Lichtgeschwindigkeit und TV Uebertragung live?
Ein Raumschiff fliegt mit Lichtgeschwindigkeit von der Erde weg. Nun möchten sie im Raumschiff während des Fluges eine ständige Liveübertragung von der Erde empfangen, was da so läuft. Sie stellen in New York dazu eine Kamera auf welche die Bilder aufnehmen soll, im Raumschiff steht ein Fernseher um die Bilder zu empfangen. Wie schnell müsste das Uebertragungssignal sein, damit es live am Fernseher im Raumschiff empfangen werden kann? Was würde man dort am Fernseher sehen?
6 Antworten
Wie schnell müsste das Uebertragungssignal sein, damit es live am Fernseher im Raumschiff empfangen werden kann?
Schneller als das licht Selbst.
Was würde man dort am Fernseher sehen?
Warscheinlich nichts.
Nehmern wir der einfacheit ein Digitales signal. Welches Diskret 10 bilder in der sekunde verschickt.
Nehmen wir an das die Signale sich 20% schneller als das licht bewegt.
Nehmen wir auch an das das Raumschiff in 0 Sekunden von 0 auf C beschleunigt.
Und auch das der fernseher das Empfangende bild sofort anzeigen kann
Dann wird folgendes Passieren:
Das erste paket erreicht das Raumschiff zum startzeitpunkt.
Das nächste bild wird nach 1/10 Sekunde los geschickt. Bis dahin hat das raumschiff. 1/10 lichtsekunde sich bewegt.
dh: das licht muss nun eine strecke von 1/10 lichtsekunde extra überwinden.
dazu benötig es schonmal 5/10 lichtsekunden da es ja nur 20% schneller ist als Lichtgeschwindigkeit.
dh. Der raumfahrer sieht das 2. bild erst nach 0,5 sekunden.
Das dritte paket wird nach 2/10 sekunden verschickt. Es kommt nach einer sekunde nach dem 2. Paket beim raufahrer an.
Das dritte paket nach 3/10 sekunden verschickt.
Es kommt nach 1,5 sekunden nach dem 3. Paket an Raumfahrer an.
Usw.
Wie man sehen kann gibt es sofort eine übertragungsverzögerung.
Da das Raumschiff sich entfernt. Muss jedes Verschickte paket eine Immer längere strecke zum raumschiff zurücklegen.
Egal wie schnell sich beide bewegen.
Eine Live übertragung ist somit nie möglich. Da sich auf dauer mit steigender entfernung die übertragungsverzögerung immer und immer weiter vergrössern wird.
Damit das ganze live bleibt. Muss die geschwindigkeit mit der die Datenpakete versendet werden erhöht werden. Erst dann kommen sie mit der wachsenden entfernung auch immer noch gleichmäßig an. (Dennoch natürlich mit einer gewissen verzögerung abängig von der startgeschwindigkeit der pakete)
Man kann das beispiel auch vereinfachen damit man es leichter sieht:
Nehmen wir an wir haben 10 lichtjahre entfernt ein paar kumpels auf nem anderen planeten. Die wollen live ne sportübertragung sehen.
Was natürlich nicht geht da die Sportübertragung 10 jahre alt ist wenn sie unter normalen physikalischen bedingungen dort ankommt.
Wenn wir live als <1 sekunde verzögerung definieren. (Und diese verzögerung haben wir immer wenn wir nicht mit unendlichkeiten arbeiten (und das wollen wir nicht))
Müsste sich das singal mit ca. 315 millionenfacher Lichtgeschwindigkeit bewegen damit es nach 1 sekunde bei denen ankommt. Bei 20 lichtjahren entfernung natürlich das doppelte an geschwindigkeit.
Die Live übertragung Hinkt der Realvergangenen zeit hinterher.
Wie du gesehen hast wird die verzögerung ja immer größer.
Wenn du also bei Alpha centauri ankommst. Kannste noch ne gewisse zeit die übertragung der erde empfangen. Weil der zeitstempel der übertragung vieleicht erst bei 75% oder so ist.
Beispiel:
Die liveübertragung ist eine uhr. Und wenn du bei Alpha Centauri ankommst wird diese nicht auf 4,7 jahre stehen. Sondern auf irgendeinem wert davor. Sagen wir 3,7 Jahre zeigt die uhr dann an.
Hier noch ein Rechenbeispiel zum Kommentar:
Sagen wir 5 Lichtjahre und Halbe lichtgeschwindigkeit.
Dh nach 10 Jahren ist er da.
Das Signal wird mit lichtgeschwindigkeit übertragen.
Der raumfahrer schaut nach 5 Jahre auf seinen fernseher. Zu dem Zeitpunkt wird das 5 Jahres bild erst von der erde an ihn übertragen. dh. Auf dem fernseher kann das bild keine Uhr zeigen auf der 5 jahre vergangen sind.
Wenn der raumfahrer nach weiteren 5 jahren flug ankommt. Hat Kommt das bild was vor 5 Jahren Losgeschickt wurde erst bei ihm an.
Dh. für den raumfahrer sind 10 jahre vergangen aber die übertragene uhr in seinem raumschiff zeit 5 jahre an. weil jetzt erst das bild angekommen ist.
Nach weiteren 5 jahren warten sieht er dann die ihr auf 10 jahre umschalten.
Uh ja. Auf der erde ist dies natürlich minimal weil die strecken so kurz sind. Wenn man aber unser gehirn mit einberechnet vergehen durchaus schonmal 200 millisekunden bis du etwas bewusst wahrnimmst.
Also wäre die Gegenwart zeitlich immer in der Vergangenheit? Für den Sender ist es Gegenwart wenn er das Signal losschickt und für den Empfänger ist es Gegenwart wenn er es empfängt.
Für unser beispiel imgrunde ja.
Für ne genrerelle aussage erklärt dieses video das wesentlich besser:
Das ist ja auch eine Therorie, wobei die Versuche, die dazu gemacht worden sind, mit anderen Theorien eventuell widerlegt werden könnten;
wenn auf der Erde das Signal mit doppelter Lichtgeschwindigkeit ausgesendet wird, dann hat es einfach diese Geschwindigkeit und man empfängt das Signal durchgehend im Raumschiff; das Raumschiff fliegt mit Lichtgeschwindigkeit und diese Geschwindigkeit verändert sich ja nicht; das Signal und das Raumschiff legen innerhalb einer bestimmten Zeit, genau die Strecken mit Ihrer Geschwindigkeit zurück;
und wenn man das von der Erde aus beobachtet...
wenn auf der Erde das Signal mit doppelter Lichtgeschwindigkeit ausgesendet wird, dann hat es einfach diese Geschwindigkeit und man empfängt das Signal durchgehend im Raumschiff;
Das ändert nichts an die von mir beschriebene steigende verzögerung. Nur das man sie halt erst auf noch größeren strecken mitbekommt.
Bein einem Raumschiff das ich mit c von der signalquelle entfernt und ein lichtjahr entfernt ist wenn ein signal ausgesendet wird. Dann braucht das signal auch mit 2c immernoch ein jahr bis zum raumschiff das sich ja weiterhin von der Quelle entfernt.
also...man erhält durchgehend ein Bild aber dieses Bild ist zunehmend verzögert zur Liveaufnahme der Kamera. Zuerst nur wenig, dann immer mehr? stimmt das? Aber dann wäre das Bild irgendwann nahezu still stehend? Oder ist die Verzögerung immer dieselbe, dann aber kann das Bild mit der Uhr die 3,7 Jahre anzeigt nicht stimmen. Wo genau geht die Zeit "verloren" und wo bleibt sie?
Dann bleibt das, was empfangen wird, irgendwann nahezu stehen?
Siehe mein beispiel in der antwort. Aber imgrunde ja. Er würde ne ganze weile ein standbild sehen weil der fernseher ja noch gar nicht das nächste bild bekommen hat.
Es geht hier darum, dass das Raumschiff von der Erde anfängt sich mit c zu entfernen und dann sofort das Signal gesendet wird; also auf dieses Thema bin ich eingenangen und ich wollte damit nur auf den Kommentar von Patrickson antworten:”Zeit hindurch die Liveübertragung gehabt, welche natürlich auch 4,7 Jahre beträgt...wie geht das, wenn auf Erden doch mehr wie 4,7 Jahre vergangen sind?”
Also wenn man das von der Erde beobachtet und sich die v von Raumschiff und Signal nicht verändern, legen diese in gleicher Zeit gleiche Strecken zurück; also muss somit das Signal durchgehend am Raumschiff ankommen;
wenn man jetzt die Theorie von der Zeit annimmt und weiter von der Erde beobachtet, ändert sich ja nichts an genannten Tatsachen, da Sie ja die gleiche Entfernung zurücklegen; würde dann die Zeit im Raumschiff schneller vergehen und man betrachtet mit dem vorher aufgezeigten Blickwinkel( von der Erde beobachten) weiter die Person im Raumschiff, dann könnte er irgendwie das Bild nicht sehen, da 5Stunden z.B. innerhalb vier Stunden gesendet werden;
Verzögerung würde es außer die übliche wie auf der Erde(diese wird nicht länger) nicht geben wenn man es so betrachtet wie ich es aufgeschrieben habe; wie gesagt, man würde einen Film der 5 Stunden lang geht, innerhalb 4 Stunden sehen und das geht ja einfach nicht; das wäre ja wenn dan vielleicht irgendwie verschoben oder vielleicht auf Vorspulen oder wie auch immer;
wie gesagt es ist eine Theorie mit der Zeit...
Die Verzögerung beruht also nur auf der zunehmenden Entfernung von Sender und Empfänger. Das bedeutet, da sich die Erde zu anderen Objekten im Raum sich ja auch bewegt, es kommt auch hier zu einer Verzögerung in dem, was wir sehen? Ein Stern, der 5 LJ entfernt ist, sehen wir nicht nur so, wie er vor 5 Jahren ausgesehen hat, sondern was wir sehen ist auch noch zunehmend verzögert, sofern er sich von der Erde entfernt?
Das was du jetzt beschreibst ist ja das Modell der Ausdehnung des Universums...
du hast ja zuerst von der Zeitdilatation geredet; schau dir dazu am besten nochmal ganz genau die Herleitung und so an...
was wir sehen ist auch noch zunehmend verzögert, sofern er sich von der Erde entfernt?
Ja. Und das ganze bewirkt daß da Licht was ausgesendet wird sich ins rote verschiebt.
Die ansteigende Verzögerung zieht die Wellen quasi in die Länge.
Wie im diskreten Beispiel man ja gesehen hat. Zweites Bild nach 0,5sekunden. 3. Nach 1,5 Sekunden und 4. Nach 3 Sekunden jeweils ab Start der Rakete.
Die Abstände der Pakete werden immer größer. Genauso werden bei Wellen die Abstände der Wellenberge immer größer was diese in die Länge zieht. (Auf der Erde kann man das am Doppler Effekt sehen)
Wenn sich die Entfernung verringert passiert genau das Gegenteil und man sieht eine Blauverschiebung.
Catseyes hat das ganze im übrigen nochmal gut und kurz geschrieben.
Wenn du im übrigen mit Verzögerung die zeitdiletation aus der SRT meinst. Dann ist das etwas anderes.
Die Erklärungen die ich hier derzeit liefere kommen noch ohne Relativität aus.
Und bezieht sich imgrunde lediglich auf den Doppler Effekt.
Zeitdiletation kann man aber mit einer anderen Analogie gut erklären.
Danke! Ich bin in Physik völlig unbegabt und schlecht informiert, aber durch alle diese guten Erklärungen hier dünkt es mich doch zunehmend besser zu verstehen. Der Doppler Effekt war mir bekannt, aber jetzt, in diesem Zusammenhang, verstehe ich klar besser worum es geht.
Ich habe ehrlich gesagt bis vorhin gar nicht gerafft das ich hier den Doppler Effekt erkläre. XD
Beginnen mit der Relativitäts Theorie wird die Kosmologie durchaus schwierig zu verstehen. Weil die Sachen eben nicht mehr wirklich intuitiv sind. In der Quantenphysik sind sie imgrunde sogar das Gegenteil.
Wenn du die Herleitung zu dem Modell Zeitdilatation anschaust bezüglich der Lichtuhr, kannst du sehen, dass das Licht in dem Modell seine reale Geschwindigkeit in vertikaler Richtung verringert um so auf der schiefen Richtung, die “Scheingeschwindigkeit” c zu haben; da das Licht sich so “verändert”, sieht man in allen Bezugssystemen das Licht mit c und die Zeit vergeht real natürlich genauso schnell im Raumschiff wie auf der Erde(um noch mal auf das Beispiel zurückzukommen), nur die Uhr(die Lichtuhr ist im Raumschiff natürlich anders angeordnet) zeigt eine andere Zeit an, weil sich das Licht “verändert”
In Ergänzung zu patricksons lichtuhr Beispiel:
Das Licht verändert sich nicht direkt und ab hier muss man Bezugsysteme oder auch Referenzrahmen genannt benutzen.
Die 2 Beobachter (Typ auf den Raumschiff und stillstehender Typ)
Sehen nämlich hier unterschiedlich Dinge.
Da sich in Bezug zum Typen auf den Raumschiff die Licht Uhr nicht bewegt nimmt er diese normal wahr.
Eine lichtuhr ist ein Konstrukt was du dir so verstellen kannst wie 2 Platten zwischen den ein Lichtstahl sich bewegt und reflektiert wird. Immer rauf und runter.
Person auf dem Raumschiff sieht Rauf und runter.
Beobachter außerhalb der stillsteht sieht eine Uhr die sich bewegt.
Nun bewegt sich aber auch der lichtstrahl relativ zum Beobachter. Und hat nur auch eine horizontale Komponente. Was heißt das der sich schräg bewegt anstatt nur gerade rauf und runter.
Der Weg ist länger. Der lichtstrahl kann nicht schneller werden. Also muss die vertikale Komponente der Bewegung langsamer werden.
Die rauf/runter Bewegung wird also langsamer entsprechend dauert ein "Tick" länger und die Uhr wird nachgehen im Vergleich zu einer lichtuhr die bei dem Beobachter außerhalb des Raumschiffes steht.
Diese erklärte Sachen haben wir im übrigen experimentell bestätigt mit Atomuhren und sie kommt zum Einsatz im gps system wo die Atomuhren in den Satteliten etwas schneller geeicht werden müssen als sie auf der Erde geeicht würden. Weil sie sonst anfangen nach zu gehen. (Für Atomuhren ein massives nachgehen)
Man würde nichts sehen da das Übertragungssignal höchstens mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs sein kann und daher ein Raumschiff das auch mit Lichtgeschwindigkeit fliegt nicht einholen kann.
So ist es! Aber angenommen Ueberlichtgeschwindigkeit wäre möglich...
Du kannst auf diese Frage keine mathematisch und physikalisch korrekte Antwort bekommen, da alle diesbezüglichen Formeln eben davon ausgehen dass es eben keine Überlichtgeschwindigkeit gibt. Damit ist deine Frage rein spekulativ. Am besten geht es mit
Danke! Ja, sie ist rein spekulativ. Es ist klar, dass die Geschwindigkeit je grösser der Abstand des Raumschiffes von der Erde ist, umso grösser werden müsste um zum Raumschiff zu gelangen. Völlig unklar ist mir, was man am TV sehen würde.
Weil es nun mal nicht geht. Du kannst über alles spekulieren, auch darüber "was man sehen würde", aber es ist Spekulation. Es ist auch kein "educated guess", weil es nun mal ... nicht funktioniert.
Ein materielles Objekt wie ein Raumschiff kann nach bisherigem Wissensstand nicht Lichtgeschwindigkeit erreichen, bestenfalls knapp darunter.
Signale von diesem Raumschiff würden - wie es ja bei sich von uns wegbewegenden Sternen, Galaxien zu sehen ist - eine "Rotverschiebung" erfahren, d. h. die Frequenz würde sich drastisch verringern: Sendet das Raumschiff z. B. mit 2GHz und einer Modulation durch die Bilder, würde auf der Erde, je nach Geschwindigkeit, nur noch eine Frequenz weit unter 2GHz ankommen, entsprechend würde auch die Modulation, die ja die TV-Bilder darstellt, praktisch "verschwinden".
Wenn zwangsläufig auch die Modulation mit der Frequenz "heruntergeht", wird die ganze Übertragung zeitlich gestreckt, man braucht viel länger, um die ganze Sendung zu empfangen.
Sowas wie eine "Live"-Übertragung gibt es nicht. Signale brauchen Zeit um sich auszubreiten - auch sie sind an die Lichtgeschwindigkeit gebunden (da sie "Licht" (elektromagnetische Wellen) sind...).
Ein Marsianer wird keine "Live"-Übertragung zur Erde halten können, seine Signale werden immer um mindestens ~3-20 Minuten (je nach Position von Erde/Mars) verzögert sein, völlig egal was er tut...
(Interplanetare Multiplayer-Server müssen ein Albtraum sein... "Cool, heute hab ich einen Traum-Ping... nur ~360'000!")
Würde man also selbst mit Lichtgeschwindigkeit reisen... dann würde einen die Übertragung wohl niemals einholen...
Hallo Patrickson,
was verstehst Du unter "live"? Ohne zeitliche Verzögerung? Das würde natürlich eine unendlich große Geschwindigkeit des Signals erfordern, und das könnte dann kein Licht sein, da dies ein endliches Tempo (Betrag einer Geschwindigkeit) c hat.
Freilich ist c kein gewöhnliches, sondern Das Absolute Tempo, und es ist zugleich das Maximum. Eine Live- Übertragung im oben genannten Sinne ist daher gar nicht möglich.
HintergrundEin großer Teil der folgenden Ausführungen stammen aus einer früheren Frage; ich habe sie allerdings modifizieren müssen.
Nach GALILEIs Relativitätsprinzip (RP) gibt es nicht die Geschwindigkeit schlechthin, sondern die Geschwindigkeit relativ zu einem Bezugskörper, etwa einer Uhr U. Man kann aber auch eine relativ zu U mit konstanter Geschwindigkeit v› bewegte Uhr U' zur Bezugs-Uhr machen.
- Das RP besagt, dass Naturgesetze (grundlegende Beziehungen zwischen physikalischen Größen) unabhängig von dieser Wahl.
- Zu den Naturgesetzen gehören auch MAXWELLs Grundgleichungen der Elektrodynamik und die elektromagnetische Wellengleichung.
Die Wellengleichung beschreibt die Leistung mit c. Daher bewegt sich etwas, das sich relativ zu einem Körper mit c bewegt, relativ zu jedem Körper mit c ("relativ zu" heißt immer, dass man besagten Körper als stationär beschreibt).
Mit genau c kann sich also kein Körper relativ zu einem anderen bewegen, sonst müsste es sich relativ zu jedem Körper mit c bewegen, sogar relativ zu sich selbst. Relativ zu sich selbst bewegt es sich aber gar nicht, schon gar nicht mit c. Du kannst c nur beliebig nahe kommen, indem Du Deine Kinetische Energie ins Unermessliche steigerst. Und die "wiegt was" und muss mitbeschleunigt werden.
Eigenzeit und KoordinatenzeitTheoretisch kannst Du beliebig viel Strecke Δx (von U aus definiert) in beliebig kurzer Eigenzeit Δτ (das ist die von Deiner Borduhr direkt gemessene Zeitspanne) zurücklegen.
Die Eigenzeit ist sozusagen die absolute Länge eines Abschnitts einer Weltlinie (WL) zwischen zwei Ereignissen, die Anfang und Ende eines Vorgangs markieren.
Die von U bzw. U' aus i. Allg. auf Distanz ermittelte Zeitspanne Δt bzw. Δt', die jeweilige Koordinatenzeit, ist gewissermaßen die Projektion des Vorgangs auf die WL von U bzw. U'. Anders als räumliche Koordinatendifferenzen sind sie größer als Δτ oder mindestens genauso groß. Für Eigenzeit, Koordinatenzeit und Stecke gilt eine Art Satz des PYTHAGORAS, der von EINSTEINs früherem Matheprof MINKOWSKI gefunden wurde:
(1) Δτ² = Δt² − Δx²⁄c² ≡ Δt'² − Δx'²⁄c²
Daraus folgt auch
(2) (Δt⁄Δτ)² − 1 = γ² − 1 = (Δx⁄cΔτ)².
Man bewegt sich also stets schneller zeitlich vorwärts als räumlich, und
(3) Δx⁄Δt = c∙√{γ²⁄(γ² − 1)} < c.
BeschleunigungAngenommen, Du beschleunigst konstant. Im Raum-Zeit-Diagramm wäre Deine WL dann nicht eine Parabel wie nach NEWTON, sondern eine Hyperbel.
Lichtsignale von hinten wären nicht nur immer länger unterwegs, sondern würden Dich auch in immer größeren Zeitabständen und immer stärker rotverschoben erreichen. Dabei gibt es Signale, die Dich nicht einholen können, solange Du Deine Beschleunigung fortsetzt. Sie bilden aus Deiner Sicht einen Ereignishorizont.
Wenn sich Deine Borduhr Ω mit u' relativ zu U' bewegt (deren Tempo relativ zu U ja v ist), addieren sich nicht die Geschwindigkeiten, sondern die sog. Rapiditäten. Die Rapidität entspricht in der Raumzeit einem "Winkel" zwischen zwei WL.
Für die Geschwindigkeiten gilt
(4) u = (u' + v)⁄(1 + u'v⁄c²) < c.
Die Rapiditäten können sich zu beliebig großen Werten aufaddieren und erreichen nach ca. 2¾ Jahren Bordzeit (!) den Wert 1. Das heißt aber nicht, dass Du dann c erreicht hättest. Dazu müsste Deine Deine Rapidität unendlich groß werden.
Danke für die gute Erklärung! So kann sogar ich die Sache verstehen. Interessant auch die Sache mit den Signalen die mich nicht einholen können und dann aus meiner Sicht einen Ereignishorizont bilden, sowas habe ich mir fast gedacht und meine Frage zielte durchaus genau auf dies ab.
Du brauchst aber gar nicht c zu erreichen, damit es den EH gibt, sondern er besteht, solange Du die Beschleunigung fortsetzt.
Die Rotverschiebung eines gegebenen Signals, das Dir jemand hinterher schickt, entwickelt sich dabei nach Deiner Uhr exponentiell, d.h., die Streckung der Wellenlänge von z.B. 400nm auf 600nm dauert nach Deiner Uhr genauso lange wie die von 600nm auf 750nm.
Ja, das ist mir beides inzwischen ziemlich klar. Danke für den Hinweis! Du kannst prima in Worte fassen, was ich zuvor nur geahnt habe aber nicht in Worte fassen konnte.
Danke! Ich komme bisher genau zum gleichen Schluss. Aber ich habe folgendes Problem: Angenommen es klappt alles so wie du es beschreibst. Nun verläuft aber im Raumschiff die Zeit wegen der Lichtgeschwindigkeit schneller wie auf Erden. Bei ihrer Ankunft auf Alpha Centauri sind 4,7 Jahre vergangen, auf der Erde wesentlich mehr, doch haben sie die ganze Zeit hindurch die Liveübertragung gehabt, welche natürlich auch 4,7 Jahre beträgt...wie geht das, wenn auf Erden doch mehr wie 4,7 Jahre vergangen sind?