Wird die Zeit oder der Raum gedehnt (wenn ein Objekt mit ca. c durch Weltall schwebt)?
Der Raum, oder?:
Auf der selben Zeit mehr Strecke?
Oder ist die Logik, dass wenn man die Zeit dehnt, es "länger" dauert bis diese vergeht aber auf der selben Strecke?
5 Antworten
Hallo Schachbrett123,
falls Du auf die Phänomene anspielst, die – irreführenderweise – "Zeitdilatation" und "Längenkontraktion" genannt werden: Dies sind Nebeneffekte der Relativität der Gleichzeitigkeit räumlich getrennter Ereignisse.
Ein BeispielszenarioStell Dir 3 in einer Reihe (der x-Achse eines vom mittleren Fahrzeug aus definierten Koordinatensystems Σ) angeordnete Raumfahrzeuge A bei x = −d, B bei x = 0 und und C bei x = d vor. Ein viertes Raumfahrzeug zieht mit der 1D-Geschwindigkeit v = β∙c (β ist eine Zahl zwischen 0 und 1) = Δx⁄Δt an ihnen vorbei.
Allerdings kann man auch B' als ruhend und A, B und C als Konvoy beschreiben, der mit −v (gleiches Tempo, entgegengesetzte Richtung) = Δx'⁄Δt' an B' vorbeizieht. Δx' und Δt' sind Koordinatendifferenzen in einem von B' aus definierten Koordinatensystem Σ'.
GALILEIs Relativitätsprinzip (RP) zufolge sind Σ und Σ' physikalisch gleichwertig, d.h., die grundlegenden Beziehungen zwischen physikalischen Größen (nichts anderes sind Naturgesetze) sind in Σ und Σ' dieselben.
Relativität der GleichortigkeitDie Gleichortigkeit zweier aufeinander folgender Ereignisse ist schon in der NEWTONschen Mechanik (NM) von der Wahl des Bezugssystems (entweder Σ oder Σ') abhängig: Betrachten wir z.B. den Vorbeiflug von A und B' und den Vorbeiflug B und B' aneinander betrachten, finden diese in Σ an verschiedenen Orten x = −d und x = 0 statt, in Σ' aber am selben Ort x' = 0.
GALILEI meets MAXWELLZu den Naturgesetzen gehören auch MAXWELLs Grundgleichungen der Elektrodynamik und die daraus folgende elektromagnetische Wellengleichung, welche das Lichttempo c als Naturkonstante enthalten. Die Wellengleichung muss also in Σ und Σ' gleichermaßen gelten, d.h., was sich relativ zu A, B und C mit c bewegt, das bewegt sich auch relativ zu B' mit c und umgekehrt. Das ist die Grundlage der Speziellen Relativitätstheorie (SRT).
Relativität der GleichzeitigkeitWir betrachten wieder zwei Ereignisse, diesmal die Absendung von Lichtsignalen von A und C aus, die B gleichzeitig erreichen – und zwar in dem Moment t₀ bzw. t'₀, in dem B' dort vorbeikommt.
In Σ müssen beide Ereignisse zur Zeit t₀ − d⁄c stattgefunden haben, da beide Quellen denselben Abstand vom (ruhenden) Empfänger haben.
In Σ' war C bei seiner Absendung um den Faktor
(1) (1 + β)/(1 − β) =: K²
weiter vom ruhenden Empfänger entfernt als A bei seiner. Da das Signal von C nicht schneller ist, muss die Absendung von dort aus früher stattgefunden haben, nämlich
(2.1) t'(C) = t'₀ − K∙d⁄c
(2.2) t'(A) = t'₀ − d/(K∙c).
Abb. 1: Raum- Zeit- Diagramm zum Beispiel.
Als Laie drauf geantwortet: Soweit ich es verstehe ist Zeit und Raum verknüpft und schlecht zu trennen. So vergeht zum Beispiel Zeit Subjektiv schneller, wenn man am Boden eines Gravitationstrichters sitzt.
Angenommen du hast Person A mit einem Raumschiff und Person B die auf der Erde bleibt.
Beide Personen könnten sich in deinem Beispiel weder auf Entfernung, noch auf die vergangene Zeit einigen.
Sagen wir Person A fliegt 10 Lichtjahre und das bei einer Geschwindigkeit, die die Zeit auf 10% für den Reisenden komprimiert.
Person A beschleunigt aus seiner Sicht auf nahe zu Lichtgeschwindigkeit, je näher er ihr kommt, desto weniger beschleunigt Person A aus Person Bs Sicht, Lichtgeschwindigkeit ist die Grenze. Gleichzeitig nimmt Person B wahr, dass die Uhren auf Person As Raumschiff aus seiner Sicht langsamer laufen.
Person A befindet sich aus seiner Sicht relativ zu sich immer im Stillstand, aus seiner Sicht beschleunigt er aber ganz normal weiter auf sein Ziel zu, als er seine Zielgeschwindigkeit erreicht schätzt er, dass er 1 Jahr braucht um die Distanz zu überwinden.
Aus Person Bs Sicht ist Person A um 1 Jahr gealtert, wenn diese am Ziel ankommt, aber hat über 10 Jahre gebraucht um es zu erreichen.
Aus Person As Sicht ist Person B um 10 Jahre gealtert, obwohl für Person A nur 1 Jahr vergangen ist.
Fliegt er nun den selben Weg zurück, bei gleicher Geschwindigkeit zurücklegen, würde er 2 Jahre älter auf der Erde ankommen, und auf Person B treffen die nun 20 Jahre älter ist.
Die Antwort ist also je nachdem wer der Beobachter ist entweder der Raum wird verzerrt, oder die Zeit, oder eben auch beides.
Das war jetzt maximal verwirrend vermute ich.
Beides ist wahr, abhängig davon, wen du als Beobachter definierst.
Für den Astronauten ergibt sich eine räumliche "Streckung", zu seinem Ziel, und gleichzeitig eine zeitliche Streckung zu Person B, die er mit 10 Jahren pro Jahr altern sieht.
Für Person B ergibt sich keine räumliche Streckung, er sieht, dass auf dem Raumschiff die Uhren mit 10% Geschwindigkeit ticken, und Person A nach 10 Jahren, die 10 Lichtjahre hinter sich gebracht hat.
Am Ende können sich beide weder auf die Distanz, noch auf die vergangene Zeit einigen.
**Edit** Ich bin selbst nur Laie, bitte korrigiert mich jemand, wenn ich daneben liege.
die Lorentz-Tranformation ist einfach genug. Im System des jeweiligen anderen Beobachters gilt Zeitdilatation und Längenkontraktion. Niemand nennt das "Dehnung" von Raum oder Zeit.
Schulbücher anscheinend schon .-. Habs bei den Q1ern gesehen. Schaue mir jetzt die Lorentz-Transformation an :) Danke für die Idee.
Für die Besatzung des Raumschiffs wird der Raum kontrahiert,
aber für einen Außenstehenden, der das Raumschiff beobachtet, wird die Zeit des Raumschiffs gedehnt.
Wenn ich das richtig verstanden habe, wird im Objekt selber überhaupt nix gedehnt. Wenn du mit Lichtgeschwindigkeit ein Jahr unterwegs bist, bist du ein Lichtjahr vom Startpunkt weg. Nur für die zuhause sieht das anders aus. Aber ich bin nicht schlau genug, das wirklich zu verstehen. 🤔😏
Ich meine das Raum-Zeit-Kontinuum. Dehnt sich bei Geschwindigkeiten nahe c die Zeit oder der Raum und mit welcher Logik?
Ich versuchs mal. Wenn du mit c fliegst, und ich Zuhause bleibe, sieht es für mich so aus, dass deine Uhr im Raumschiff langsamer läuft, also die Zeit wird gedehnt.
Ein Freund von mir ist Physiker, der hat schon nächtelang versucht, mir das zu erklären. Erfolglos. Aber netter Kerl. 😀😀 Mehr weiss ich nicht.
Also dehnt sich die Zeit mit dem Hintergrund, dass es mehr braucht, damit die gleiche Zeit vergeht aber bei gleicher Strecke?
Hab´s verstanden. Lichtgeschwindigkeit ist die Grenze, also beschleunigt er immer langsamer, da er Lichtgeschwindigkeit nicht erreichen kann. Die Uhren stellen die Zeitdilatation dar in Form von objektiven Maßstäben. Da er mit seiner Geschwindigkeit die Zeit bis zu 10% komprimiert hat, scheint und aletert er nun um 90% weniger als Person B. Für B hat keine Zeitdilatation stattgefunden, so ist er ganz "normal" gealtert.
Aber: Wird für Person A nun der Raum oder die Zeit gedehnt? Nämlich gibt es da zwei Logiken aus meiner Sicht: Entweder man dehnt den Raum, so dass auf gleicher Zeit mehr Raum zurückgelegt wird.
Oder die Logik hat darin Bestand, dass man die Zeit dehnt und man nun als Mensch in der Rakete auf der selben Strecke die Zeit "gedehnter" wahrnimmt und somit weniger Zeit vergeht.
Es kann ja nicht beides sein (mit dieser Logik), denn nehmen wir mal an: Einmal beweist die Streckung (von Raum) dass diese Streckung etwas länger bzw. größer erscheinen lässt. Wenn wir dann aber wieder davon ausgehen, dass die Streckung (von Zeit) nun heißt, dass der Maßstab für die selbe Zeit nur langsamer läuft, dann kann nicht einmal die Streckung für das Ausdehnen des Maßstabes bei gleicher x-Einheit bedeuten und einmal die Vergrößerung dieses Maßstabes um x-Einheiten.