Wieso sollte die Relativitätstheorie gerade die Zeit und nicht das Licht beeinflussen?

7 Antworten

Hallo chrischi599,

die Relativitätstheorie beeinflusst selbst nichts, sondern beschreibt, und zwar vollständig auf der Grundlage der Klassischen Physik respektive ihrer Prinzipien.

Also ich habe die Theorie verstanden,…

Das habe ich früher auch gedacht. Ich konnte problemlos „Zeitdilatation“ ausrechnen und natürlich auch „Längenkontraktion“, und ich konnte sogar LORENTZ-transformieren. Hatte ich aber nicht, weil mir der Kern nicht 100% war:

Die Spezielle Relativitätstheorie ist nichts anderes als die konsequente Anwendung von GALILEIs Relativitätsprinzip auf MAXWELLs Elektrodynamik:

  • Fortbewegung ist relativ. Bewegen sich zwei Objekte O' und O mit konstanter Geschwindigkeit ±v› relativ zueinander, so sind die grundlegenden Beziehungen zwischen physikalischen Größen - nichts anderes sind Naturgesetze - dieselben, egal ob ich O als ruhend und O als mit v› bewegt oder O' als ruhend und O als mit –v› bewegt ansehe.
  • Die MAXWELL-Gleichungen, welche die grundlegenden Beziehungen zwischen elektrischen und magnetischen Feldern beschreiben, sind Naturgesetze. Und damit auch die direkt aus ihnen hervorgehende elektromagnetische Wellengleichung, die c enthält.

Das heißt: Für O und für O' muss dieselbe Wellengleichung und damit auch dasselbe Ausbreitungstempo für elektromagnetische Wellen gelten.

…dass sich die Zeit anpasst anstatt die Lichtgeschwindigkeit?

Die Formulierung „die Zeit passt sich an“ ist irreführend. Es ist überhaupt nicht möglich, Zeit separat, unabhängig vom Raum, zu beschreiben.

Auch vor EINSTEIN wäre es immer möglich und sinnvoll gewesen, Raum und Zeit ur Raumzeit zusammenzufassen. Wenn Du Dich verabredest, musst Du ja auch Ort und Zeit des Treffens vereinbaren. Das Treffen ist ein Beispiel für ein Ereignis.

Gleichortigkeit ist relativ, auch bei NEWTON

Es wird gern behauptet, in der NEWTON'schen Physik seien Raum und Zeit unabhängige Größen. Das stimmt gar nicht: Der räumliche Abstand zweier Ereignisse, die nicht gleichzeitig sind, hängt davon ab, ob wir O oder O' als stationär ansehen.

Trinke ich beispielsweise in einem Café in 5 Minuten einen Kaffee an einem Bahngleis, auf dem ein Zug mit v=60m/s vorbeifährt, finden der erste und der letzte Schluck am selbem Ort statt, wenn ich das Café als stationär ansehe.

Ich kann jedoch die Erde als riesiges Laufband ansehen, auf dem der Zug auf der Stelle rollt. In diesem Fall nehme ich den letzten Schluck 18km vom ersten Schluck entfernt ein.

Die Zeit scheint als konstante ja eher geeignet als eine Geschwindigkeit,…

Konstant ist die Zeit bestimmt nicht. Du meinst absolut. Das ist allerdings eine Hypothese NEWTONs, der mit MAXWELLs Arbeit noch nicht vertraut sein konnte.

Gleichzeitigkeit ist relativ

Angenommen, Du sitzt im Zug und rollst an mir vorbei. 60m/s sind zwar verschwindend wenig im Vergleich zu c (genauer: 2×10⁻⁷c), aber es geht ums Prinzip (und heute kann man so genau messen, dass man Gravitationswellen detektieren kann).

Jeweils im Abstand x vor und hinter dem Café sind Lichtsignalgeber installiert, die wir in dem Moment gleichzeitig aufleuchten sehen, in dem Du an mir vorbeifährst.

Wenn wir den Erdboden als stationär ansehen, müssen die Lichter auch gleichzeitig aufgeleuchtet sein. Sehen wir ihn als Laufband an, kommt die vordere Lampe auf Dich zu und die hintere entfernt sich von Dir. Das heißt aber auch, dass die vordere beim Aufleuchten weiter entfernt und die hintere bei ihrem Aufleuchten näher war, woraus sich ergibt, dass die vordere Lampe eher aufgeleuchtet sein muss.

Der BONDI- und der LORENTZ-Faktor

Genauere Rechnung ergibt für die Entfernungen x·K für die vordere und x/K für die hintere Lampe, wobei



der BONDI- oder optische DOPPLER-Faktor ist. Um diesen Faktor scheint der Zeittakt einer sich entfernenden Uhr länger und auf einer sich nähernden Uhr kürzer. Rechnet man die wachsende/schrumpfende Verzögerung heraus, bleibt eine Verlangsamung um den berühmten LORENTZ-Faktor



übrig. Wechselseitig übrigens. Der Zeittakt einer mit O' mitbewegten Uhr U' ist nicht per se länger, sondern nur gemessen entlang der Zeitrichtung von O.

Es ist noch immer üblich, „Zeitdilatation, Längenkontraktion und Relativität der Gleichzeitigkeit“ als quasi eine Art „Dreifaltigkeit“ der „relativistischen Effekte“ zu lehren.

Eigentlich jedoch ersetzt der letzte Begriff die beiden ersteren; sie passen besser in die LORENTZ'sche Äthertheorie, die von einem ruhenden Äther und damit auch einer klaren (ontologischen) Unterscheidung von „stationär“ und „bewegt“ ausgeht, nur dass ein bewegter Beobachter seine Bewegung nicht bemerkt.

Die Relativitätstheorie verzichtet auf dieses metaphysische Konzept, und so sind die ersten beidn Begriffe irreführend, ist doch mit ihnen die Vorstellung verbunden, da werde etwas in die Länge gezogen oder ziehe sich zusammen.

Die Situation gleicht eher der zweier Salamis gleicher Länge L und gleicher Dicke d, die schräg zueinander liegen, wobei Längsrichtung für Zeit und Querrichtung für Raum steht. Kein Mensch würde hier von „Längenkontraktion“ oder „Dickendilatation“ sprechen.

Der Unterschied besteht darin, dass zwischen einer Ausdehnung Δz bzw. Δz° in Längsrichtung und einer Ausdehnung in Querrichtung Δx bzw. Δx° die Beziehung

(3.1) Δz² + Δx² ≡ Δz°² + Δx°² = L

gilt (EUKLIDisches Abstandsquadrat) und zwischen der Dauer Δt bzw. Δt' und räumlicher Ausdehnung Δs bzw. Δs' eines Zeittaktes die Beziehung

(3.2) Δt² – c⁻²Δs² ≡ Δt'² – c⁻²Δs'² = T,

das MINKOWSKI-Abstandsquadrat, das für zwei beliebige Ereignisse auch 0 oder negativ werden kann.

Woher ich das weiß:
Studium / Ausbildung
 - (Physik, Zeit, Licht)

Endlich mal eine gute Erklärung, die den populärwissenschaftlichen Dunst lichtet.

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@Archimedes314

Danke für das Lob. Im Prinzip habe ich nichts gegen Populärwissenschaft, wohl aber gegen schlechte Formulierungen.

Mich haben sie jahrelang an einem echten Verständnis der Theorie gehindert.

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Die Zeit scheint als konstante ja eher geeignet als eine Geschwindigkeit

Das war auch die Annahme der Newtonschen Physik vor Einstein.

ich würd bloß gern Wissen, warum es für Einstein wahrscheinlicher war, dass sich die Zeit anpasst anstatt die Lichtgeschwindigkeit?

Es gab mehrere Versuche vor Einstein zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit, bzw. über eine Veränderung der Lichtgschwindigkeit verschiedene andere Phänomene zu erklären. Entgegen aller Erwartungen hat sich dabei die Lichtgeschwindigkeit aber immer als konstant erwiesen. Diesen Umstand hat Einstein dann erstmal so hingenommen und überlegt, was eine konstante Lichtgeschwindigkeit und eine inkonstante Zeit theoretisch für Auswirkungen hätten, woraus dann die RT entstand. Als er diese veröffentlichte, hielten sie viele Physkerkollegen für ziemlichen Blödsinn und standen ihr kritisch gegenüber. Als dann aber messbare Vorhersagen aus der RT abgeleitet wurden und diese durch Messungen bestätigt werden konnte, wurde Einstein schlagartig berühmt und seine RT wurde allgemein anerkannt.

Jede physikalische Theorie ist nur ein Modell, welches versucht, das Verhalten der Natur beschreibbar und vorhersagbar zu machen.

Es hat keinerlei Einfluss auf die Natur (also auch keinen Einfluss auf das wirkliche Verhalten von Zeit oder Licht).

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