Gilt die Relativitätstheorie aus Sicht von Photonen?
Ich verstehe folgendes an der Relativitätstheorie nicht:
Es heißt, die Lichtgeschwindigkeit ist konstant unabhängig vom Bezugssystem.
Gedankenexperiment:
Zwei Photonen fliegen parallel in die gleiche Richtung. Wie kann für das eine Photon das andere Photon Lichtgeschwindigkeit haben, wenn es nie langsamer oder schneller als das andere wird, nie überholt wird. Der konstante Abstand zwischen ihnen ändert sich nie. In seinem Bezugssystems scheint es stillzustehen. (v=s/t)
Dagegen hätte ein Photon welches in entgegengesetzte Richtung fliegt Geschwindigkeit, weil sich der Abstand zwischen den beiden Photonen ändert.
Wie sollen aus Sicht des einen Photons die beiden anderen Photonen dieselbe Geschwindigkeit haben?
Es wäre doch unlogisch zu sagen, dass die Lichtgeschwindigkeit für alle Bezugssysteme immer Lichtgeschwindigkeit ist. Welche Beweise und Erklärungen gibt es dazu? Sollte das Michelson-Morley-Experiment anders interpretiert werden?
Dasselbe, wenn ein Objekt mit Masse Lichtgeschwindigkeit erreichen könnte,
würde für dieses die Geschwindigkeit von Photonen in seine Flugrichtung 0 sein,
und die in entgegengesetzte Flugrichtung größer als 0, also unterschiedlich
4 Antworten
Hallo ZuNiceFrage,
das ist eine ganz hervorragende Frage. Sie führt direkt zu einigen wichtigen Unterscheidungen:
- Geschwindigkeit und Tempo
- Differenzgeschwindigkeit und Relativgeschwindigkeit
- Die Eigenzeit und verschiedene Koordinatenzeiten
Wie sollen aus Sicht des einen Photons die beiden anderen Photonen dieselbe Geschwindigkeit haben?
Die erste Unterscheidung ist bereits in der NEWTONschen Mechanik (NM) sehr wichtig:
Geschwindigkeit im physikalischen Sinne (engl. velocity) ist eine Vektorgröße, eine Größe mit Richtung. Zwei Körper oder Teilchen, die relativ zu Dir als Beobachter gleich schnell sind, sich aber in unterschiedliche Richtungen bewegen, haben nicht dieselbe Geschwindigkeit.
Was wir im Alltag oft "Geschwindigkeit" nennen, ist nur deren Betrag (engl. speed). Im Deutschen kann man das englische Wort gut mit Tempo wiedergeben.
Die Lichtgeschwindigkeit (Formelzeichen c) müsste eigentlich Lichttempo heißen (engl.: speed of light).
Differenzgeschwindigkeit und RelativgeschwindigkeitNehmen wir an, wir haben einen Körper B als Bezugskörper ausgewählt und verwenden ein von B aus definiertes Koordinatensystem Σ als Bezugssystem.
Daneben gibt es zwei weitere Körper B' und B", die sich mit den konstanten 1D-Geschwindigkeiten v und w (in x-Richtung von Σ) bewegen.
- Dann ist die Differenzgeschwindigkeit zwischen B' und B" in Σ natürlich einfach w − v.
- Unter der (Relativ-)Geschwindigkeit von B" relativ zu B' verstehen wir die Geschwindigkeit w', die B" in einem von B' aus definierten Koordinatensystem Σ' hat, in dem B' als ruhend und B als mit −v bewegt beschrieben wird. Speziell in der NM ist sie gleich der Differenzgeschwindigkeit. Das muss aber nicht so sein bzw. ist auch gar nicht so.
-- Baustelle --
Licht ist nicht etwas, das sich bewegen kann, sondern es ist seine eigene Bewegung.
Flögest Du mit einem Raumfahrzeug einen gepulsten Laserstrahl entlang, würdest Du bei einer Messung seiner Geschwindigkeit mit Deinen Uhren und mit Deinen Maßstäben Du aber immer auf c kommen.
Würdest Du dabei immer weiter beschleunigen, um irgendwann mit ihm aufzuschließen, würde er immer noch nicht langsamer, sondern stattdessen würden die Pulse für Dich immer länger und Frequenz und Intensität würden abnehmen, bis der Strahl nicht mehr detektierbar wäre. Er würde nicht langsamer, er würde verschwinden.
-- Baustelle --
Zwei Photonen fliegen parallel in die gleiche Richtung. Wie kann für das eine Photon das andere Photon Lichtgeschwindigkeit haben, wenn es nie langsamer oder schneller als das andere wird, nie überholt wird. Der konstante Abstand zwischen ihnen ändert sich nie. In seinem Bezugssystems scheint es stillzustehen. (v=s/t)
Dagegen hätte ein Photon welches in entgegengesetzte Richtung fliegt Geschwindigkeit, weil sich der Abstand zwischen den beiden Photonen ändert.
Wie sollen aus Sicht des einen Photons die beiden anderen Photonen dieselbe Geschwindigkeit haben?
Die Spezielle Relativitätstheorie (SRT) beruht auf dem Relativitätsprinzip (RP), das schon GALILEI formuliert hatte.
Zunächst einmal ist Geschwindigkeit relativ. Wir brauchen eine Bezugsuhr U. Das Wort impliziert, dass wir U als ruhend betrachten, wir beziehen ja Orte und Bewegung auf U.
Ein Körper oder Teilchen, der oder das sich relativ zu B mit derselben Geschwindigkeit (Betrag und Richtung) wie B' bewegt, das bewegt sich relativ zu B' gar nicht.
Und dies gilt auch für Teilchen – vorausgesetzt, sie haben eine endliche Ruheenergie E₀ – was im Wesentlichen nichts anderes ist als die Masse m=E₀/c².
Diese Teilchen sind etwas, das sich bewegen kann und das relativ zu irgendeinem Körper auch tut. Ruht so ein Körper relativ zu U, bewegt er sich
einer Uhr U' auch tut. dann zusätzlich eine kinetische Energie Eₖ hat.
Was immer sich mit genau c bewegt, ist praktisch seine eigene Bewegung, besteht es doch ausschließlich aus seiner eigenen kinetischen Energie.
Asymptotisch. Du kannst c nie ganz erreichen, deshalb wäre das Lichtsignal nie völlig weg.
Photonen stellen kein in der Relativitätstheorie gültiges Bezugssystem dar.
Bezugsysteme müssen eine Geschwindigkeit unterhalb der Lichtgeschwindigkeit haben da es keine Möglichkeit gibt ein Messinstrument (z.B. eine Uhr) auf Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen und mit diesem zu kommunizieren.
Könnte man nicht ein Geon als Uhr verwenden? Wenn es durch seine Gravitation in einer begrenzten Umgebung bleibt, dann könnte man doch mit ihm kommunizieren?
Bei dem Gedankenexperiment sollte man doch besser die Messmittel unberücksichtigt lassen, um sich nicht zu blockieren.
"aus sicht von XY" ist nichts weiter als eine schlampige formulierung von so etwas wie "in einem bezugssystem, in welchem XY in ruhe ist".
es gibt kein bezugssystem in dem ein photon in ruhe ist.
objekte die sich auf lichtartigen weltlinien bewegen sind etwas grundsätzlich anderes als objekte die sich auf zeitartigen weltlinien bewegen.
Ich habe bei dem Thema leider selber meine Grenzen.
Du hast es aber wunderbar auf den Punkt gebracht. Jeder der glaubt die Sache verstanden zu haben kommt als aufmerksamer Leser ins krübeln.
Bin jetzt gespannt auf die Antworten.
Würdest Du dabei immer weiter beschleunigen, um irgendwann mit ihm aufzuschließen, würden die Pulse für Dich immer länger und Frequenz und Intensität würden abnehmen, bis der Strahl nicht mehr detektierbar wäre.
Wäre die Frequenz dann 0, also unendliche Rotverschiebung?