Frage von Giulia215, 99

Welchen Einfluss hat die Gravitation auf die Zeit und warum wird Licht durch Gravitation abgelenkt, Wie wurde diese Lichtablenkung überhaupt nachgewiesen?

Antwort
von Aleqasina, 55

Die Ablenkung der Lichtstrahlen wurde durch den Vergleich von Sternpostionen am normalen Nachthimmel mit denen bei einer totalen Sonnenfinsternis nachgewiesen.

Wenn der Lichtstrahl eines Sterns an einem Gestirn wie der Sonne vorbei muss, wird er durch die Sonnemasse abgelenkt. D. h. der Stern scheint al einer anderen position zu sein als sonst. Tagsüber ist das wegen der allgemeinen Helligkeit nicht zu beobachten, aber bei einer Sonnefinsternis geht es.


Expertenantwort
von PWolff, Community-Experte für Physik, 13

Zum Nachweis wurde schon einiges gesagt (Sonnenfinsternis, Fixsternpositionen). Zusätzlich: Streng genommen keine Ablenkung, aber elektromagnetische Strahlung verändert ihre Frequenz, wenn sie in einem Gravitationspotential auf- oder absteigt (terrestrisch: Pound-Rebka-Experiment).

Tiefer im Gravitationspotential verläuft die Zeit langsamer. (Das lässt sich schon aus der speziellen Relativitätstheorie herleiten, mit sehr geringen Zusatzannahmen: wenn der "relativistische Eisenbahnzug" beschleunigt, werden von außen gesehen die hinteren Waggons stärker beschleunigt als die vorderen, was äquivalente Effekte auch vom Zug aus gesehen hat.)

Diese Verlangsamung der Zeit ist schon ausreichend für die Ablenkung von der geraden Bahn im Gravitationsfeld, ähnlich wie ein Fahrzeug in Richtung des "schwierigeren" Straßenbelags abgelenkt wird; dies kann man sich gleichermaßen für Teilchen wie für Wellen klarmachen. Im Grenzfall folgt dann auch der senkrechte freie Fall.

Antwort
von azmd108, 41

Zeit ist relativ, das wissen wir mittlerweile. Das heißt, die Zeit vergeht an unterschiedlichen Orten unterschiedlich schnell, es gibt nicht DEN Bezugsort im Universum für die Zeit.

Gravitation ist die Krümmung des Raumes bzw. der Raum-Zeit. Das heißt, alles was sich "innerhalb" dieses Raumes befindet, wechselwirkt auch damit. 

Die folgende Erläuterung dient jetzt nur dem einfacheren Verständnis:

Stell dir vor (abstrakt gesehen), du hast einen kleinen Kasten, auf jeder Seite ein Spiegel. Wenn du nun ein Photon(Licht) in diesen Kasten entlassen würdest, würde es die ganze Zeit vom linken zum rechten Spiegel fliegen. Wir definieren die Zeit, die das Photon von links nach rechts braucht, jetzt der einfachheithalber mal als 1 Sekunde. So.

Wenn du jetzt zwischen diese beiden Spiegel eine große Masse legst bzw. der Raum gravitativ wirkt, sich also krümmt, muss das Photon diese Krümmung mit durchlaufen. Es braucht also etwas länger um vom linken zum rechten Spiegel zu gelangen und umgekehrt, beispielsweise 2 Sekunden. Diesen Effekt kann man schon auf sehr hohen Bergen auf der Erde nachweisen. Grund dafür, wir sind weiter vom Erdmittelpunkt entfernt, somit wirkt die Gravitation ein ganz kleinwenig geringer, aber messbar geringer. Die Zeit vergeht langsamer. Das ist der Einfluss der Gravitation auf die Zeit.

Eine Basissekunde ist übrigens die Zeit, die ein Lichtstrahl benötigt um eine Strecke von 299 792 458 m zu durchlaufen, jedenfalls definieren wir sie so.

Kommentar von azmd108 ,

Gleiches gilt übrigens für hohe Geschwindigkeiten. Je schneller du dich bewegst, desto langsamer vergeht die Zeit. Die Erklärung dafür ist dieser mit der Gravitation ähnlich.

"Schnell" meint im Verhältnis zur Lichtgeschwindigkeit.

Kommentar von gilgamesch4711 ,

Und das ist noch die Näherung für schwache Krümmung. Wenn der Raum nur stark genug gekrümmt ist, zerreioßt er dir jeden Kasten - das mit dem kasten bitte nicht allzu wötlich nehmen.

Kommentar von PWolff ,

Der Einfluss hoher Geschwindigkeiten ist symmetrisch (d. h. von zwei sich begegnenden Zügen beobachten die Reisenden beider Züge, dass die Vorgänge im jeweils anderen Zug langsamer ablaufen), der Einfluss der Gravitation nicht.

Kommentar von Astroknoedel ,

Das ist leider falsch.

Antwort
von PhotonX, 38

In der Nähe großer Massen läuft die Zeit langsamer. Das Licht wird abgelenkt, weil es Geodäten folgt und die in einer gekrümmten Raumzeit nicht mehr gerade sind. Geodäten sind kürzeste Verbindungen zwischen zwei Punkten, zum Beispiel auf einer Sphäre sind es Großkreise.

Die Lichtablenkung wurde gemessen, indem die Position eines Sterns bestimmt wurde, dessen Licht sehr nah an der Sonne vorbeilaufen musste. Nachdem die Sonne viel heller ist als der Stern, wartete man dafür auf eine Sonnenfinsternis. Die Position des Sterns war dann nicht ganz dort, wo man sie sonst erwartet hätte: http://www.leifiphysik.de/sites/default/files/medien/lichtablenkung_quantenobjek...

Kommentar von gilgamesch4711 ,

  DAS ist nämlich genau der Unterschied. Stell dir vor, der Raum sei mit einem brechenden Medium erfüllt. Nach dem ===> Fermatprinzip besitzen Photonen ein Zentralnervensystem und ein Großhirn.

   Das Photon denkt nach:

   " Wenn ich von A nach B will. Wie schaffe ich diesen Weg möglichst schnell? " ===> Eikonalfunktion

   Denn die Lichtgeschwindigkeit ( LG ) ist eine funktion der Brechzahl. Außerdem hast du ===> dispersion; die Brechzahl hängt i.A. von der wellenlänge ab ( Prisma ! )

   Dagegen bei Einstein ist das Problem ja 4-nicht 3-dimensional. Das Licht folgt einer ===> Nullgeodäte; und die relativistische Lichtablenkung ist auch ===> achromatisch, wenn man sie denn mit gewöhnlicher Lichtbrechung vergleichen will

  ( Äquivalenzprinzip; alle Photonen fallen gleich schnell. )

Antwort
von gilgamesch4711, 15

  Uhren können nach verschiedenen Prinzipien arbeiten. Z.B. unterliegen Sand-und Pendeluhr der örtlichen SchwereBESCHLEUNIGUNG . Außerdem hängt die Pendeluhr ja noch von der Pendellänge ab.

   Trotzdem käme niemand auf den Gedanken zu sagen, die Zeit hänge von der Gravitation ab, bloß weil die Sanduhr im Flachland schneller rieselt als auf dem Mont Blanc, wo sie weiter vom Erdmittelpunkt entfernt ist . . .

   Die Einsteine Gravitations-Rotverschiebung ist eine Art ===> Doppler-Effekt. Stell dir vor, ein Photon kommt aus einem Stern raus. Dann muss es doch erst mal das Gravitationspotenzial überwinden. Und nach der Quantenformel

       E  =  h  v       (  1  )

   äußert sich der Energieverlust in einer Rotverschiebung. Sämtliche Spektrallinien, die du siehst auf der Oberfläche dieses Sterns, erscheinen um den selben Faktor rot verschoben. ALSO sagst du, die " Atomuhren " auf diesem Stern ticken um diesen Rotfaktor langsamer.

   Jetzt wirst du kaum für möglich halten, dass man diesen Effekt im irdischen Schwerefeld nachweisen kann. ===> Rudolf Mössbauer gelang genau dies an einem 100 m hohen Schornstein mit Hilfe der von ihm entwickelten Resonanzabsorption.

   Mössbauers Größtes ist übrigens der ===> transversale Dopplereffekt; in einen ===> Plattenspieler baute dieses Bastelgenie ein zusätzliches Zahnradgetriebe ein. Mittels einer Gangschaltung konnte er den Plattenteller runter regeln bis auf eine Umdrehung pro Jahrtausend, womit es ihm gelang, genau die Geschwindigkeit abzupassen, bei welcher der transversale Effekt ( Uhrenparadoxon; Zeitdehnung ) auftritt.

     Es gibt so Witze wie: Auch die Newtonsche Physik sagt ja eine Lichtablenkung voraus; bloß in Einsteins ART ist sie einen Faktor 2 größer wegen der Raumkrümmung, welche in der klassischen Rechnung ja unberücksichtigt bleibt. Der Witz sagt jetzt aus

   " Und bloß wegen diesem Faktor 2 bürde ich mir den ganzen Apparat der ART auf - da stehen Aufwand und Ergebnis in keinem vertretbaren Verhältnis mehr zueinander . . .  "

    Überall kannst du es nachlesen. 1919 rüstete SIR Arthur Eddington eine Safari nach Afrika aus, um anlässlich einer totalen Sonnenfinsternis Einsteins Vorhersage zu überprüfen.

   " Einstein wachte auf und war berühmt. "

   Es war ja die Zeit unmittelbar nach dem 1. Weltkrieg. Wenn man sich fragt, wie der Adolf möglich war: Es war die Kollektiverfahrung, dass wir Deutsche Parias waren.  In kein Land der ===> Entente durftest du auswandern, und deutsche Wissenschaftler wurden auf internationalen Konferenzen systematisch boykottiert.

   Eddington selber sah sich heftigen Schmähungen ausgesetzt, dass er sich auf die ART einlasse. Immerhin sei der DEUTSCHE Staatsbürger Einstein " Vertreter einer Feindnation " . . .

   In guter alter britischer Tradition entgegnete Eddington, es gehe ihm nur um die Sache; um die Wissenschaft. Nationale Egoismen hätten da völlig hintan zu stehen.

   Heute hat die NASA übrigens viel genauere Werte; du schickst einen Radarstrahl streifend an der Venusoberfläche entlang. Aus der Laufzeitverzögerung kannst du dann schon die relativistische Ablenkung hoch rechnen.

Kommentar von ThomasJNewton ,

Und was soll uns das sagen? Heutzutage?

Heutzutage sind die selbsterwählten Deppen die größte Gefahr. Alles lässt sich nachlesen, und immer mehr sehen nur kranke Verschwörungen.

Dabei sind die offensichtlichen seit Jahrtausenden die gleichen. Die Mächtigen erhalten und erweitern ihre Macht. Das ist ein normaler Vorgang, nichts geheimnisvolles.

Krank ist nur, wenn sich die Mehrheit der Krankheit ergibt. Und diese kranke Mitläufer- und Nachplapperfraktion geht in die Millarden.

Und wenn die Formatierung nicht stimmt, ist die Software schuld. Welch ein Affentheater, wie das früher hieß. Ohne PC gegen Primaten.

Antwort
von FragaAntworta, 22
Antwort
von noname68, 35

an solchen elementaren fragen beißen sich hochgradige wissenschaftler sein jahrzehnten die zähne aus.

dass licht von gravitation abgelenkt wird, hat man schon deutlich nachgewiesen, auch schwarze löcher sind ein realer beweis. raum, zeit und gravitation stehen im zusammenhang und haben wechselseitigen einfluss, aber das lässt sich leider nicht mit ein paar worten erklären.

Kommentar von UlrichNagel ,
an solchen elementaren fragen beißen sich hochgradige wissenschaftler sein jahrzehnten die zähne aus. 

Sehr richtig! Und selbst eine unlogische "Zeitkrümmung" wird wohl niemals bewiesen werden! Wenn die Unmöglichkeit bestehen würde, dass ich mit Lichtgeschwindigkeit auf die Erde knalle und dabei 300.000 km in der sec zurück gelegt habe, dann ist diese 1 sec. die Echtzeit und nicht verändert!

Kommentar von gilgamesch4711 ,

  Zu Ulrich Nagel. Vielleicht spürst du ja etwas richtiges; bei ===> Vladimir Fok heißt es

   " Der Gang einer Uhr wird nicht von der RT bestimmt, sondern von ihrem Konstrukteur, dem Uhrmacher. Die RT ist überhaupt nicht in der Lage, den Gang einer Uhr vorher zu sagen. "

   Weißt du, was ein ===> Koan ist im japanischen ===> Zen Buddhismus? Ich hab mir auch mal eines ausgedacht:

   " Dornröschen setzt sich einen Schuss. "

   Gesetzt den Fall, es gebe ein Hormon, welches das liebe Dornröschen in 100-jährigen Winterschlaf versetzt. Ei was kann denn da die RT dazu? Prinzessinnen kommen nicht vor in den Formeln der RT . . .

   Die Zeitschrift " Physik in unserer Zeit " gibt mir im Übrigen Recht; dort heißt es

  " Wie konstruiert man eine Uhr? In einer Nullserie baue ich ( mindestens ) drei Demokopien von dem Mechanismus. Die Praxis wird dann weisen, wie groß die ===> relative Ganggenauigkeit ist. "

   Desen Typ Uhr bezeichnet die RT als Koordinatenuhr ( Zeitkoordinate ) diese Uhr ist völlig willkürlich; ich selbst spreche immer von der Affenuhr:

  " Zeiger, Zifferblatt, Kurbel und ein Zahnradgetriebe. Eine Arretierung möge allerdings verhindern, dass die Affenuhr aus Versehen rückwärts läuft. Und jetzt stellst du einen Aff an die Kurbel; und der dreht die . . . "

   Konstitutiv für die RT ist ja die Eigenzeit. Hier liegt irgendwo der Hase im Pfeffer; z.B. fortgeschrittene Bücher suchen systematisch den Eindruck zu erzeugen, eigenzeit sei etwas Besonderes, weil sie ===> skalar ist. Gerade auf Photonen lässt sie sich aber nicht verallgemeinern, da es ja kein Bezugssystem gibt, welches sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt. Für Licht zu beschreiben, verbleibt dir daher nur die Affenuhr . . .

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