Lichtgeschwindigkeit relativ&absolut?

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8 Antworten

Es gab früher (vom 17.Jhd. an) verschiedene Theorien der Lichtausbreitung:
(1) Licht besteht aus Korpuskeln (Sir Isaac Newton), das heißt kleinsten Teilchen, die sich ab Quelle mit c bewegen. Daraus folgt, dass auch die Lichtgeschwindigkeit relativ ist. Das heißt aber auch, dass Lichtsignale aus relativ zueinander bewegten Quellen einander überholen können, was zu recht merkwürdigen Erscheinungen führen müsste, wenn das stimmte.
(2) Licht besteht aus Wellen (Christiaan Huygens). Da Wellen im allgemeinen ein Medium brauchen, nahm man an, dass sich das Licht in einer Art Supersubstanz namens Äther (dieser hat nichts mit dem Betäubungsmittel zu tun) mit immer derselben Geschwindigkeit bzw. Schnelligkeit c ausbreitete. Bewegungen relativ zum Äther sollte man durch Messungen der Lichtgeschwindigkeit in verschiedenen Richtungen nachweisen können.
Im 19. Jahrhundert wies Heinrich Hertz elektromagnetische Wellen nach und zeigte, dass Licht aus solchen Wellen besteht. Diese und ihre Ausbreitung mit c im materiefreien Raum lässt sich aus den Grundgleichungen der Elektrodynamik herleiten, die James Clerk Maxwell aufgestellt hatte - und damit direkt aus Naturgesetzen.
Der Äther musste von daher nicht einfach nur Träger des Lichts sein, sondern der gesamten elektromagnetischen Wechselwirkungen. Nun besteht aber auch Materie aus elektrisch geladenen Teilchen.
Dies stellte die (strenge) Gültigkeit des Galileischen Relativitätsprinzips (dass in relativ zueinander bewegten Koordinatensystemen die Naturgesetze in gleicher Weise zu gelten haben) nicht nur für die Optik, sondern auch für die gesamte Physik in Frage, denn für die Elektrodynamik schien es offenbar nicht zu gelten, und diese ist von der Mechanik eigentlich nicht zu trennen.
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Unter anderem versuchten 1887 Michelson und Morley in ihrem berühmten Versuch, die Bewegung der Erde im Sonnensystem interferometrisch nachzuweisen - mit negativem Ergebnis.
Mehrere theoretischer Physiker, unter anderem H. A. Lorentz, haben daraufhin versucht dieses Ergebnis durch eine Längenkontraktion des in Bewegungsrichtung ausgerichteten armes des Interferometers zu erklären, von der ein Mitbewerber Beobachter nichts merkt. Die Idee ist nicht so verrückt wie sie klingt, denn elektromagnetische Felder werden in ihrer Gestalt von der Bewegung der von ihnen erzeugten geladenen Teilchen beeinflusst.
Es stellte sich jedoch heraus, dass diese Kontraktion nicht genügt, um einem bewegten Beobachter den Eindruck zu vermitteln, er sei in Ruhe. Insbesondere musste die Zeit mittransformiert werden.
Relativ zueinander bewegte Systeme sollten also nicht durch die Galilei-Transformationen (bei denen Relativgeschwindigkeiten vektoriell addiert werden) miteinander verbunden sein, sondern durch neue, von Lorentz und Henri Poincaré aufgestellten Transformationen. Sie lassen c invariant.
Die Lorentz-Transformationen haben mathematisch einen ähnlichen Charakter wie Drehungen und lassen sich in der Tat als Drehungen des Koordinatensystems in der Raum-Zeit verstehen, zu der sich Raum und Zeit zusammenfassen lassen und die durch Hermann Minkowski, einen Mathematiklehrer Albert Einsteins, beschrieben wurde.
Einstein selbst war vor allen Dingen der Erste, der sich bei der Betrachtung der Elektrodynamik bewegter Körper (das ist der Titel seiner Arbeit von 1905) nur noch auf das Relativitätsprinzip berief (daher die Bezeichnung "Relativitätstheorie"). Er verzichtete darauf, die sogenannte "Ortszeit" in einem bewegten System von der "wirklichen" Zeit in einem ruhenden zu unterscheiden - den Äther erwähnte er gar nicht mehr.
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Der langen Rede kurzer Sinn: relativ zueinander bewegte Systeme werden durch die Lorentztransformationen verbunden, das heißt, auch Geschwindigkeiten können nicht einfach addiert, sondern müssen Lorenz-transformiert werden. Kollineare Geschwindigkeiten 'addieren' sich daher nach einem Additionstheorem, das mit dem des Tangens hyperbolicus übereinstimmt, eine Funktion, die für hinreichend große Argumente asymptotisch gegen 1 geht und 1 nie überschreitet. Das Argument dieses Tangens hyperbolicus schimpft sich 'Rapidität' und entspricht einem Winkel im Raum.

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Die Quintessenz meines etwas länglichen Geschichtsabrisses noch einmal kurz:
Geschwindigkeiten können nicht einfach addiert, sondern müssen Lorenz-transformiert werden.
Sei K das aktuelle Bezugssystem, und K' ein relativ zu K mit bewegtes Koordinatensystem. Dann wird die in K betrachtete Differenzgeschwindigkeit zwischen einem in dieselbe Körper und K' einen meist kleineren Betrag haben als die in K' selbst betrachtete Relativgeschwindigkeit des Körpers, es sei denn, dieser bewege sich in ungefähr die entgegengesetzte Richtung.
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Eine Lorentztransformation ist eine Art Drehung in der Raumzeit, und da addieren sich allenfalls die Drehwinkel (falls die Rotationsebene übereinstimmt), denen in der Raumzeit die sogenannte Rapidität entspricht. Die Geschwindigkeit selbst ist bis auf einen konstanten Faktor c deren Tangens Hyperbolicus, und der überschreitet nie 1.

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Wenn ich jetzt  ..., wird ... doch?

Nein, eben nicht!

Die Lichtgeschwindigkeit ist für alle Beobachter, egal wer sich gegenüber wem wie bewegt, konstant.

Das musst du erst mal akzeptieren, danach kannst du weiterdenken.
Und dann ist es nur noch Abi-Mathematik, dir daraus die SRT herzuleiten.

Das war m.W. schon vor Einstein mathematisch durchgespielt worden, nur Einstein hat das wirklich ernst genommen. Als Regelwerk unserer Welt.
Davon abgesehen, dass seine berühmte Arbeit von 1905 deutlich weiter geht, und nur ein Teil davon heute als SRT bekannt ist.

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ZUALLERERST : Absätze helfen deine Fragen zu verstehen!!! Benutze sie bitte!

Du musste zunächst dabei unterscheiden, ob du dir die Lichtquelle anschaust oder die Lichtteilchen/Wellen. Die Lichtquelle kann sich bewegen (klar). Das hat jedoch keinen Einfluss aus die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Lichtteilchen/Wellen.

Da muss man eben ein wenig differenzieren.

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit bleibt konstant, egal ob sich die Quelle bewegt oder nicht.

Den Mittelteil deiner Frage habe ih nicht verstehen können =(

Die Raumsondenfrage lässt sich durch Vektorrechnung erklären. Die zu erklären sprengt hier jedoch den Rahmen.

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Guter Gedanke den du hattest , aber auch wenn sich das Licht in einem Raum ausbreitet der sich selbst bewegt(z.b auf der rotierenden erde , so sieht es zwar von außerhalb schneller aus , jedoch breitet es sich mit der selben Geschwindigkeit aus , wenn jetzt eine Taschenlampe auf ihrer Flugbahn 200.000 km/h erreicht ,und man sie einschaltet breitet das Licht sich trz nicht schneller aus ;)

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Genau deshalb hat Einstein ja die Relativitätstheorie erfunden. Die gibt Antwort auf genau diese Frage...

Er hat die Lichtgeschwindigkeit als Fixum genommen und dann alles neu berechnet, so dass die Lichtgeschwindigkeit sich nicht ändert... was unter anderem zu Zeitdilatation, Raumkontraktion, etc. führen kann...

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Es gibt kein Koordinatensystem im Universum. Alles wird an gewisser Materie bemessen... Jede Geschwindigkeit ist relativ. Wenn bei dir zuhause die Lampe ganz still steht, bewegt sie sich doch relativ zu unendlich anderne Objekten mit unendlichen unterschiedlichen Geschwindigkeiten... Im Vergleich zur Erde z.B. mit der Achsenrotation, im Vergleich zur Sonne mit der Umlaufbahn, im Vergleich zu etwas anderem mit der Geschwindigkeit unseres Sonnensystems... usw. usf. Die maximale(, die) Lichtgeschwindigkeit gilt nur im Vakuum. Laut Einstein und jeglicher Forschung ist es das Limit. Es gibt keine Maximierung.

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