Frage von weltnabel, 71

Woher "weiß" licht ob sich die Emmissionsquelle bewegt?

Hallo,

solange man nicht gerade per Wurmloch abkürzt oder den Raum krümmt, kann man sich ja nicht von A nach B mit überlichtgeschwindigkeit bewegen. Lichtgeschwindigkeit ist im Kosmos quasi was 100 km/h auf der deutschen Landstraße ist - das mximal erlaubte Tempolimit - gut im Kosmos unüberwindbar.

Wenn sich nun eine Taschenlampe vorwärtsbewegt (z.B. mit 1/10 der Lichtgeschwindigkeit), wird das emmittierte Licht trotzdem nicht schneller (also nicht 1 1/10 Lichtgeschwindigkeit, wie das z.B. bei einer Pistole ja näherungsweise der Fall wäre).

Meine Frage ist nun, woher "weiß" das Licht auf welches "Koordinatensystem" es sich beziehen soll. Voher weiß man im absoluten Vakuum des Weltraums ob man sich bewegt, oder nicht? Selbst unser "still Sitzen" auf der Erde ist ja letztlich nur eine "Illusion", wieviel km/h Stunde habe ich denn gera so lange ich das Tippe ungefähr?

Also wie bestimmt man sozusagen das "Koordinatensystem" XYZ des Weltraums (arbeite Privat viel mit 3D Programmen). Wie kann man stillstand im Weltraum bestimmen, ohne ein Objekt wie z.B. einen Planet oder ein Galaxiezentrum als Relationspunkt zu nutzen? Und wie gelangt diese "Information" zum Licht, dass es nicht "versehentlich" zu schnell wird? Kann man da noch erinnern zu Schulzeiten mal mit Freunden und einem Lehrer über die Ätherfrage diskutiert zu haben. Wobei es anscheinend keinen Äther "geben soll". Stellt man sich die Welt als 3D-Simulation vor (also PC-SPiel), dann wäre der äther ja quasie das XYZ Koordinatensystem der Spieleengine. Nunja ich erwarte jetzt nicht dass mir hier jemand die Frage klärt auf welcher Engine die Existenz läuft und ob es eine Engine (=Gott/Quantenfeld/Bewusstsein) gibt - würde mich aber über Input und Denkanstöße zu dem Thema freuen.

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von Richard30, 25

Das ist ja der Punkt bei der Relativitätstheorie: Es gibt Lt. jener Theorie keinen wirkliches Koordinatensystem im Universum, oder anders gesagt, man könnte jeden Punkt als "Fixpunkt" nehmen, dennoch wären die beobachtungen richtig.

Man würde also immer 2 Punkte benötigen. Wir bewegen uns ja mit der Erde mit waansinniger Geschwindigkeit, aber wir hier auf der Erde spüren davon nix, weil wir selbst uns ja genauso schnell bewegen wie die Erde, wir sind im gleichen Bezugssystem wie unsere Erde. Die Zeit geht bei jeden, der in relation (man muss alles immer in Relation sehen) zur Erde gesehen, stillsteht, gleichschnell.

Ein Flugzeug, bewegt sich in relation zur Erde gesehen, schneller, also vergeht dort auch in relation zur Erde die Zeit schneller.

Das mit dem Licht ist so: Licht ist eine Welle, wenn du noch nix vom Doppler-effekt gehört hast, dann schaue dir nun an, was das ist (Internet als Quelle nutzen). Diesen "Doppler-effekt" gibts auch bei Licht. So kann man z.B herausfinden, ob sich etwas auf uns zugewegt. Wir sehen einen Stern und dessen Licht hat eine etwas kleinere Wellenlänge, als es eigentlich sein sollte, also wissen wir, der Stern bewegt sich relativ zu uns gesehen auf uns zu. Jemand anderes, z.B ein Raumchiff was sich sehr schnell vom Stern wegbewegen würde, würde das Licht des Sternes mit einer größeren Wellenlänge sehen. Es hatt sich also so gesehen nicht wirklich das Lich verändert, sondern nur wie wir es wahrnehmen.

Damit das ganze am Ende wieder mit der Lichtgeschwindikeit stimmt, gibt es noch etwas, was sich Längendelatation nennt. Also gewisse Lägen scheinen verzerrt. Ein Raumschiff (a) das sich in relation zu uns mit fast C (C ist = Lichtgeschwindigkeit) bewegen würde, würden wir sehr stark gequetscht sehen, fast plattgedrück würde es für uns aussehen. Für ein anderes Raumschiff (b) das sich in die gleiche Richtung wie das ander Raumschiff(a) bewegt, würde das eine Raumschiff(a) normal aussehen.

Auch die Crew der Raumschiffe würde die Umgebung anders wahrnehmen als aussenstehende.

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Es ist vll keine perfekte Theorie und erklärt bei weitem nicht alles (es gibt immernoch gewisse Gedankenexperimenten, mit denen es dann schon schwierger wird), aber es ist nunmal das beste was wir derzeit haben. Wissenschaft heist immer, das annerkannte Theorien widerlegt werden und neue kommen, irgendwann wird auch die Relativitätstheorie falsifiziert werden und wir werden eine neue haben, aber bis dahinn, bleibt das unser bester Erklärungsansatz.

Kommentar von PWolff ,

Gut erklärt!

Übrigens kann man diese Effekte auch alle damit erklären, dass der "Ätherwind", also die Bewegung gegen den Äther, die Zeit verlangsamt und die Längen verkürzt. Die Gleichungen hierfür waren schon vor 1905 bekannt, aber Einstein hatte den Mut zu sagen, wenn die Gleichungen schon identisch aussehen, egal, wie man sich gegen den Äther bewegt, und man nicht feststellen kann, wie sich der Äther bewegt, kann man auch gleich die Ätheridee fallen lassen.

Kommentar von Richard30 ,

Aber ich denke das mit dem Äther ist auch deswegen schwierig, weil der ja überall wäre, selbst in einem geschlossenem Gefäs, der müsste auch im subatomaren Bereich sein.

Und die Frage ist dann auch, aus was der Äther besteht, da ist denke ich, bisher die Relativitätstheorie die elegantere Erklärung.

Kommentar von PWolff ,

Und auch wegen dieser Eleganz bevorzugen Physiker die Relativitätstheorie.

Es gab/gibt übrigens auch die Idee, dass der Äther eine reibungsfreie 4-dimensionale Folie oder ein mehrdimensionaler Hyperkörper mit 3-dimensionaler Oberhyperfläche ist, auf der sich unser Universum befindet. Damit fällt das Problem mit der Ätherdurchdringung weg. Aber das Problem, dass der Äther keine Translations-, wohl aber Rotationsträgheit hat, ist damit nicht wirklich aus der Welt

Kommentar von Richard30 ,

Naja aber sowas könnte ja dennoch stimmen, das muss ja nicht der Rel-Theorie unbedingt widersprechen, oder? Wir wissen ja nicht, was ein "Feld" ist, Licht ist ja eine gegenseitige Induktion des Elektrischen und Magentischen Feldes, aber was genau ein Feld ist, ist ja nicht wirklich bekannt. Vll. ist das "Feld" ja soetwas wie eine mehrdimensionale "Folie".

Was ich bei der Rel-Theorie aber dennoch eigenartig finde, ist, was wenn 2 Raumschiffe sich im freihen Weltraum begegnen, beide erfahren keine Beschleunigung, bewegen sich aber mit sehr hoher Geschwindigkeit in entgegengesetze Richtung, die fliegen halt aneinander vorbei. So nun würde ja jedes Raumschiff aus seiner Sicht stehen und das andere würde sich bewegen. Die Frage ist nun: auf welchem Raumschiff gehen die Uhren langsamer? Man kann ja dann noch einen 3. oder einen 4. Beobachtungsposten einbauen. Ich meine es können ja nicht die Beobachtungen von beiden Raumschiffen stimmen.

Kommentar von weltnabel ,

Ok danke für den Input. Ja Doppelspaltexperiment war mir bekannt. Dass es keine exaktes Koordinatensystem im Weltraum gibt ist mir klar. Aber bezogen auf unser Sonnensystem dürfte es ja bestimmt näherungsweise ein Koordinatensystem geben (mit Abweichungen und Krümmungen im 1-10% Bereich maximal würde ich schätzen). 


Mein Gedanke geht in die Richtung: Wenn man einen Lichtstrahl in eine bestimmte Richtung aussendet und jetzt von der Lichtstrahlspitze jeweils die Lichtgeschwindigkeit mal vergangene Zeit als Strecke zurückrechnet, so landet man ja nun am Ursprungspunkt der Emissionsquelle, wenn dieser sich nicht bewegt. Bewegt er sich vorwärts oder rückwärts, so landet man ja beim Zurückrechnen der Strecke mittels Zeit mal Lichtgeschwindigkeit kurz vor oder hinter dem Punkt.

Praktisch bräuchte man hierfür 2 Raumschiffe, die z.B. 300.000 km voneinander entfernt sind und sich realativ zueinander gleich bewegen bzw. in Relation zueinander stillstehen (auch wenn beide 1/2 c in die genau gleiche Richtung fliegen). Raumschiff A sendet einen Lichtstrahl zu Raumschiff B. Braucht dieser genau eine Sekunde, stehen beiden Raumschiffe näherungsweise still. Braucht er über eine Sekunde, fliegen beide Raumschiffe vorwärts, da dann quasi Raumschiff B dem Lichtstrahl davonfliegt und so die "Lichtstrahllaufzeit" verlängert. Braucht er unter einer Sekunde, so fliegen die beiden Raumschiffe rückwärts, da quasi Raumschiff B dem Lichtstrahl entegenfliegt.

Dieses Raumschiffgespann müsste also sozusagen dem Licht das näherungsweise Koordinatensystem entlocken können, auf das sich das Licht grob bezieht, damit kein Tempoverstoß stattfindet. Wohl gemerkt alles nur näherungsweise, für "kleinere Bereiche" des Universsums (also kleiner heißt wohl hier maximal 100mal so groß als unser Sonnensystem) wo keine schwarzen Löcher oder Supersonnen sind, die den Raum allzu stark krümmen.

Ganz am Rande gefragt: Unser Sonnensystem ist ja "flach", also alle Planeten rotieren auf einer "Scheibe". Sind alle Sonnensysteme in unserer Galaxie gleich ausgerichtet oder verschieden? Gibt es irgendwelche Einheitlichkeiten/Regelmäßigkeiten in Bezug auf die Ausrichtungen der "Scheiben". Sind z.B. alle Sonnensysteme am Rand unserer Galaxie bezogen auf das Zentrum gleich ausgerichtet? Oder ist die Ausrichung der einzelnen Sonnensysteme in unserer Galaxie völlig zufällig?


Antwort
von PeterKremsner, 24

Das Licht weiß das auch nicht, aber selbst wenn du dich nur mit 1km/h bewegst, krümmt du bereits den Raum was dazu führt dass sich die Geschwindigkeiten ebenfalls verändern und zwar genau so dass Lichtgeschwindigkeit immer die Obergrenze ist.

Zumindest die Vakuumlichtgeschwindigkeit...

Kommentar von weltnabel ,

Ja ich habe ja "weiß" auch so geschrieben. Das Licht hält sich aber zumindest an die Lichtgeschwindigkeit. Somit muss das Licht ja irgendwie im absolut leeren Vakuum einen Bezugspunkt haben, oder zumindest ein physiaklisches Phänomen stattfinden, das einen Bezugspunkt hat.

Kommentar von PeterKremsner ,

Es gibt für das Licht keinen Anhaltspunkt, sondern das physikalische Phänomen was stattfindet ist die Raumkrümmung.

Wenn du dich mit beinahe Lichtgeschwindigkeit bewegest und einen Lichtimpuls losschickst und die Geschwindigkeit misst wird sich das Licht aus deinem Blickwinkel mit Lichtgeschwindigkeit bewegen.

Aus dem Blick von einem anderen Beobachter bewegt sich das Licht auch mit Lichtgeschwindigkeit aber du bewegest dich ja selbst aus seiner sicht mit beinahe Lichtgeschwindigkeit, wesshalb es für ihn so wirkt als würde sich das Licht im Verhältniss zu dir extrem langsam bewegen.

Diese Unterschiedlichen Beobachtungen kommen daher dass du durch deine Geschwindigkeit den Raum und die Zeit krümmst. Daher kann man die Beobachtungen nicht mehr vergleichen.

Das Licht bewegt sich immer, egal von welchem Beobachter aus gesehen, mit Lichtgeschwindigkeit. Also es bewegt sich für dich mit Lichtgeschwindigkeit, für einen ruhenden Beobachter und auch für einen Beobachter der schneller ist als du. Wenn du das verstehen möchtest musst du von so sachen wie der einfachen Addition von Geschwindigkeiten wegkommen.

Im Endeffekt weis natürlich niemand warum sich das Licht so bewegt wie es sich beweget, oder es weis auch niemand was wirklich in einem Atomkern passiert und geschieht, das sind alles nur Theorien. Diese Theorien beschreiben das Problem mathematisch und so dass wir den Ausgang eines experiementes Beschreiben können, aber sie machen keine Aussage darüber wie das jetzt wirklich funktioniert.

Antwort
von Ungeniert, 19

Es gibt im Universum keinen Stillstand. Es gibt Punkte an denen entgegensgesetzte Grawitationsfelder einander aufheben, z.b. zwischen Sonne und Erde, aber auch dabei ist es so, dass sich das ganze Sonnensystem in eine Richtung mit bestimmter Geschwindigkeit bewegt. Usw. Punkte zwischen Systemen, wobei bei denen die Galaxie rotiert, Punkte zwischen Galaxie die sich aber voneinander wegbewegen, da das Universum expandiert. Selbst wenn man das alles außer acht lässt spielt die Thermodynamik eine Rolle, da Atome schwingen. 

Zum Thema Äther , siehe Michelson-Morley-Versuch / Interferrometer.

Zum Thema Lichtgeschwindigkeit, siehe spezielle Relativitätstheorie. Wie schon gesagt, jede Bewegung verzerrt die raumzeit, sodass nichts schneller als Licht ist

Antwort
von BOZZJANEK, 14

es gibt nicht diesen einen festen punkt. wir menschen erklären uns das gerne mit einem bezugssystem. im prinzip kann alles das bezugssystem sein. wir menschen beziehen uns meistens auf die mitte des sonnensystems (sonne) zumindest laien welche nicht viel darüber nachdenken. wer weiter denkt wird vllt her den ursprung des universums (ort des urknalls) als bezugssystem nehmen (ich weis aber nicht ob man diesen ort genau bestimmen kann also mit koordianten oder so. entschuldige für meine nicht fachgerechte sprache.

Kommentar von Richard30 ,

Der "Ort" des Urknalls ist überall. Stell dir einen Luftballon vor, wo auf der Oberfläche dieses Ballons ist der Anfang? Im Prinzip ist es auch mim Universum zu, das macht das ganze ja noch verwirrender.

Antwort
von Sidoaggroberlin, 25

Das Photon (Licht) verhält sich anders. Wenn du in einem Zug drin bist, der mit 100kmh unterwegs ist und du einen Ball mit 5kmh wirfst, ist der Ball relativ zu einem, der sich nicht im Zug befindet und still steht, 105km/h schnell. Das Licht jedoch breitet sich jeden Moment aus. Wie wenn du jedes mal im echten Leben auf pause drückst, und genau in dem Moment geht das Photon seinen Weg.

Verstanden?

MfG

Kommentar von weltnabel ,

Ja soweit ist es mir auch klar - aber das Pause trücken gilt ja nur für kleine Szenen wie z.B. im Zug - deshalb gibt es in 3D Programmen ja auch keine Lichtgeschwindgkeitsangabe zum rendern (berechnen der Bilder, wie z.B. bei Hollywoodfilmen), die Lichtstrahlen sind sofort überall (was du mit Pause drücken beschreibst). Von der Sonne bis zur Erde ist das Licht aber schon etwas länger unterwegs, glaube ca. 8 Minuten.

Klar das Licht wird nicht vom Zug "mitgenommen" wie der Ball. wobei dieses "Mitnehmen" des Lichts vom Zug ja so minnimal wäre dass es wohl kaum messbar wäre.

Man stelle sich jetzt aber einmal vor man baut 5 Türme auf der Erde. Einen im Zentrum der 4 anderen. Die Türme sollten möglichst weit voneinander entfernt sein, z.B. jeweils 50km, so dass sie noch sichtkontakt haben. Alle 4 Türme sind vom 5. Turm im Zentrum GENAU gleichweit entfernt. Nun schickt der Turm im Zentrum gleichzeitig 4 Photonen zu den 4 Türmen mit entsprechenden Photonendedektoren, die genau gleichweit entfernt sind. Nun sollte es aber differenzen bei den Photonenlaufzeiten gegen: Da die Erde ja nicht stillsteht, die Sonne auch nicht und womöglich nichtmal das Zentrum der Galaxie. Nun sollte man aber aufgrund der 4 verschiedenen Zeiten näherungsweise berechnen können, in welche Richtung sich die Erde gerade näherungsweise durch den Raum bewegt (nicht in Relation zu irgendwas).

Kommentar von weltnabel ,

Also diese besagten Differenzen müssten ja auftreten, da sich die Trüme inklusive Erde wie ein Zug bewegen. Das Licht aber nicht vom Zug (=Erde plus Türme) "mitgenommen" wird, also eben z.B. nicht 100+5kmh schnell ist.

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