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Domesday
Newbie
Anmeldungsdatum: 27.11.2009
Beiträge: 42
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 Verfasst am: 16 Aug 2012 - 18:08:26 Titel: Relativitätstheorie |
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Ich habe ein paar Fragen zur Relativitätstheorie...
1. wenn weg und zeit keine naturkonstanten sind, wie kann man dann die lichtgeschwindigkeit, die laut einstein eine konstante ist, in KILOMETERN pro SEKUNDE ausdrücken?
wenn die zeit also an punkt a schneller vergeht als an punkt b würde das licht also doch wieder unterschiedlich schnell sein und nicht konstant sein, genau so mit dem raum.
2. wenn massen bei hoher geschwindigkeit zusammengezogen werden, ist es dann bei allen materialien gleich? ein metall hat z.b. eine höhere dichte als schaumstoff, würde sich das metall bei lichtgeschwindigkeit weniger zusammenziehen als der schaumstoff? würde ein brüchiger stoff wie z.b. sehr dünnes glas beim zusammenziehen zerbrechen? oder beispielsweise formare stoffe wie knete, würden sie sich, nachdem sie wärend dem schnellen fliegen zusammen ziehen und beim anhalten wieder zur ursprungsmasse zurückkehren oder umgeformt bleiben?
3. da massen andere massen anziehen und licht von großen massen wie der sonne oder schwarzen löchern abgelenkt wird müssten photonen auch eine (geringe) masse haben. wenn sich die energie nun aus masse * lichtgeschwindigkeit zum quadrat, also e=mc² berechnet, dann müsste m ja zwangsweise 0 sein wenn ich die energie von licht berechnen will, was ja nicht ginge wenn licht eine masse hat. habe ich da nen denkfehler? denn sonst wäre die formel ja nicht richtig
4. masse wird ja laut einstein größer bei schneller bewegung. da fast die ganze masse ja laut der modernen phsyik im atom bzw im higgs teilchen steckt, müsste z.b. ein sehr schneller komet im volumen schrumpfen, die zeit auf dem komet würde langsamer vergehen und irgendwie müssten die atome des fliegenden kometen mehr masse bekommen. da stellt sich mir einmal die frage, ob es unter atomgrößen starke schwankungen gibt und dann, wie z.b. ein wasserstoff atom an masse gewinnt wenn man es schnell bewegt? |
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Cheater!
Senior Member
Anmeldungsdatum: 28.10.2007
Beiträge: 4545
Wohnort: Stuttgart
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| Verfasst am: 16 Aug 2012 - 18:49:16 Titel: |
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1.
Die Lichtgeschwindigkeit ist konstant. Mit einer Zeitdilatation geht auch eine Längenkontraktion einher. (vgl. auch http://de.wikipedia.org/wiki/Relativit%C3%A4t_der_Gleichzeitigkeit)
2.
Die Längenkontraktion ist von der Stoffart unabhängig.
Es muss zwischen allgemeiner (Beschleunigung ist möglich) und spezieller (keine Beschleunigung) unterschieden werden.
Inklusive Beschleunigungsvorgang verformen bzw. zerbrechen Stoffe.
vgl. http://de.wikipedia.org/wiki/Raumschiffparadoxon
3.
Photonen haben keine Ruhemasse.
Die Gravitation wirkt auch auf Energien.
4.
Stichwort: relativistische Massenzunahme
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Domesday
Newbie
Anmeldungsdatum: 27.11.2009
Beiträge: 42
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| Verfasst am: 16 Aug 2012 - 21:16:35 Titel: |
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woher wissen wir denn aber was 1 kilometer ist? und ist 1 kilometer auch in 1 millarde jahre noch 1 kilometer?
wenn schnelle bewegung längen verkürzt und massen schrumpfen lässt, und unsere erde sich um die sonne dreht, sich das sonnensystem um das schwarze loch der milchstrasse dreht und die milchstrasse sich wieder um irgendwas dreht müssten wir uns mit einer enormen geschwindigkeit drehen die in der zukunft nicht gleich bleibt sondern sich erhöht oder verringert. wir wissen ja inzwischen dass sich die erde früher auch sehr viel schneller gedreht hat so dass ein tag nur 6 stunden hatte. was genau ein kilometer war, ist und sein wird lässt sich doch also gar nicht so genau sagen?
in einem gekrümmten raum müsste also das licht viel schneller reisen, oder?
außerdem, wenn energien von der gravitation angezogen wird und ich einen lichtstrahl in ein sehr starkes gravitationsfeld sende dann werden die photonen doch zusätzlich von der gravitation beschleunigt und sind somit schneller als das licht oder sehe ich das falsch?
ich meine das so: wenn ich einen ball zur sonne werfe und er keine widerstände zu überwinden hat bewegt er sich im weltraum ne lange zeit mit meiner wurfgeschwindigkeit. um so näher er sich der sonne nähert desto stärker wir der von deren gravitation angezogen und wird somit immer schneller. wenn ich den ball nun mit einem photon austausche müsste es sich doch ähnlich verhalten? es gibt ja objekte im weltraum die sehr viel mehr masse und somit gravitation haben als die sonne |
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Nofeys
Senior Member
Anmeldungsdatum: 08.04.2009
Beiträge: 620
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| Verfasst am: 16 Aug 2012 - 22:09:50 Titel: |
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| Zitat: |
| wenn schnelle bewegung längen verkürzt und massen schrumpfen lässt, und unsere erde sich um die sonne dreht, sich das sonnensystem um das schwarze loch der milchstrasse dreht und die milchstrasse sich wieder um irgendwas dreht müssten wir uns mit einer enormen geschwindigkeit drehen die in der zukunft nicht gleich bleibt sondern sich erhöht oder verringert. |
Deswegen heißt das ganze ja Relativitätstheorie  .
Geschwindigkeiten werden nicht absolut gemessen, sondern nur relativ.
Für einen Beobachter auf der Erde bewegt sich diese immer gleich schnell, nämlich garnicht. Deswegen wird ein Kilometer auf der Erde für einen Beobachter auf der Erde auch immer gleich lang bleiben. Jemand, der uns von einem schwarzen Loch aus beobachtet würde das ganze vielleicht anders sehen  . |
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Cheater!
Senior Member
Anmeldungsdatum: 28.10.2007
Beiträge: 4545
Wohnort: Stuttgart
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| Verfasst am: 17 Aug 2012 - 10:29:50 Titel: |
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| Zitat: |
| außerdem, wenn energien von der gravitation angezogen wird und ich einen lichtstrahl in ein sehr starkes gravitationsfeld sende dann werden die photonen doch zusätzlich von der gravitation beschleunigt und sind somit schneller als das licht oder sehe ich das falsch? |
Nein, sie können nicht schneller werden als Lichtgeschwindigkeit. Dieses Beispiel ist genau der Grund, warum innerhalb eines Graviationsfeld die Uhren abhängig von der Position unterschiedlich schnell gehen. Damit nämlich die Lichtgeschwindigkeit immer konstant bleiben kann.
@Kilometer:
wir leiten die Dauer einer Sekunde an Hand eines Naturereignisses ab, legen die Lichtgeschwindigkeit fest und ermitteln daraus die Länge eines Kilometers. Wenn sich die Sekunde also ändert (das Naturereignis), ändert sich auch der Kilometer. |
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Jens Blume
Full Member
Anmeldungsdatum: 14.02.2009
Beiträge: 340
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| Verfasst am: 17 Aug 2012 - 14:17:34 Titel: |
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| Nofeys hat folgendes geschrieben: |
...
Für einen Beobachter auf der Erde bewegt sich diese immer gleich schnell, nämlich garnicht. ... |
Drehbewegungen lassen sich sehr wohl messen (z. B. mit einfachem Laserpointer).
| Nofeys hat folgendes geschrieben: |
| ... Jemand, der uns von einem schwarzen Loch aus beobachtet würde das ganze vielleicht anders sehen . |
Ein fiktives Zenario, bei dem unendlich hohe Energien auftreten würden.
_________________
MfG Jens Blume |
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Nofeys
Senior Member
Anmeldungsdatum: 08.04.2009
Beiträge: 620
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| Verfasst am: 17 Aug 2012 - 17:11:49 Titel: |
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Es ging aber weniger um Laserpointer als um die Länge eines Kilometers oder ?
Und das andere war eher ein Scherz.
Aber egal ich halt mich jetzt raus und lass die Experten vor. |
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Fnord
Newbie
Anmeldungsdatum: 22.08.2006
Beiträge: 47
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| Verfasst am: 20 Aug 2012 - 11:11:52 Titel: |
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| hat folgendes geschrieben: |
in einem gekrümmten raum müsste also das licht viel schneller reisen, oder?
außerdem, wenn energien von der gravitation angezogen wird und ich einen lichtstrahl in ein sehr starkes gravitationsfeld sende dann werden die photonen doch zusätzlich von der gravitation beschleunigt und sind somit schneller als das licht oder sehe ich das falsch?
ich meine das so: wenn ich einen ball zur sonne werfe und er keine widerstände zu überwinden hat bewegt er sich im weltraum ne lange zeit mit meiner wurfgeschwindigkeit. um so näher er sich der sonne nähert desto stärker wir der von deren gravitation angezogen und wird somit immer schneller. wenn ich den ball nun mit einem photon austausche müsste es sich doch ähnlich verhalten? es gibt ja objekte im weltraum die sehr viel mehr masse und somit gravitation haben als die sonne |
Licht reist nicht schneller oder langsamer. Vielmehr ändert sich bei einer Energieänderung seine Wellenlänge. Das ist das selbe wie beim Auto mit der Geschwindigkeit v und einer Taschenlampe in Fahrtrichtung auf dem Dach. Das Licht wird dann nicht c+v schnell! Die zusätzliche kinetische Energie die es für den ruhenden Beobachter bekommt geht statt in die Geschwindigkeit, in eine Veränderung der Wellenlänge über.
Dieses Beispiel kannst du direkt auf dein Gravitationspotential übertragen. Bekommt Licht potentielle Energie duch solch ein Potential (näher an der Erde oder näher an einem schwarzen Loch), dann ändert sich seine Wellenlänge, aber nicht seine Geschwindigkeit.
Wenn du mehr darüber erfahren willst, kannst du unter http://www.leifiphysik.de/web_ph12/versuche/09photmasse/photmasse.htm nachlesen, wie z.B. Pound und Rebka diese Wellenlängenänderung im Erdgravitationsfeld gemessen haben. |
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Domesday
Newbie
Anmeldungsdatum: 27.11.2009
Beiträge: 42
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| Verfasst am: 24 Aug 2012 - 11:22:34 Titel: |
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| Fnord hat folgendes geschrieben: |
| Vielmehr ändert sich bei einer Energieänderung seine Wellenlänge. Das ist das selbe wie beim Auto mit der Geschwindigkeit v und einer Taschenlampe in Fahrtrichtung auf dem Dach. Das Licht wird dann nicht c+v schnell! Die zusätzliche kinetische Energie die es für den ruhenden Beobachter bekommt geht statt in die Geschwindigkeit, in eine Veränderung der Wellenlänge über. |
dass das licht nicht schneller wird wenn es zusätzlich beschleunigt wird ist mir schon klar, trotzdem würde der beobachter es schneller sehen oder?
angenommen das licht wäre nur 10 kmh schnell, dann könnte ich die spitze eines lasers im nebel schneller an mir vorbei huschen sehen wenn der laserpointer auf einem auto wäre, natürlich ändert sich die geschwindigkeit des lichtes nicht, aber dem beobachter käme der beschleunigte strahl schneller vor
es gibt ja die theorie, dass wenn man sich sehr schnell durch den weltraum bewegt, die zeit langsamer vergeht, z.b. während im raumschiff 1 jahr vergeht, vergehen auf der erde 20 jahre. angenommen ich reise mit einer solch hohen geschwindigkeit um die erde und schaue einen livestream per internet, wäre das bild dann 20x so schnell wie auf der erde? denn normal würde man die zeitverlangsamung gar nicht wahrnehmen, schaut man nun aber über eine webcam live seiner familie zu müsste man ja zwangsweise das geschehen dieser in 20 facher geschwindigkeit sehen können? |
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Fnord
Newbie
Anmeldungsdatum: 22.08.2006
Beiträge: 47
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| Verfasst am: 24 Aug 2012 - 11:41:44 Titel: |
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| Zitat: |
dass das licht nicht schneller wird wenn es zusätzlich beschleunigt wird ist mir schon klar, trotzdem würde der beobachter es schneller sehen oder?
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Nach der Relativitätstheorie nimmt JEDER Betrachter (eines Inertialsystems) das Licht als gleich schnell wahr. Also würde dein Beobachter das Licht nicht als schneller sehen.
| Zitat: |
| angenommen das licht wäre nur 10 kmh schnell, dann könnte ich die spitze eines lasers im nebel schneller an mir vorbei huschen sehen wenn der laserpointer auf einem auto wäre, natürlich ändert sich die geschwindigkeit des lichtes nicht, aber dem beobachter käme der beschleunigte strahl schneller vor |
Ich muss sagen ich weiß nicht genau was du mit der Spitze des Lasers meinst.
| Zitat: |
| es gibt ja die theorie, dass wenn man sich sehr schnell durch den weltraum bewegt, die zeit langsamer vergeht, z.b. während im raumschiff 1 jahr vergeht, vergehen auf der erde 20 jahre. angenommen ich reise mit einer solch hohen geschwindigkeit um die erde und schaue einen livestream per internet, wäre das bild dann 20x so schnell wie auf der erde? denn normal würde man die zeitverlangsamung gar nicht wahrnehmen, schaut man nun aber über eine webcam live seiner familie zu müsste man ja zwangsweise das geschehen dieser in 20 facher geschwindigkeit sehen können? |
Okay, gehen wir von einem Raumschiff aus in dessen Inertialsystem die Uhren 20x langsamer laufen als auf der Erde. Ein Signal von der Erde (dein "live"-stream) würde dann auch 20x langsamer ankommen. Dadurch, dass du dich immer weiter von der Erde weg bewegst, braucht das Signal einfach immer länger bis es bei dir ankommt. Nebenbei ist auch der entstehende Dopplereffekt zu beachten. So ein "Live"-Stream würde also auch Verarbeitungstechnischen Mehraufwand erfordern, da wie gesagt, das Signal längergezogen ist. |
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Domesday
Newbie
Anmeldungsdatum: 27.11.2009
Beiträge: 42
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| Verfasst am: 24 Aug 2012 - 14:24:00 Titel: |
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| Fnord hat folgendes geschrieben: |
| Nach der Relativitätstheorie nimmt JEDER Betrachter (eines Inertialsystems) das Licht als gleich schnell wahr. Also würde dein Beobachter das Licht nicht als schneller sehen. |
gibt es da auch ne erklärung warum das so ist? denn warum funktioniert das denn mit allem außer dem licht? (wenn ich den ball in einem flugzeug werfe summiert sich die wurfgeschwindigkeit ja auch mit der fluggeschwindigkeit) wenn ich mit lichtgeschwindigkeit auto fahre und dann den laser abfeuer dann wäre ja, nach meiner primitiven logik, das einzige was die lasergeschwindigkeit reduzieren würde bestimmte hindernisse die es im leeren vakuum nicht gäbe, laut der relativitätstheorie müsste ich ja im raumschiff dann gar kein licht mehr vor mir haben
| Fnord hat folgendes geschrieben: |
| Ich muss sagen ich weiß nicht genau was du mit der Spitze des Lasers meinst. |
bei einem laser das erste laserphoton das aus dem laser kommt sozusagen
| Fnord hat folgendes geschrieben: |
| Okay, gehen wir von einem Raumschiff aus in dessen Inertialsystem die Uhren 20x langsamer laufen als auf der Erde. Ein Signal von der Erde (dein "live"-stream) würde dann auch 20x langsamer ankommen. Dadurch, dass du dich immer weiter von der Erde weg bewegst, braucht das Signal einfach immer länger bis es bei dir ankommt. Nebenbei ist auch der entstehende Dopplereffekt zu beachten. So ein "Live"-Stream würde also auch Verarbeitungstechnischen Mehraufwand erfordern, da wie gesagt, das Signal längergezogen ist. |
das ist mir bewusst, deshalb meinte ich ja, dass ich mit dem raumschiff um die erde kreise, also ich mich nicht von ihr weg bewege. wenn es stimmt dass sich die zeit in bewegten objekten anders verhält (was ja schon mit atomuhren im flugzeug bewiesen wurde) dann müsste das signal des livestreams also sehr verzerrt bei mir ankommen und ich könnte sozusagen vorgespult anschauen was auf der welt passiert während ich selbst in normalgeschwindigkeit lebe |
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Caoscrischen
Full Member
Anmeldungsdatum: 24.05.2009
Beiträge: 124
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| Verfasst am: 24 Aug 2012 - 14:24:25 Titel: |
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Zum Laserstrahl auf dem Auto:
Du würdest den Laserstrahl bzw. dessen Ausbreitung ganz normal unverändert sehen. Das Auto wäre aber da es einen hohen prozentualen Anteil der Lichtgeschwindigkeit hat eine starke Längenkontraktion.
Lustig ist auch sich die Sicht des Fahrers bei 99% der Lichtgeschwinfigkeit vorzustellen. Wenn man die richtige Bauform des Autos voraussetzt, dann kann der Fahrer seine eigenen Rücklichter sehen ohne den Kopf zu bewegen . |
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Fnord
Newbie
Anmeldungsdatum: 22.08.2006
Beiträge: 47
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| Verfasst am: 26 Aug 2012 - 16:01:06 Titel: |
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| Domesday hat folgendes geschrieben: |
| Fnord hat folgendes geschrieben: |
| Nach der Relativitätstheorie nimmt JEDER Betrachter (eines Inertialsystems) das Licht als gleich schnell wahr. Also würde dein Beobachter das Licht nicht als schneller sehen. |
gibt es da auch ne erklärung warum das so ist? denn warum funktioniert das denn mit allem außer dem licht? (wenn ich den ball in einem flugzeug werfe summiert sich die wurfgeschwindigkeit ja auch mit der fluggeschwindigkeit) wenn ich mit lichtgeschwindigkeit auto fahre und dann den laser abfeuer dann wäre ja, nach meiner primitiven logik, das einzige was die lasergeschwindigkeit reduzieren würde bestimmte hindernisse die es im leeren vakuum nicht gäbe, laut der relativitätstheorie müsste ich ja im raumschiff dann gar kein licht mehr vor mir haben
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Eine Erklärung für eine konstante Vakuum-Lichtgeschwindigkeit ist mir nicht bekannt. An sich steht das Erklären auch nicht im Mittelpunkt der Physik. Vielmehr geht es um das Beschreiben der physikalischen Vorgänge.
Aber zurück zum Thema: die konstante (Vakuum-)Lichtgeschwindigkeit bezieht sich nicht nur auf Licht als Geschwindigkeitsmaximum. Streng genommen addiert sich die Geschwindigkeit des aus dem Flugzeug geworfenen Balles auch nicht zu der Geschwindigkeit des Fliegers!
Es gibt die klassische Mechanik, in der man die Geschwindigkeit wie du es kennst einfach addiert und die relativistische Physik, in der man das eben nicht mehr machen darf. Eigentlich müsste man immer die relativistischen Formeln nehmen, da sie korrekter sind. Allerdings geht bei immer kleineren Geschwindigkeiten die relativistische Formel in die klassischen Formeln über.
Das ganze heißt nichts anderes, als dass du bei kleinen Geschwindigkeiten (weit kleiner als die Vakuumlichtgeschw.) die klassischen Formeln (Geschwindigkeitsaddition) nehmen kannst ohne einen großen Fehler zu machen. Und genau das wird bei unseren Alltagsgeschwindigkeiten gemacht.
Wenn man in der relativistischen Physik die Lichtgeschwindigkeit mit der Lichtgeschwindigkeit addiert, kommt "abra kadrabra" wieder die Lichtgeschwindigkeit raus. |
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Domesday
Newbie
Anmeldungsdatum: 27.11.2009
Beiträge: 42
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| Verfasst am: 26 Aug 2012 - 16:18:03 Titel: |
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| Fnord hat folgendes geschrieben: |
| An sich steht das Erklären auch nicht im Mittelpunkt der Physik. Vielmehr geht es um das Beschreiben der physikalischen Vorgänge. |
im grunde genommen ist die phsyik ja auch nur ein teil der philosophie und darin geht es nun mal um das streben nach weisheit, also dinge zu begreifen.
| Zitat: |
| Streng genommen addiert sich die Geschwindigkeit des aus dem Flugzeug geworfenen Balles auch nicht zu der Geschwindigkeit des Fliegers! |
ich als beobachter würde es aber durchaus so wahrnehmen
wenn an mir ein großer bus vorbeifährt und darin ein ball liegt dann reist der ball mit beispielsweise 50 kmh an mir vorbei. wirt nun aber jemand den ball in richtung fahrer würde sich die wurfgeschwindigkeit doch dazu rechnen?
| Zitat: |
| Eigentlich müsste man immer die relativistischen Formeln nehmen, da sie korrekter sind. |
wie sähe denn diese aus? ist das die bekannte e=mc²? also am beispiel von dem ball im bus z.b.
| Zitat: |
| Wenn man in der relativistischen Physik die Lichtgeschwindigkeit mit der Lichtgeschwindigkeit addiert, kommt "abra kadrabra" wieder die Lichtgeschwindigkeit raus. |
das versteh ich leider nicht. c+c=2c und nicht 1c nach meiner unkenntlichen logik, gibt es da ein buch oder sowas wo das alles genau erklärt wird? |
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Jens Blume
Full Member
Anmeldungsdatum: 14.02.2009
Beiträge: 340
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Fnord
Newbie
Anmeldungsdatum: 22.08.2006
Beiträge: 47
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| Verfasst am: 26 Aug 2012 - 18:32:19 Titel: |
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Die Formel des relativistischen Additionstheorems lautet:
(Quelle: Wikipedia)
Dabei ist u' z.B. die Geschwindigkeit deines Busses und v die Geschwindigkeit, die du dem Ball gibst. Die resultierende Geschwindigkeit wird mit u bezeichnet. (c ist die Lichtgeschwindigkeit)
Analysieren wir mal die Formel: Oben habe ich erwähnt, dass du die Geschwindigkeiten addieren kannst, wenn die betrachteten Geschwindigkeiten klein gegenüber der (Vakuum-)Lichtgeschwindigkeit sind.
Setzen wir also formal "kleine" Geschwindigkeiten ein, dann ist u'*v/c² auch sehr klein. Der Divisor (das was unter dem Bruchstrich steht) ist also fast 1 und kann damit vernachlässigt werden.
Mit Zahlen: der Bus fährt z.B. 50km/h und du wirfst den Ball mit 10km/h, dann ist u'*v/c² = 0,000000463.
Setzen wir das in obige Formel zur Addition von Geschwindigkeiten ein:
u= u'+v / (1+u'*v/c²) = u'+v / 1,000000463
Du siehst jetzt vielleicht, was ich in meinem letzten Beitrag damit gemeint habe, dass du für kleine Geschwindigkeiten die einzelnen Beträge einfach addieren kannst, denn diese Formel ist "fast" wie
u= u'+v
Für das obige Zahlenbeispiel ist die addierte Geschwindigkeit exakt 59,99997 km/h, während bei direkter Addition 60km/h heraus käme.
Das ist auch einer der Gründe, warum wir die Relativitätstheorie so schlecht intuitiv verstehen können. Bei allen Alltagsbeobachtungen sehen wir die Folgen der Relativitätstheorie nicht (zumindest nicht direkt). Dafür sind wir einach zu langsam etc.
Achja, nochmal zurück zu zweimal die Lichtgeschwindigkeit addieren:
dann ist u'=v=c. Setz das in die Formel ein und du siehst, dass u auch gleich c ist. |
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