Wie ist dies zu erklären?
Wenn man von Spiegel 1 zu Spiegel 2 ein Signal schickt, wieso bewegt es sich im nächsten Moment weiter nach vorne? Wieso winkelt sich das Licht an?
7 Antworten
Hallo Schachbrett123,
das Bild ist nicht ganz korrekt, da die Geschwindigkeit des Raumfahrzeugs ziemlich sicher als konstant gedacht ist, aber das Bild zeigt einen eingeschalteten Antrieb. Außerdem ist es unwahrscheinlich, dass man je ein Raumschiff mit einer Breite von einer halben Lichtsekunde bauen wird.
Wir gehen also davon aus, dass das Raumfahrzeug inertial ist, d.h., dass keine Kraft auf es wirkt. Daher ist seine Geschwindigkeit nach Betrag und Richtung konstant.
Nach GALILEIs Relativitätsprinzip (RP) können wir es als stationär betrachten; dies wird im oberen Bild dargestellt.
Das Lichtsignal legt die Strecke b (Breite des Raumfahrzeugs) mit c von einem Spiegel zum anderen und zurück und braucht dafür nach der Borduhr U' die Zeit Δt' = b⁄c.
Nun wird aber angenommen, dass sich relativ zur Erde das Raumfahrzeug mit der 1D-Geschwindigkeit v = β∙c bewegt. Dabei nimmt es das Licht gewissen mit, sodass es sich – im Ruhesystem der Erde – im Zickzack bewegt.
Es hat also in Bewegungsrichtung des Raumfahrzeugs selbst die Geschwindigkeit v, und da sein Gesamttempo c sein muss, bleibt quer dazu nur mehr
(1) √{c² − v²} = c√{1 − β²}
übrig. Daher benötigt das Lichtsignal nach einer erdgebundenen Uhr U die Zeit
(2) Δt' = b/(c√{1 − β²}) = Δt/√{1 − β²}.
Diese Diskrepanz zwischen Δt' und Δt wird als Zeitdilatation bezeichnet, und das Ganze ist als das Lichtuhr- Gedankenexperiment bekannt.
Du siehst nicht das Licht im Zickzack fliegen. Du kannst Dir ausrechnen, dass sich das Licht genau so bewegen muss.
Wenn ich in einem fahrenden Zug einen Gegenstand fallen lasse, bewegt der sich relativ zum Zug vertikal nach unten. Wenn wir die Bewegungsrichtung des Zuges als x-Richtung bezeichnen, heißt das, dass die x-Komponente der Geschwindigkeit des fallenden Gegenstandes genau der des Zuges entspricht, während die z-Komponente (die vertikale) zunimmt. Relativ zum Erdboden ergeben beide Komponenten eine parabolische Bahn.
Beim Raumfahrzeug, wenn wir dessen Längsrichtung als x-Richtung und die Richtung quer dazu als y-Richtung ansehen, bewegt sich das Licht relativ zum Raumschiff nur in y-Richtung, d.h., die x-Komponente seiner Geschwindigkeit relativ zur Erde muss exakt dieselbe sein wie die des Raumschiffs.
Achsooo, ahhhh. Die weißen Pfeile haben mich komplett aus dem Konzept gebracht. Danke.
Die langen weißen Pfeile unten entsprechen den kurzen weißen Pfeilen oben.
das ist die Sicht des "ruhenden" Beobachters. Für den mitbewegten Beobachter bleibt das Licht zwischen den Spiegeln bei konstantem X, also muss es sich für den ruhenden Beobachter mit dem System des bewegten Beobachters mitbewegen, also bei zeitabhängigem X.
Aus Sicht des Astronauten macht das Licht das was du erwarten würdest, nämlich jedes Mal im 90° Winkel auf die Spiegeloberflächen auftreten, als Beobachter am Boden siehst du, dass das Licht sich mit Rakete, Astronaut und Spiegeln sich mit 90% c nach rechts bewegt.
Am Ende können sich die Beobachter lediglich nicht darauf einigen in welchem Winkel das Licht auf den Spiegel trifft.
Anders gesagt hat aus Beobachtersicht alles innerhalb des Raumschiffs die gleiche Geschwindigkeit mit der gleichen Richtung, lediglich das Licht bewegt sich innerhalb des Raumschiffs.
Stell Dir mal nicht die Rakete vor, sondern das Licht hier auf der Erde. Da ist doch ganz normal, dass das Licht auf der Erde zwischen den Spiegeln gerade hin und her fliegt. OK?
Jo, und wenn Du das aber von der Sonne aus betrachtest, ist da ein kleiner blauer Ball, der fliegt um die Sonne rum und das Licht fliegt auf dem Ball zwischen Spiegeln hin und her. Und natürlich folgt das Licht der Bahn.
Das Licht würde dann doch dann wieder senkrecht von Spiegel zu Spiegl fliegen? Die Spiegel drehen sich mit der Erde, ja, aber das Licht beliebt doch immer zum Verhältnis des Spiegels gleich?
Ja, aber von außen beguckt, wäre die Bahn abschnittweise schräg.
Von Außen betrachte wird also Licht nicht von Trägheit beeinflusst?
Eintrittswinkel gleich Austrittswinkel und da Licht absolut ist und perse kein Ende hat bewegt es sich weiter! Solange dieses nicht durch Hindernisse gestoppt wird!
Der Eintrittswinkel ist 0° (bzw. 90° vom Spiegel ausgesehen), so müsste er wieder den identischen Weg zurück, wie er ihn hin gemacht hat, vervollständigen.
Macht er aus der Sicht des auf der Erde Stehenden aber nicht.
Das ist ja auch falsch, nach der Skizze sieht es nach 30°-40° aus und somit geht es bei 30°-40° auch wieder raus aber auf der anderen Seite, also vereinfacht gesagt Spiegelverkehrt!
Das ist ja fakt und und je nach Betrachtungswinkel scheint es anders zu sein was es aber faktisch nicht ist. Dazu gibt es ja mehr als genug Beispiele die das wiederspiegeln!
Der blaue Pfeil zeigt die Richtung des Lichtsignals, der weiße allerdings wie es für den auf der Erde aussieht. Also ist der Winkel 90° bzw. 0°. Es sieht für den auf der Erde nach 30°-40° aus. Und meine Frage ist: Wieso? Zudem ist diese Ansicht des Lichts vollkommen korrekt, nur eben für das Inertialsystem auf der Erde.
Das Raumschiff nimmt das Licht sozusagen mit. In Bewegungsrichtung des Raumfahrzeugs bewegt sich auch mit v.
Wenn das Licht "die Trägheit" der Rakete "aufnimmt" wieso scheint der Pilot der von Wand zu Wand springt nicht auch sich nach rechts zu bewegen?
Welcher Pilot springt denn von Wand zu Wand? Ist ja egal: Wenn er das tut, bewegt er sich relativ zur Erde auch im Zickzack.
War ein Beispeil, den mein Physiklehrer bringen würde. Danke für die Antwort.
Nimm an, Du gehst in einem fahrenden Zug zwischen den zwei Türen zwischen zwei Abteilungen, also quer zur Fahrtrichtung des Zuges, sagen wir, mit jeweils 1m/s.
Relativ zum Erdboden hast Du gleichzeitig dieselbe Geschwindigkeit wie der Zug in dessen Fahrtrichtung, sagen wir, 30m/s = 10⁻⁷c.
Daraus ergibt sich relativ zum Erdboden die Geschwindigkeit
v› = (vx | vy | vz) = (30 | ±√{1 − 10⁻¹⁴} | 0)
+ oder − je nachdem, zu welcher Tür Du gerade gehst.
Also sieht es von der Erde so aus, als würde die Geschwindigkeit der Rakete das Licht beeinflussen und anwinkeln? Woran liegt das denn? Wodurch entsteht diese Wahrnehmung?
Wenn sich jemand neben der Rakete mit gleicher Geschwindigkeit bewegen würde, dann wäre der Lichtstrahl aber wie bei v=0?