Teilchen im leeren Raum?
Wenn sich ein Teilchen komplett im leeren Raum bewegt, also komplett ohne Bezug, kann dann überhaupt Bewegung vom 'Nicht-Bewegen' unterschieden werden?
Und wie ist es mit LichtWELLEN im Äther als Ausbreitungsmedium?
3 Antworten
Hallo Mobiltester,
Wenn sich ein Teilchen komplett im leeren Raum "bewegt", also komplett ohne Bezug, kann dann überhaupt Bewegung vom 'nicht bewegen' unterschieden werden?
Nein - und das ist nicht nur „im Luftleeren Raum“ so; Galileis Relativitätsprinzip (RP) besagt, dass sich jegliche konstante Geschwindigkeit (nach Betrag und Richtung) wegtransformieren lässt, da die grundlegenden Beziehungen zwischen physikalischen Größen - nichts anderes sind Naturgesetze - unabhängig vom Bezugssystem sind, dem Koordinatensystem, auf das wir Positionen und Geschwindigkeiten von Körpern beziehen. Jeder Beobachter kann sich selbst also als stationär ansehen, zumindest momentan.
Angenommen, Du fährst in einem Zug mit einer Geschwindigkeit v› an einem Café vorbei, in dem ich Kaffee trinke. Diese Sitution kannst Du (und ich übrigens auch) dergestalt interpretieren, dass die Erde ein riesiges Laufband sei, das sich mit –v› bewegt, sodass der Zug auf der Stelle fährt. Gerade wenn Du nach Westen fährst, hast Du besonders viel Grund zu dieser Interpretation, denn die Erde dreht sich ja Osten, allerdings ziemlich schnell, was man eher mit einem Flugzeug kompensieren könnte.
Diese Interpretationen lassen sich mathematisch als zwei Koordinatensysteme Σ (mit der Erde als „Anker“) und Σ' (mit dem Zug als „Anker“) beschreiben, zu denen übrigens auch die jeweils mit einer stationären Uhr gemessene Zeit t bzw. t' gehört (Raumzeit).
Wir haben also quasi unterschiedliche Zeitrichtungen; was für Dich nur Zeit ist, das ist für mich gleichzeitig räumlich und umgskehrt. Der räumliche Abstand zweier punktueller Ereignisse, also Punkte in Raum und Zeit, ist nämlich Interpretationssache, zumindest wenn sie nicht gleichzeitig sind. Trinke ich in Δt zwei Kaffee an, geschieht das in Σ an einem Ort, in Σ' an zwei um –v›Δt' verschobenen Orten. Dabei ist Δt' eine von einer Uhr im Zug gemessene Zeitspanne, deren Beziehung zu Δt von weiteren Naturgesetzen abhängt.
Nun gilt Galileis Prinzip auch für Maxwells Elektrodynamik. Aus der folgt auch die elektromagnetische Wellengleichung und damit die Lichtgeschwindigkeit c.
Das heißt: Wenn wir beide unabhängig voneinander die Lichtgeschwindigkeit (im materiefreien Raum) relativ zu uns, also unter der Annahme, stationär zu sein, messen, werden wir immer auf c kommen.
Daraus ist ersichtlich, dass auch der Zeitabstand zweier räumlich getrennter Ereignisse Interpretationssache ist und nicht Δt oder der räumliche Abstand Δs(Δt=0) absolut ist, sondern die Minkowski-Abstände
(1) Δτ = √{Δt² – Δs²/c²} ≡√{Δt'² – Δs'²/c²} (zeitartig; reell für c²Δt²≥Δs²)
bzw.
(2) Δς = √{Δs² – c²Δt²} ≡ √{Δs'² – c²Δt'²} (raumartig; reell für c²Δt²≤Δs²).
Diese (uneigentliche) Metrik erinnert stark an die Euklidische Metrik, die auf dem Satz des Pythagoras beruht, allerdings macht das Minuszeichen den Unterschied zwischen Zeit und Raum ausmacht.
Obwohl schon Lorentz und Poincaré Umrechnungsformeln zwischen Σ und Σ' entwickelt haben, die diesem Umstand Rechnung tragen, hat erst Einstein so ganz brontal ausschließlich das RP auf Maxwell angewandt, ohne Rücksicht auf „alte Zöpfe“.
Und wie ist es mit LichtWELLEN im Äther als Ausbreitungsmedium?
Der Äther als Medium im herkömmlichen Sinne ist so ein „alter Zopf“. Man konnte sich Wellen immer nur als etwas vorstellen, das sich als Erschüttrung eines Mediums fortpflanzt. Der Äther müsste freilich ein ungewöhlicher „Stoff“ sein, sozusagen eine Art Hyper-Festkörper, denn Fluide transportieren nur Longitudinalwellen und normale Festkörper Longitudinal- und Transversalwellen; elektromagnetische Wellen sind jedoch rein transversal.
Lorentz glaubte noch an den Äther, schrieb ihm aber natürlich die Eigenschaft zu, seinen eigenen Bewegungszustand zu verschleiern. Seine LÄT (oder LET) ist aber mathematisch und von Vorhersagen für Experimente äquivalent mit Einsteins Spezieller Relativitätstheorie (SRT oder einfach SR), der zufolge die Raumzeit eben die Minkowski-Metrik hat.
In der Allgemeinen Relativitätstheorie (ART oder kurz AR bzw. GR) verallgemeinert noch weiter und beschreibt die Raumzeit als sog. Pseudo-Riemann'sche Mannigfaltigkeit; eine Mannigfaltigkeit ist die Verallgemeinerung einer Fläche, die in sich gekrümmt bzw. verzerrt sein kann, wobei sich inhomogene Gravitationsfelder als solche Verzerrungen ausdrücken lassen.
Eigentlich sollte die Relativitätstheorie übrigens nicht mehr so heißen; es klingt zu „randständig“. Besser hieße sie einfach Klassische Mechanik und Elektrodynamik, und die unter diesem Namen bekannte Newton'sche Physik sollte K.M.u.E. im Newton-Limes heißen.
Seit einem halben Jahrtausend weiß man, daß es keine „absolute Bewegung“ gibt: Du kannst nicht rausfinden, ob Dein Eisenbahnwaggon steht oder fährt, außer Du siehst aus dem Fenster. Und selbst dann kannst Du nicht sicher sein, ob nicht jemand die Landschaft an Dir vorbeizieht.
Man nimmt für solche Vergleiche immer die Eisenbahn und kein Auto, weil sich bei ersterer leichter vorstellen läßt, daß man das Rumpeln der Räder nicht wahrnehmen kann. Dieses Rumpeln entsteht übrigens bei Kontakt mit den Schienen, ist as auch ein Effekt der nichtbewegten Umgebung.
Das Licht bewegt sich ohne einen Äther durch den Raum. Es gibt keinen Äther, das weiß man seit über 💯 Jahren.
Als Bezugssystem haben wir immer die Milchstraße oder die benachbarten Milchstraßen. Deshalb gibt es keinen völlig leeren Raum.
Seit Galilei gibt es die Idee der Relativität der Bewegung.
Die Theorie im leeren Raum ist die Relativität nach Galilei.
Also kann man die Bewegung im leeren Raum nicht erkennen.
Das weiß ich ja :D Aber in der Theorie im leeren Raum..