Relativitätstheorie und Lichtuhr?
- An alle Physiker:
Ich habe eine Frage zum theoretischen Gedankenspiels der Lichtuhr: Damit das Postulat der Lichtgeschwindigkeit stimmt (diese muss ja immer gleich sein, dass ist klar und logisch), ergibt sich nur die Zeitdilatation, oder die Längenkontraktion. Nichts anderes-logisch.
Nur, rein theoretisch (!), könnte es ja auch eine Höhenkontraktion geben-dann würde wieder alles stimmen. Oder?
Weshalb gibt es keine Kontraktion der Höhen???? Gibt es da irgendwelche Erklärungen? Oder sehe ich den Wald vor Bäumen nicht???
Danke!
5 Antworten
Hallo Feli18,
wenn man nur das Raumfahrzeug – ich nenne es B' (der Grund dafür wird später erkennbar) betrachtet, auf dem sich die Lichtuhr befindet, ist Deine Idee einer "Höhen-/Breitenkontraktion" um den Faktor
(1) 1⁄γ := √{1 − β²}
(β ist das Verhältnis zwischen dem Tempo*) v des Raumfahrzeugs und dem Lichttempo*) c) auch gar nicht abwegig.
Es geht ja darum, dass ein Beobachter an Bord von seiner eigenen Bewegung nichts merkt. Insbesondere muss für ihn die Lichtuhr denselben Zeitrakt haben, als wenn sein Raumfahrzeug stationär wäre. Dies allein ist grundsätzlich auf zweierlei Arten möglich:
- Deine Idee: Seine Maßstäbe sind quer zur Bewegungsrichtung (die Ausrichtung der Lichttuhr) um den Faktor 1⁄γ, die Maßstäbe in Bewegungsrichtung um den Faktor 1⁄γ² kürzer.
- Die übliche Sichtweise: Jede Uhr an Bord hat einen um den Faktor γ längeren Zeittakt, und Maßstäbe in Bewegungsrichtung sind um den Faktor 1⁄γ kürzer.
Beides würde dazu führen, dass der Beobachter an Bord keinen Unterschied merkt. Es gibt allerdings einen Haken:
Fortbewegung ist relativUm sinnvoll von Geschwindigkeit zu sprechen, braucht man einen Bezugskörper, einen Körper, auf den man Positionen und Bewegungen bezieht, den man also als ruhend betrachtet, vielleicht ein zweites, baugleiches Raumfahrzeug. Das nenne ich B.
Wir denken uns ein von B aus definiertes Koordinatensystem Σ so ausgerichtet, dass die Lichtuhr an Bord von B' in dessen y-Richtung ausgerichtet ist und sich B' in x-Richtung bewegt, also Δx⁄Δt = v = β∙c.
Durch einen der beiden o.g. Effekte merkt ein mitreisender Beobachter nichts von der Bewegung, aber GALILEIs Relativitätsprinzip (RP) sagt noch mehr: Man muss auch B als mit Δx'⁄Δt' = −v = −β∙c (gleiches Tempo, entgegengesetzte Richtung) bewegt beschreiben können. Und dann funzt die ganze Argu nicht mehr, weil die Situation dann nicht symmetrisch wäre, denn B' wäre dann ja in jeder Richtung kleiner als B und wäre dadurch quasi eindeutig als das bewegte zu identifizieren.
-- Baustelle --
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*) Mit dem Wort "Tempo" gebe ich im Deutschen das englische Wort "speed" wieder, das nur aussagt, wie schnell sich ein Körper bewegt. Wenn ich "Geschwindigkeit" sage, meine ich das englische Wort "velocity", das für Geschwindigkeit als Vektorgröße, als Größe mit Richtung, steht.
die Lichtgeschwindigkeit ist nicht immer gleich schnell, aber sie immer die oberste Grenze.
Die Lichtgeschwindigkeit verändert sich beim Durchgang durch verschiedene Materialien. In der Regel verlangsamt sich das Licht, wenn es durch ein Medium wie Wasser oder Glas geht. Die genaue Veränderung der Lichtgeschwindigkeit hängt von den optischen Eigenschaften des Materials ab. In der Optik wird der Brechungsindex verwendet, um das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum zur Lichtgeschwindigkeit im Medium zu beschreiben. Je höher der Brechungsindex eines Materials, desto stärker wird das Licht verlangsamt. In den meisten Alltagsmaterialien liegt der Brechungsindex im Bereich von 1,3 bis 2,5, was einer Verlangsamung der Lichtgeschwindigkeit um etwa ein Drittel bis die Hälfte im Vergleich zum Vakuum entspricht.
genau genommen vergeht für Licht keine Zeit, Licht ist immer jung und neu, auch wenn es langsamer wird, ist es mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs und somit Zeitlos..., wir erkennen es an der Rotverschiebung wenn das Licht lange unterwegs war, aber das Licht selber merkt das nicht...😉😎
Edit; unten kann man keine Bilder einfügen.
Vielleicht hilft dieser Ansatz:
oder die Ergänzung dazu:
Danke! Ich lasse Deine Bilder auf mich wirken lassen. Dann platzt vielleicht der Knoten… sicher….
Es treibt mich gedanklich wirklich herum. Na klar hat Einstein recht… trotzdem…. Immer hinterfragen! Danke nochmal!
Gute Idee, mit diesem Ansatz wurde bereits nach 50 Jahren Einsteins Postulat zu „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation“ verstanden und der LASER als technische Lösung umgesetzt, also immer dran bleiben und hinterfragen....! 👍🏻
die Lichtgeschwindigkeit ist nicht immer gleich schnell, aber sie immer die oberste Grenze.
Nein. Die oberste Grenze ist immer die Vakuumlichtgeschwindigkeit c. In Wasser können z.B. Elektronen, die als β- Strahlung aus Atomkernen katapultiert werden, ein Tempo haben, das zwischen der Lichtgeschwindigkeit im Wasser und c liegt. Das führt zur TSCHERENKOW- Strahlung, einer Art optischem Überschallknall.
richtig!
Hatte auch das Photon gemeint, ist es in einem Medium langsamer, ist es immer noch mit (seiner) Lichtgeschwindigkeit unterwegs, unabhängig davon was sie anderen außerhalb tun... 😉
dann würde wieder alles stimmen
es stimmt auch so alles. Die Kontraktion ist keine Störung einer heilen Welt, das ist die heile Welt.
Weshalb gibt es keine Kontraktion der Höhen
alle beteiligten Geschwindigkeiten sind lineare Vektoren, und die Kontraktion ergibt sich nur in der Komponente entlang der relativen Bewegungsrichtung. Die anderen Komponenten wissen nichts davon.
Die Zeitdilatation mit der Lichtuhr zu erklären hat zwei entscheidende Fehler.
1. Funktioniert das nur für einen Beobachter von der Seite. Ein Beobachter von hinten und von vorne sieht nur das Hoch und Runter im gleichen Tackt.
Also keine Zeitdilatation.
2. Ein Photon hat keine Masse (wie eine Billardkugel ) und wird nicht in Fahrtrichtung mit beschleunigt. Es wird nach dem aussenden senkrecht nach oben steigen, dort senkrecht auf den Spiegel treffen und , nach den Gesetzen der Physik, auch senkrecht wieder zurück geworfen, während der Zug weiterfährt.
Die Längenkontraktion gibt es Physisch auch nicht. Es ist nur ein Optischer Effekt auf. In den Texten zur Relativitätstheorie steht auch nur " ein Objekt ERSCHEINT in der Länge kontrahiert " .
Würde eine Physikalische Längenkontraktion des Raumschiff stattfinden wûrde sich die Dichte, des Materials, ändern.
Somit ist eine Höhenkontraktion nicht nötig, um irgendwas auszugleichen, das sich faktisch nicht geändert hat.
Übrigens bedeutet das Wort "postulat"
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Postulat - Wiktionaryde.m.wiktionary.org › wiki › Postulat
Postulat: Bedeutungen: [1] allgemein: eine Forderung: [2] Philosophie: eine nicht streng beweisbare, aber zur Erklärung eines Tatbestandes geforderte Annahme
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Das bedeutet in diesem Fall das die Relativitätstheoretiker von dir FORDERN diese Lichtuhr exakt genau so zu betrachten wie SIE diese ANNAHME ERKLÄREN ohne sie BEWEISEN zu können.
In der Relativitätstheorie gibt es noch mehr solcher Annahmen bei denen von dir postuliert wird das du sie als bewiesene "Echtheit" betrachtest.
Viele Aussagen der Relativitätstheorie stimmen auch, aber gerade bei der Darstellung das sich die Länge und die Zeit faktisch, physikalisch ändern gibt es extreme ungereimtheiten.
Man kann sogar mit den Formeln der Relativitätstheorie nachweisen, das die Länge und Zeit nur eine scheinbare (optische) Änderung erfährt, aus Sicht der Beobachter. Und genau das sagt auch die Relativitätstheorie.
Die Lichtgeschwindigkeit ist immer gleich. Licht BEWEGT sich immer mit Lichtgeschwindigkeit.
Wenn ein Raumschiff zb mit Lichtgeschwindigkeit fliegen könnte und dann vorne die Scheinwerfer an macht, kann das Licht nicht vom Raumschiff weg.
Beide sind ja Lichtschnell.
Um es besser zu erklären stell dir einen relativ zum Raumschiff ruhende Planeten vor.
Das Raumschiff kommt mit Lichtgeschwindigkeit geflogen.
Gerade als es am Planeten vorbei fliegt schaltet der Pilot die Scheinwerfer an, sagen wir Rote.
Im gleichen Augenblick schaltet auf dem Planeten jemand ein blaues Licht an.
Der Blaue Lichtstrahl ENTFERNT sich also nun mit Lichtgeschwindigkeit vom Planeten.
Das Raumschiff auch mit Lichtgeschwindigkeit
Und der Rote Lichtstrahl auch.
Alle drei fliegen also jetzt gleichschnell , was dazu führt das das Rote Licht sich nicht vom Raumschiff ENTFERNEN kann aber sich mit Lichtgeschwindigkeit BEWEGT.
Wûrde sich nun der Rote Lichtstrahl vom Raumschiff mit Lichtgeschwindigkeit ENTFERNEN wäre er schneller als der blaue Lichtstrahl.
Dazu stellst du dir einfach einen 2. Planten vor, der in Flugrichtung 1 Lichtjahr entfernt ist und rechnest aus wann das Raumschiff, der Rote und der der Blaue Lichtstrahl dort eintreffen.
Die Kernaussagen der Relativitätstheorie sind:
Man kann Information nicht mit Überlichtgeschwindigkeit übertragen.
Die Lichtgeschwindigkeit ist immer gleich.
Was man als Wirklichkeit betrachtet hängt vom Ort der Beobachtung und von dessen Bewegungsgeschwindigkeit ab.
Lg
Weil du doch keine Bewegung in Richtung der Höhe hast.
Die Idee ist die, dass eine "Höhen- oder Breitenkontraktion" um den Faktor 1⁄γ und eine "Längenkontraktion" um den Faktor 1⁄γ² als Alternative zu einer "Zeitdilatation" um den Faktor γ und eine "Längenkontraktion" um den Faktor 1⁄γ dazu führen würde, dass ein mitreisender Beobachter nichts von seiner Bewegung merkt.
Danke für all die Antworten!!! Ich habe intensiv (!) einen Tag darüber nachgedacht und mir die Lichtuhr immer wieder vorgestellt. Und dann leuchtete (Wortwitz…) es mir ein. Gäbe es eine „Höhenkontraktion“, dann würde sich die Strecke des Lichtstrahls zwischen den Spiegeln nicht ändern. Die Lichtgeschwindigkeit ist fest. Also wird trotzdem die Strecke länger. Egal, ob es eine Kontraktion in der Höhe gäbe. Es gibt also nur eine Lösung: Zeit.
Okay. Danke! Sehe ich natürlich ein. Aber bei der Lichtuhr gibt es kein anders Medium als das Vakuum. Mein gedankliches Problem bleibt: Nur die Zeit, oder die Länge kann sich ändern-dann stimmt es. Logisch.
weshalb kann sich nicht die Höhe ändern? Bei der Lichtuhr also die Strecke zwischen den Spiegeln vertikal? Rücken die zusammen, dann stimmt wieder alles-rein (!) hypothetisch.