Relativitätstheorie?
Vorab: Ich bin kein krasser Physiker nur ein 10. Klässler der sich für Physik interessiert. Wir hatten letztens einen Exkurs in eine Uni und da habe ich eine Frage gestellt, die ich mir schon länger gestellt habe und zwar, wenn ich auf einem ruhenden Objekt stehe und in den Weltraum gucke, wo gerade ein Raumschiff mit Lichtgeschwindigkeit auf mich zu fliegt, kann ich es sehen oder bin ich tot bevor ich es sehen kann, da es in mich rein geflogen ist. Diese Frage konnte selbst der Physikdozent oder wir auch immer die heißen, nicht beantworten.
8 Antworten
Hallo Peterschmidt88,
mich wundert eigentlich, dass ein Physikdozent eine eigentlich einfache Frage nicht beantworten kann:
wenn ich auf einem ruhenden Objekt stehe...
Jeder Körper lässt sich als zumindest momentan ruhend interpretieren. Wenn er inertial ist, d.h. keiner Beschleunigung unterliegt, kann man ihn als Bezugskörper auszuwählen und als ruhend ansehen.
Allerdings kann statt eines solchen Körpers B ein relativ zu B mit konstanter Geschwindigkeit v› bewegter Körper B' als ruhend und B als mit −v› bewegt angesehen werden, ohne dass sich an den grundlegenden Beziehungen zwischen physikalischen Größen (nichts anderes sind Naturgesetze) dadurch etwas änderte. Dies ist GALILEIs (!) Relativitätsprinzip (RP), auf dem auch die Spezielle Relativitätstheorie (SRT) beruht.
...und in den Weltraum gucke, wo gerade ein Raumschiff mit Lichtgeschwindigkeit auf mich zu fliegt, kann ich es sehen oder bin ich tot bevor ich es sehen kann, da es in mich rein geflogen ist.
Letzteres, wenn es direkt auf Dich zufliegt. Schließlich wäre es ja genauso schnell wie das von ihm ausgesandte oder reflektierte Licht und würde gleichzeitig bei Dir ankommen. Dazu bräuchte es allerdings unendlich viel kinetische Energie, denn für das Tempo v eines Körpers relativ zu unserem Bezugskörper gilt
(1) v = c∙√{1 − E₀²/(E₀ + Eₖ)²},
wobei E₀ seine Ruheenergie (bis auf den konstanten Faktor c² mit seiner Masse identisch) und Eₖ seine kinetische Energie ist. Dies ergibt sich durch Umrechnung des LORENTZ- Faktors
(2) γ := 1/√{1 − v²⁄c²} = (E₀ + Eₖ)⁄E₀
nach v. Allerdings kann das Tempo v eines Körpers (etwa des Raumschiffes) theoretisch beliebig nahe an c herankommen, wenn Eₖ so groß ist, dass wir E₀ dagegen vernachlässigen können.
Das scheinbare Tempo v*, mit dem Du das Raumschiff auf Dich zukommen siehst, ist
(3) v* = v/(1 − v⁄c).
Wenn es beispielsweise insgesamt das 86400fache seiner Ruheenergie hätte (sodass eine Sekunde Eigenzeit einem Tag B- Koordinatenzeit entspricht), wäre
(4) v = c∙√{1 − 1,34×10⁻¹⁰} ≈ c∙(1 − 6,62×10⁻¹¹) ≈ c(1 − ⅔∙10⁻¹⁰)
und damit gut 2cm/s langsamer als das von ihm ausgehende Licht. Sein scheinbares Tempo wäre v* ≈ 1,5×10¹⁰c, d.h., wenn Du es in 15 Milliarden Lichtsekunden ≈ 475 Lichtjahren Entfernung zum ersten Mal sähest, wäre es eine Sekunde später schon mit Dir kollidiert bzw. an Dir vorbei.
Vermutlich würde Dich allein das von ihm ausgehende Licht schon umbringen, da es in den Röntgenbereich verschoben wäre, denn seine Frequenz ist um den Faktor
(5) K = √{(1 + v⁄c)/(1 − v⁄c)} ≈ √{3}∙10⁵
erhöht.
die zeit zwischen dem eintreffen eines (optischen) signals und dem eintreffen des raumschiffs geht gegen null, wenn die geschwindigkeit des raumschiffs gegen die lichtgeschwindigkeit geht.
mit der relativitätstheorie hat das so weit mal gar nichts zu tun, das kannst du in deinem ruhesystem auch ganz einfach klassisch rechnen. (bzw. ist es exakt analog zu akkustischen signalen und schallgeschwindigkeit)
ich war nicht dabei, und ich weiß nicht wie du deine frage und er seine antwort formuliert hat, und wer wen missverstanden hat.
Es heisst ganz einfach das dein Auge nichts über c wahrnehmen kann. Dein Gehirn könnte weitaus mehr "Daten" verarbeiten. Dein Auge kann aber nicht soviele "Daten" liefern wie das Gehirn verarbeiten kann. Es ist Unterfordert. Ist wie mit deinem Gehör, es kann begrenzt Schwingungen wahrnehmen und im Gehirn in Schall umsetzen.
Du würdest das Objekt nicht sehen. Aufgrund der Zeitdilatation wäre das Objekt quasi instantan hier, was gleichbedeutend mit dem Umstand ist, dass du es erst siehst wenn es bei dir ist.
Der Dozent hat aber irgendwas davon geredet, dass Geschwindigkeiten wieder relativ zur Lichtgeschwindigkeit sozusagen schneller sein können
Das verstehe ich jetzt nicht ganz was er damit gemeint haben könnte. Relativgeschwindigkeiten sind immer kleiner oder maximal gleich der Lichtgeschwindigkeit.
Mit der sog. Zeitdilatation (das Wort ist irreführend) hat dies nicht viel zu tun. Wäre ein Objekt so schnell wie das Licht, das von ihm ausgeht, würde es auch gleichzeitig mit ihm ankommen. Das wäre auch laut NEWTONscher Mechanik so.
Natürlich ist es mit der newtonschen Mechanik auch so. Allerdings finde ich die Erklärung darüber einfacher weil es dann verständlich ist, dass die Ankunft vom Beobachter aus instantan ist, weil einfach jede Zeitspanne auf t = 0 komprimiert wird.
Klar kann man auch sagen, das Licht bzw die Information welche das Objekt aussendet können nicht schneller als es selbst sein, was dann am Ende auf das selbe führt.
Ja du wärst tot siehst es aber. Eine Gewehrkugel siehst du kommen. Dein Auge und dein Gehirn können die Geschwindigkeit wahrnehmen. Einfach ohne Schnickschnack erklärt. Bei V über 299 792 km pro sec. kann dein Gehirn das nicht mehr verarbeiten. Du siehst es nicht. Zu Schnell. Dein Gehirn hat eine begrenzte "Rechenleistung" die mit V über c nicht mehr errechnet werden kann. Mit e=mc2 wollte Einstein die proportionalen Massen zu einander "relativieren". Bedeutet ganz einfach das fehlende Massenenergie durch kinetische Energie kompensiert werden kann.
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
Im Vakuum ohne Widerstand kann c übertroffen werden. Einstein behauptete nichts könne schneller als das Licht fliegen. Wenn stimmt was im CERN festgestellt wurde ist Einstein widerlegt. Neutrinos sollen 0,0025% über c geflogen sein.
Danke für die Antwort. Nun verstehe ich nur nicht, warum der Physikdozent in der Uni mir die ja anscheinend so einfache Frage nicht beantwortet konnte und gesagt hat man müsste einen Experten zum Thema Relativitätstheorie zu Rate ziehen. Er meinte irgendwas davon, dass man bei Lichtgeschwindigkeit eben nicht wie konventionell bei normalen Geschwindigkeiten rechnen könnte. Am Ende meinte er, er glaube man müsse dass Raumschiff sehen, da die Geschwindigkeit des Lichts, welches vom Raumschiff in das Auge fällt, relativ zur Gewchwindigkeit des Raumschiffs ist. Was das genau heißt weiß ich aber leider nicht.