Was passiert bei Lichtgeschwindigkeit wenn sich zwei Raumschiffe begegnen?

... komplette Frage anzeigen

12 Antworten

Hallo Benadino,

im Alltag addieren wir die Geschwindigkeiten von 2 sich aufeinander zu bewegenden Objekten einfach.
Intuitiv würden wir deshalb die Geschwindigkeiten Deiner beiden Raumschiffe zu einer Relativgeschwindigkeit addieren, die über der Lichtgeschwindigkeit liegt.... und das ist ein falsches Ergebnis.

Der Punkt ist, dass sich Geschwindigkeiten eigentlich NIE einfach addieren - nur bei so niedrigen Geschwindigkeiten wie in unserem Alltag ist das eine sooooo gute Näherung, dass uns nie auffällt, dass wir eigentlich mit der einfachen Addition im Alltag ständig einen Fehler machen.

Tatsächlich gilt immer die Formel für die relativistische Geschwindigkeitsaddition.


v_relativ =  v1 + v2 /(1+ v1 * v2/c²)


(http://homepage.univie.ac.at/franz.embacher/SRT/Geschwindigkeitsaddition.html)

Die Relativgeschwindigkeit bleibt immer kleiner als die Lichtgeschwindigkeit. (Weil für v1 gegen c und v2 gegen c ergibt sich als Grenzwert der Relativgeschwindigkeit 2c/2 = c). Bei sehr kleinen Geschwindigkeiten ergibt sich als Näherung der Formel unser Alltagsfall v_relativ =  v1 + v2

Die Raumschiffe würden also mit weniger als Lichtgeschwindigkeit aneinander vorbeirauschen, wobei die Relativgeschwindigkeit minimal näher an c wäre als die Einzelgeschwindigkeiten.

Das Ganze ist experimentell übrigens sehr gut bestätigt am Zerfall von Pionen. Diese fliegen mit fast Lichtgeschwindigkeit und senden beim Zerfall 2 Photonen in entgegengesetzte Richtungen aus. Wenn man die Zerfälle beobachtet, bei denen ein Photon nach vorne, in Flugrichtung ausgesendet wird und eines nach hinten, dann würden sich die Geschwindigkeiten der Photonen stark unterscheiden, wenn die Relativitätstheorie falsch läge. Tatsächlich zeigen alle Messungen aber mit hoher Genauigkeit, dass sich beide Photonen brav mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. (Nachzulesen ist das sehr schön beschrieben z.B. hier: http://www.relativitätsprinzip.info/experimente/pionen.html)

Was würde man sehen, wenn man aus den Raumschiffen rausschaut?

Man darf hier die Effekte der Längenkontraktion nicht vergessen - Nähert man sich der Lichtgeschwindigkeit, bekommt man einen (farbverzerrrten) Tunnelblick, weil einen nur noch die Photonen von fast von vorne in Flugrichtung erreichen.

Sehr schön kann man sich diese Effekte auf dieser Webseite hier anschauen: Tempolimit Lichtgeschwindigkeit zeigt an Computersimulationen, wie die Welt aussähe, wenn wir mit fast Lichtgeschwindigkeit unterwegs wären:

http://www.tempolimit-lichtgeschwindigkeit.de/bewegung/bewegung.html

Grüße

Ach ja: P.S.: " und was würde passieren wenn beide Raumschiffe kollidieren?"

Das ist der feuchte Traum jedes Teilchenphysikers am CERN...


Antwort bewerten Vielen Dank für Deine Bewertung
Kommentar von uteausmuenchen
03.05.2016, 01:08

Danke für das Sternchen!!!

=)

0

Hallo Benadino,

Deine Frage enthält eigentlich zwei oder drei Teilfragen, auf die ich im folgenden eingehen will. Deine Hauptfrage wird am Schluss beantwortet.

angenommen zwei Raumschiffe fliegen mit Lichtgeschwindigkeit…

Ich übersetze das mal mit einer Geschwindigkeit, deren Betrag (Geschwindigkeit ist ein Vektor!) der Vakuumlichtgeschwindigkeit c beliebig nahe kommt, um rechnerische Singularitäten zu vermeiden.

…an einander vorbei was würde der Insasse sehen wenn er aus dem Fenster guckt?

Entweder nichts oder, wenn er in Fahrtrichtung blickt, einen gleißend hellen Lichtpunkt, der das Licht des gesamten Universums mit Ausnahme mitbewegter Objekte enthält.

Aberration/Retardierungseffekte

Je schneller wir uns relativ zu Lichtquellen bewegen,
desto stärker scheint deren Licht stärker von vorn zu kommen. Das nennt
man Aberration.

Das lässt sich grob damit vergleichen, dass
man durch vertikal fallenden Regen fährt; relativ zu einem selbst kommt
der Regen dann nämlich schräg von vorn.

Natürlich man immer auch sich selbst als ruhend betrachten und davon ausgehen, dass es die umgebenden Lichtquellen sind, die sich relativ zu einem selbst bewegen. In diesem Fall ist die Aberration als Retardierungseffekt zu interpretieren.

Man sieht ja der Körper nicht da, wo er jetzt ist (was immer "jetzt" bedeutet), sondern wo er war, als ihn das jetzt gesehene Licht verlassen hat. Kommt er auf uns zu, so erscheint er uns weiter weg, als er es jetzt ist. Daher ist der Winkel, den sein Bild mit der Fahrtrichtung bildet, kleiner, und er scheint im Übrigen auch schneller näher zu kommen, als das tatsächlich der Fall ist (Stichwort "Überlichtschnelle Quellen").

Das Licht, das sie nach vorn aussenden, ist stark gebündelt, weshalb man ihn nicht etwa wegen seiner Entfernung schwächer, sondern stärker sieht als ein nicht mitreisender Beobachter.

Frequenzverschiebung

Dabei ist das Sichtbare daran die Strahlung, die der ein nicht mitbewegter Beobachter allenfalls als Radiowellen detektieren könnte. Was der sieht, ist im Bezugssystem eines Raumfahrers harte Gammastrahlung. Die genaue Formel ist

f_B =  f_S·√{1–(v/c)²} / {1−(v/c)·cos(α)},

wobei

f_S die Frequenz des Lichts im Koordinatensystem der Quelle (source)
f_B die Frequenz des Lichts im Koordinatensystem des Beobachters und
α der Beobachtungswinkel ist.

Bei v = c lässt sich das nicht berechnen, das wäre das, was ich mit der rechnerischen Singularität meine. Die Größe wächst mit v→ c über alle Schranken.
Dazu passend würde man jeden Vorgang an Bord eines sich nähernden Schiffes wie im Zeitraffer ablaufen sehen.

Das alles wäre übrigens auch in einem Newtonschen Universum so; die Einsteinsche Zeitdilatation mildert diesen zu erwartenden Effekt ab.

Zum Unterschied zwischen Differenz- und Relativgeschwindigkeit

würden sie mit doppelter Lichtgeschwindigkeit aneinander vorbei rauschen?

Nein. Die Differenzgeschwindigkeit beider Raumschiffe, betrachtet oder vielmehr berechnet (man sieht ja nie, wie es "jetzt" ist) im Koordinatensystem eines dritten Beobachters, relativ zu dem sich beide Schiffe gleich schnell bewegen, kann in der Tat jeden Wert unter 2·c annehmen.

Dies ist aber nicht das, was man unter der Relativgeschwindigkeit versteht, die Geschwindigkeit eines Körpers bezogen auf das Ruhesystem eines anderen. Diese kann nur Werte unter 1·c annehmen.

Die Lorentz-Transformationen zeichnen sich dadurch aus, dass sie c invariant lassen. Lorentz-transformiert man also eine Geschwindigkeit mit dem Betrag c von einem bisher als ruhend betrachteten Koordinatensystem K in ein relativ zu K mit v bewegtes Koordinatensystem K', so kommt wieder eine Geschwindigkeit mit dem Betrag c heraus, selbst wenn |v| nahezu gleich c sein sollte.

Antwort bewerten Vielen Dank für Deine Bewertung

Kein Raumschiff kann Lichtgeschwindigkeit erreichen.

Es kann nur beliebig lange stark beschleunigt werden.

Geschwindigkeit als solche gibt es gar nicht: Es macht immer nur Sinn, davon zu sprechen, wie schnell sich ein Raumschiff relativ zu einem bestimmten anderen Objekt - einem Stern etwa - bewegt.

Wie hoch die Geschwindigkeit des Raumschiffs einem Beobachter erscheint, ist davon abhängig, wie schnell sich das Raumschiff ihm gegenüber bewegt. Diese von ihm gemessene Geschwindigkeit wird stets kleiner sein als die des Lichts.

Antwort bewerten Vielen Dank für Deine Bewertung
Kommentar von Benadino
21.04.2016, 13:16

also ist Geschwindigkeit relativ klingt logisch

0

Exakt mit Lichtgeschwindigkeit kann sich keine Masse bewegen, denn dazu wäre eine unendliche Energiemenge nötig. Also nehmen wir an, die beiden Raumschiffe fliegen mit 99% Licht, okay? Ein derartiges Tempo nennt man "relativistische Geschwindigkeit" und dann passieren seltsame Dinge. Eigentlich passieren die bei jeder Geschwindigkeit, aber nur bei sehr hohem Tempo kann man es tatsächlich feststellen.

Die Geschwindigkeiten addieren sich nicht einfach, die Raumfahrzeuge begegnen sich also nicht mit 2 mal 99% - also 198% Lichtgeschwindigkeit. Die Formel ist ein wenig komplizierter: https://de.wikipedia.org/wiki/Relativistisches\_Additionstheorem\_f%C3%BCr\_Geschwindigkeiten

Geschwindigkeiten addieren sich also nicht zu 100% Lichtgeschwindigkeit, sondern man kommt dieser Geschwindigkeit nur immer näher.


Antwort bewerten Vielen Dank für Deine Bewertung
Kommentar von GanMar
21.04.2016, 12:25

mich interessiert nur was passieren würde wenn es möglich wäre?

Da es nach aktuellem Stand der Physik nicht möglich ist, gibt es momentan auch kein physikalisches Modell, welches diese Situation beschreiben würde.

Wenn ich also sagen würde, sobald sich ein Raumschiff exakt mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, verwandelt sich der Mond in grünen Käse, wäre diese Behauptung zumindest heute mit keinem Naturgesetz zu widerlegen.

2
Kommentar von SlowPhil
22.04.2016, 15:13

Ein derartiges Tempo nennt man "relativistische Geschwindigkeit" und dann passieren seltsame Dinge.

Im Grunde sind diese Effekte nicht so merkwürdig. Eine Geschwindigkeit nahe, von oder gar über c in einem Newtonschen Universum würde die Welt noch viel merkwürdiger aussehen lassen. Der scheinbare Zeitraffer und die optische Längendehnung, die ein sich näherndes Objekt nach Newtons Mechanik zeigen müsste, werden durch die durch die SRT vorausgesagten Effekte abgemildert, die Welt sieht bei v(¬≪)c »normaler« aus als nach Newton zu erwarten wäre. 

Eigentlich passieren die bei jeder Geschwindigkeit, aber nur bei sehr hohem Tempo kann man es tatsächlich feststellen.

Das gilt nicht für alle Effekte, insbesondere im Falle des Elektromagnetismus.

Wenn sich eine Probeladung q entlang eines stromdurchflossenen Leiters mit v bewegt, interagiert sie mit dem durch den Strom erzeugten Magnetfeld B und wird dadurch mit der Lorentzkraft

F = q·v × B

angezogen oder abgestoßen, je nach Ladung und Bewegungsrichtung.

Da F auch in ihrem eigenen Ruhesystem auf sie wirken muss (anderenfalls gäbe es entweder zwei Realitäten oder man hätte einen leicht gewinnbaren Nachweis eines absolut ruhenden Systems), dort aber nicht als Lorentzkraft interpretierbar ist, muss man annehmen, dass es in diesem Fall tatsächlich eine elektrostatische Kraft ist.

Da der Leiter in seinem Bezugssystem aber elektrisch neutral ist, muss angenommen werden, dass die lineare Ladungsdichte stark bezugssystemabhängig ist. Dies lässt sich mit der Lorentz-Kontraktion erklären, so winzig diese bei Alltags-Geschwindigkeiten auch ist.

(https://de.wikipedia.org/wiki/Spezielle_Relativit%C3%A4tstheorie#Lorentzkraft)

Um das zu verstehen, ist es hilfreich, sich klar zu machen, welch rohe Kräfte hier tatsächlich am Werk sind:

  • 1 Mol Elementarladungen hat fast 10⁵C.
  • Zwei Kugeln mit je 1C Ladung würden sich auf 1m Abstand mit1/4πε₀r² = c²µ₀/4πr² = 9×10¹⁶m²/s² · 4π×10⁻⁷V/Cm/(4π m²)= 9×10⁹J/m = 9×10⁹Nanziehen oder abstoßen.

Wenn man so liest, dass eine ganz alltägliche Sicherung gegen einen Stromfluss von über 10 oder 16 Ampère absichert, verliert man aus dem Blick, wie viel ein Coulomb wirklich ist.

1

Wenn ein Raumschiff mit genau Lichtgeschwindigkeit fliegt, und jemand aus dem Fenster schaut, dann kann er nur das sehen, das direkt auf seiner Flugbahn vor ihm liegt, sonst gar nichts. Wenn ein anderes Raumschiff einen Meter weiter links genau gleich schnell in die gleiche Richtung fliegt, kann er es dennoch nicht sehen, weil das Licht nicht schnell genug wäre dafür.

Stell dir vor, du hast zwei Autos bei einem Autorennen, die gleichschnell in die gleiche Richtung fahren. Wenn beide jetzt Schallgeschwindigkeit erreichen, dann kann kein Auto das andere mehr hören, weil sie genauso schnell sind wie der Schall. Naja, eigentlich ein bissch mehr als Schallgeschwindigkeit, weil die Autos ja Fahrtwind machen.  Aber irgendwann ist auf jedenfall es nicht mehr möglich, sich gegenseitig zu hören.

Bei einer Kollision würden natürlich beide Raumschiffe komplett zerstört. Bei so großen Energien enstehen neue Teilchen, die wieder zerfallen, auch Antimaterieteilchen. In Teilchenbeschleunigern kann das beobachtet werden, allerdings mit Atomen anstatt Raumschiffen.

Antwort bewerten Vielen Dank für Deine Bewertung

Er würde ein Raumschiff "sehen" (physiologische Faktoren mal ausgenommen), dass mit Lichtgeschwindigkeit vorbeifliegt. Das Raumschiff ist aber aufgrund der Zeitdilatation und Lorentzkontraktion, die sich aus der allgemeinen Relativitätstheorie ergibt, stark verzerrt und in die Länge gezogen.

würden sie mit doppelter Lichtgeschwindigkeit aneinander vorbei rauschen?

Nein sie würden nur mit Lichtgeschwindigkeit aneinander Vorbeifliegen, klingt zwar nach der gängigen Physik (Newtonsche Mechanik) unlogisch, aber so ist es nunmal.

Selbiges gilt auch für ein Auto dass auf eine Lichtquelle zufährt. Das Auto fährt mit 200km/h und selbst wenn man es unendlich genau messen könnte, das Licht würde "nur" mit Lichtgeschwindigkeit ankommen, egal ob das Auto steht oder sich bewegt. Also nicht mit Lichtgeschwindigkeit + 200km/h oder so.


was würde passieren wenn beide Raumschiffe kollidieren?


Du kannst dir ja mal die kinetische Energie so eines Schiffes berechnen (k-Faktor nicht vergessen) und dann nachsehen was da so rauskommt.

Wir haben das mal mit einem Raumschiff gerechnet dass sich mit 99% der Lichtgeschwindigkeit bewegt und mit einem Kieselstein kollidiert. Die Auftretende Energie war in der Größenordnung der stärksten jemals gebauten Wasserstoffbombe. (Ich glaube die Kollision war um den Faktor 1.3 stärker)


Antwort bewerten Vielen Dank für Deine Bewertung
Kommentar von SlowPhil
22.04.2016, 15:37

Höchst plausibel, auch schon bei vergleichsweise "kleinen" Geschwindigkeiten von "nur" 0,8c (Lorentz-Faktor: 5/3). 1kg Masse entspricht knapp 25 TWh oder rund 22 MT TNT-Äquivalent, und Tsar Bomba hat zwischen 50 und 60 MT freigesetzt, also ungefähr 2,5kg reine Energie.

Auf ungefähr den Wert kommt man auch, wenn man sich einen unelastischen frontalen (oder sollte ich hier sagen brontalen) Stoß zwischen zwei Massen von je etwa m=1,86kg mit je v=0,8c rechnet. Die kinetische Energie jedes Stoßpartners "wiegt" dann 2/3m=1,24kg, was sich zu 2,48kg aufaddiert.

1

Frage 1.Teil: gar nichts...siehst du das Licht, wie es aus der Glühbirne kommt und dann den Boden erhellt? Der Mensch ist gar nicht dafür geschaffen solche Geschwindigkeiten zu erfassen, warum solltest du dann ein Raumschiff erkennen, das mit 299792458 m/s an dir vorbei rauscht?

Bei Kollision? - Wahrscheinlich Kernfusionen...eine Explosion im Weltall halte ich für unwahrscheinlich, wahrscheinlich wäre eher ein Brei der in beide Richtungen wieder austritt.

Antwort bewerten Vielen Dank für Deine Bewertung
Kommentar von Mepodi
21.04.2016, 13:10

Du glaubst also dass bei einer derartigen Kollision etwas übrig bleibt? :D

0
Kommentar von SlowPhil
22.04.2016, 14:01

…eine Explosion im Weltall halte ich für unwahrscheinlich,…

Ich nicht. Nicht bei Kollisionsgeschwindigkeiten nahe c.

…wahrscheinlich wäre eher ein Brei der in beide Richtungen wieder austritt.

Kein Brei, eher ein sehr heißes Plasma. Eine ganze Menge bislang geordneter kinetischer Energie wird auf einen Schlag in Wärme verwandelt.

0

Ich denke mal wenn die aneinander vorbeifliegen sieht der Insasse nur einen kleinen Blitz wenn er genau hinguckt oder vielleicht auch nichts :D

Und wenn sie kollidieren gehen die denke ich mal kaputt :D da sie ja schnell sind, aber das Material bleibt ja fest :D

Antwort bewerten Vielen Dank für Deine Bewertung

Wenn es möglich wäre, wäre alles möglich.

Die Welt funktioniert halt nicht nach Pippi-Langstrumpf-Art:
Widde-Widde-Wie-Sie-Uns-Gefällt.

Dann kommt halt ein Wörchterhall-Kuboltz und fängt dich wech.
Belege mir das Gegenteil!

Antwort bewerten Vielen Dank für Deine Bewertung
Kommentar von Benadino
21.04.2016, 19:21

war der Apfel echt so schwer?

0
Kommentar von SlowPhil
22.04.2016, 16:05

Wenn es möglich wäre, wäre alles möglich.

Nicht unbedingt. In einem Newtonschen Universum wäre v=c und sogar v>c möglich, nicht aber etwa das Perpetuummobil von Lucas dem Lokomotivführer.

Die Welt funktioniert halt nicht nach Pippi-Langstrumpf-Art:
Widde-Widde-Wie-Sie-Uns-Gefällt.

Sei nicht immer so destruktiv, nur weil jemand eine Frage stellt, die aus der Sicht eines alten Physik-Hasen "dumm" erscheint. Das sind sie nicht, im Gegenteil. Fragen wie diese bieten die Gelegenheit, etwas genauer zu erklären, und deshalb liebe ich sie.

Dafür hasse ich Autoritätsargumente und Dogmatismus, selbst wenn die zugrunde liegende Sicht der Dinge korrekt ist bzw. ich ihr zustimme. Will heißen: Wenn jemand abgekanzelt wird, weil er "v≥c" auch nur in den Mund zu nehmen gewagt hat, und dies nicht mit einer sauberen Begründung, sondern mit einem "isso! der Meister hat es gesagt"-Nichtargument "begründet" wird, werde ich ihm beispringen, und zwar auch um der RT selbst willen.

Einstein und seine Theorien brauchen keine "Autorität". Sie haben die besseren Argumente für sich.

1

Man würde vermutlich garnix sehen sowas kann das Auge garnicht erfassen ^^

Antwort bewerten Vielen Dank für Deine Bewertung

na ja wie dem auch sei

Hier wird alles dazu erklärt, viel Spaß beim anschauen...

Antwort bewerten Vielen Dank für Deine Bewertung

Laut einer Doko Sendung welche ich auf YouTube gesehen habe
soll sich die Geschwindigkeit nicht addieren.

Lichtgeschwindigkeit , bleibt Lichtgeschwindigkeit..

Also wenn sich 2 Raumschiffe mit ca. 300.000 km/s begegnen so
bleibt die Geschwindigkeit bei 300.000km/s

Nicht wie beim Auto... der eine fährt 80 und der andere ebenfalls 80 also summiert sich der Aufprall auf 160km/h -

Es bleibt bei Lichtgeschwindigkeit ....

Aber wie gesagt, es ist nur Theorie und auch nur das was die auf dem Video gesagt haben

Antwort bewerten Vielen Dank für Deine Bewertung
Kommentar von DerDieDasDash
21.04.2016, 12:13

Nein.. Wenn zwei Autos mit 80Km/h aufeinander fahren liegt die Aufprallgeschwindigkeit bei 80km/h..

0