 10 % Inspiration und zu 90 % Transpiration soll Einstein gesagt haben.
Bedeutet für dich, dass du die Relativitätstheorie erst einmal lernst. Bei der speziellen dauert das ein verregnetes Wochenende.
Du kannst sie übrigens mit Abi-Mathe allein aus der Tatsache herleiten, dass die Lichtgeschwindigkeit (im Vakuum) konstant ist, für jedes Bezugssystem.
Verstehen und Weiterentwickeln, dafür kann es mal einen Nobelpreis geben.
Einfach nur sein untaugliches intitives Unverständnis aufzubereiten, das führt zu nichts.
Raumzeitkrümmung ist übrigens Thema der Allgemeinen Relativitätstheorie.
Entstehung dieses Gedankengangs war in Deutsch, hatte keine Lust auf Gedichte, also habe ich mich mit Wichtigerem beschäftigt. Naja, jetzt werde ich mich wohl weiterhin mit dem Ganzen beschäftigen, meine Neugier will nicht los lassen.
Einsteins Originalarbeit ist übrigens recht verständlich, durchaus zu empfehlen.
Zumindest der erste Teil, bis es dann zur Elektrodynamik übergeht.
Mit Einsteins Arbeit zur Brownschen Bewegung habe ich den osmotischen Druck zum ersten Mal wirklich verstanden, NACH Biologie- und Chemiestudium.
Hebe ich mir für den Deutschunterricht auf 😉😬 Klingt spannend.
Gedichte sind auch wichtig, da lernt man Leiden.
Andreas Gryphius hat mich fürs Leben stark gemacht.
Du vermengst Sachen
Nach hinten würdest du ohne relativistic he Effekte Dinge langsamer werden sehen, wenn du nahe LG fliegst. Genauso wie das von hinten kommende Licht rotvers hoben wird. Das Licht und daher auch dass was es zeigt wird in der Zeit gestreckt.
Und, die Rotverschiebung passiert und es ist beobachtbar (Ferne Galaxien, von denen wir uns / die sich von uns weg bewegen)
Bewegt sich nun etwas sehr schnell, zB Teilchen im Teilchenbeschleuniger, vergeht die Zeit für diese Bewegenden Dinge langsamer.
Würdest du vo. Außen betrachtet 99,9999% Lichtgeschwindigkeit fliegen, würdest du von außen betrachtet kaum altern. Von deiner Warte aus fliegst du mit hochgradig Pberlicht durch die Gegend. Außer dass Licht aus ALLEN Richtungen mit Lichtgeschwindigkeit zu dir ankommt. Von vorn extrem blau verschoben, von hinten extrem rot verschoben (Gamma- und Radiolicht).
Licht selbst ist nach der Rechnung zeitlos. Das Photon kommt aus seiner Perspektive zeitgleich mit seiner Entstehung an.
Lag dann wohl nicht ganz da neben, aber auch nicht wirklich punktgenau drauf. Hmmm, danke.
Wie lässt sich das mit der Frequenz denn genauer erklären? Ich habe es bezogen auf der Zeit verstanden, aber wieso wird bspw. die Frequenz niedriger. Frequenzen hatten wir leider noch nicht.