Hallo!
Da sich hier auch viele Leute mit naturwissenschaftlichen Hintergrund
aufhalten hätte ich eine Frage zur allgemeinen Relativitätstheorie,
genauer zum Schrumpfen der Maßstäbe im Gravitationsfeld.
Die gravitative Zeitdilatation kann ich meinen Schülern recht
anschaulich mittels Äquivalenzprinzip und dem unterschiedlichen Ticken
zweier Uhren am Boden bzw. der Spitze einer beschleunigenden Rakete
verdeutlichen. Demnach geht die obere Uhr der Rakete und demnach auch
die obere Uhr um Gravitationsfeld schneller und die untere langsamer.
Nun bin ich auf der Suche nach einer ähnlich anschaulichen Herleitung
der gravitativen Änderung von Längen/Maßstäben.
In einem Schulbuch (https://www.oebv.at/flippingbook/9783209085900/44/)
steht zum Beispiel folgende scheinbar sehr simple Herleitung:
Eine Rakete fällt auf einer Ellipsenbahn um die Erde. Der Astronaut
misst mit einer Uhr und einem Maßstab fortlaufend die
Lichtgeschwindigkeit. Da in Erdnähe die Zeit langsamer vergeht, muss
demnach der Maßstab geschrumpft sein.
Für mich ist diese scheinbar sehr simple Erklärung nicht
nachvollziehbar, denn was beobachtet der Astronaut immer? Durch das
Äuqivalenzprinzip entspricht ja die frei fallende Rakete der
Schwerelosigkeit im Weltraum fernab von Massen. Daher wird der Astronaut
wohl immer wenn seine Uhr z.B. 1 ns anzeigt das Photon die Länge des
Maßstabs zurückgelegt haben.
In Erdnähe vergeht nun die Zeit aber langsamer. Zum Beispiel sind nahe
der Erde erst 0.7 ns vergangen, wenn weiter von der Erde entfernt
bereits 1 ns vergangen ist. Aber auch dort müsste das Photon nach
angezeigten 1 ns die Länge des Maßstabs zurückgelegt haben. Dann sind
aber für den Beobachter weitab der Erde z.B. schon 1.3 ns vergangen.
Wie kann man nun aber den Schluß daraus ziehen, dass der Maßstab nahe
der Erde geschrumpft sein muss?
Oder hat für den Astronauten näher zur Erde das Photon bereits nach 0.7
ns die Maßstabslänge zurückgelegt?
Hinzu kommt ja, dass die gravitative Längenkontraktion nur in radialer
Richtung auftritt. Halte ich etwa den Maßstab parallel zu den
Äquipotentiallinien, so dürfte ja überhaupt keine Kontraktion
stattfinden. Diesen Effekt berücksichtigt die obige simple Herleitung ja
überhaupt nicht.
Die Erklärung in diesem Youtube-Video bei Minute 12:50
(https://www.youtube.com/watch?v=kgHriMYZeIA&t=767s) ist für mich auch
nicht befriedigend. Da wird so getan, also ob das Photon nach 0.7 ns
noch Zeit hat, sich weiter auszubreiten und daher mehr Weg zurücklegt,
der dann später wegen der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit schrumpfen
muss.
Vielleicht kann ja jemand von euch die Sache für mich erhellen. Oder
gibt es schlichtweg keine einfache aber folgerichtige Herleitung? Wie
gesagt, bei der gravitativen Zeitdilatation gibt es eine solche einfache
aber schlüssige Herleitung.
Danke im voraus für eure Hilfe...
Uppp, mit Kleinigkeiten gibt's du dich wohl nicht ab? ;-)
Was du hier diskutieren Willst ist verdammt harter Stoff, da werden dir
nur ein paar gute Physiker weiter helfen können. Unser avr gcc Johann G.
L. ist do so einer. Vielleicht liest er das hier?
Ich bin zwar kein Physiker aber ein sehr naturwissenschaftlich
interessierter Ingenieur und Mediziner.
Sehr schön, dass es noch Lehrer wie dich gibt (du hast ja viele deiner
Physik-Projekte hier auch präsentiert), die so engagiert Wissen
vermitteln wollen - das ist heutzutage leider eine Seltenheit.
Die ART ist schon faszinierend, allein wie man auf sowas kommt. Dass man
Gravitation nicht als anziehende Kraft zwischen Massen sieht sondern
eine Raumzeitkrümmung durch Masse und Energie beschreibt [was ja die
Feldgleichung letztlich sagt], in der Energie und Masse ebendieser
folgt. :-)
Ich bin ja grundsätzlich einer, der er es möglichst genau wissen will
und sich bei solchen Fragen die "Basics" ansehen würde - und die sind
nunmal die Einstein'schen Feldgleichungen.
Es gibt verhältnismäßig einfache Lösungen der Einstein'schen
Feldgleichungen und wenn man zumindest das Resultat verstanden hat
[nicht unbedingt die Herleitung] (man kann sich die Herleitung auch auf
Youtube ansehen - Kanal von "eigenchris", ich denke der hat sogar die
Kerr-Metrik hergeleitet oder zumindest herleiten wollen - generell kann
man auf dem Kanal so ziemlich alles über die Mathematik der RT erfahren
+ die praktischen Bedeutungen davon), kann man daraus eine einfache
Erklärung versuchen abzuleiten.
Die Schwarzschild-Metrik wäre eine verhältnismäßig "einfache" Lösung,
die die Raumzeitkrümmung einer Masse beschreibt (kugelförmig, nicht
geladen, nicht rotierend).
Daher empfehle ich dir mal:
https://www.youtube.com/watch?v=ZS22sw4NRDY
Daniel R. schrieb:> Ich bin zwar kein Physiker aber ein sehr naturwissenschaftlich> interessierter Ingenieur und Mediziner.>> Sehr schön, dass es noch Lehrer wie dich gibt (du hast ja viele deiner> Physik-Projekte hier auch präsentiert), die so engagiert Wissen> vermitteln wollen - das ist heutzutage leider eine Seltenheit.
Ja. Aus gutem Grund. Es ist in den allermeisten Fällen Perlen vor die
Säue. Außer in ein paar gaaaanz wenigen Nischen und Inseln der
Glückseeligkeit, ist das allgemeine Interessen an Physik seit
JAHRZEHNTEN stark im Sinken. Und nicht nur dort. Und das Niveau, auf dem
der OP das hier betreibt, ist schon DEUTLICH über Abiturniveau.
Relativitätstheorie, nicht mal die (eher einfache) spezielle, hab ich im
Abitur nicht gehabt, und das auf einem technischen Gymnasium. Und die
allgemeine ist sowohl vom Modell als auch der Mathematik schon harter
Stoff. Ja, ich hab sie bis heute nicht kapiert, hab es aber auch nie
ernsthaft versucht ;-)
Das allgemeine BlaBla mit Masse und Raumkrümmung ist trivial und
Galileo-Niveau ;-)
Christoph E. schrieb:> In einem Schulbuch (https://www.oebv.at/flippingbook/9783209085900/44/)> steht zum Beispiel folgende scheinbar sehr simple Herleitung:> Eine Rakete fällt auf einer Ellipsenbahn um die Erde. Der Astronaut> misst mit einer Uhr und einem Maßstab fortlaufend die> Lichtgeschwindigkeit. Da in Erdnähe die Zeit langsamer vergeht, muss> demnach der Maßstab geschrumpft sein.
Hallo,
solche "anschaulichen Erklärungen" sind zwar sehr oft hilfreich, aber
manchmal sind sie falsch. Als Beispiel dafür das Banach Tarski
Paradoxon.
Ich verstehe die obige Erklärung so:
Für einen Beobachter auf der Erde geht die Uhr in der Rakete in einem
erdnahen Punkt langsamer als in einem erdfernen Punkt. Da in der Rakete
die Lichtgeschwindigkeit konstant ist, schließt der Beobachter auf der
Erde, dass die Länge im erdnahen Punkt verkürzt ist.
MfG
egonotto
Danke einmal für eure Kommentare...
Wenn ich mich mit der Sache beschäftige, tauchen immer neue
Fragen/Unklarheiten auf, z.B. folgende:
Wenn in P (Erdnähe) die Zeit langsamer vergeht (z.B. 0.7 ns statt 1 ns),
muss doch das Photon in dieser Zeit für den Astronauten in P nur 21 cm
zurückgelegt haben. Dieser Umstand bedingt mMn aber nicht zwingend, dass
der Massstab geschrumpft ist. Das Photon könnte doch auch einfach nur 21
cm am weiterhin 30 cm langen Maßstab gekommen sein...
Der lapidaren Aussage nach "Wenn die Zeit langsamer vergeht, muss auch
die Länge geschrumpft sein, denn die Lichtgeschwindigkeit ist ja
konstant" ist also der 30 cm Maßstab zum Beispiel auf 21 cm geschrumpft.
Jetzt legt das Photon in der langsamer vergehenden Zeit innerhalb von
0.7 ns nur noch 21 cm zurück und kommt innerhalb dieser Zeit ans Ende
des geschrumpften Maßstabs. Der Astronaut in P misst also 0.7 ns und 21
cm und für ihn stimmt die Lichtgeschindigkeit nach wie vor.
Nur mMn nimmt er doch von A (Erdferne) kommend den schrumpfenden Maßstab
gar nicht wahr, da ja sowohl Längen als auch Maßstäbe gleichermaßen
schrumpfen. Für ihn wäre die Längenkontraktion NICHT feststellbar. Wie
kann er nun in P dann einen nur 21 cm langen Maßstab feststellen?
Weitere Frage: Laut Äquivalenzprinzip entspricht der frei fallenden
Rakete im Erdschwerefeld die Schwerelosigkeit im All abseits von Massen.
Wenn alsi der Astronaut im All abseits von Massen den Versuch immer
wieder wiederholt, so dürfte sich nie etwas ändern und er würde IMMER
das Photon nch 1 ns am Ende des gleichbleibenden Maßstabs ankommen
sehen. Laut Äquivalenzprinzip müsste er also auch in P (Rakete in
Erdnähe) nach 1 ns das Photon am Ende des Maßstabs detektieren. Wie
erklärt man nun daraus die Längenkontraktion? Oder gilt hier das
Äquivalenzprinzip nicht, da ja die Rakete auf ihrem Weg um die Erde
verschieden beschleunigt wird?
Und zuguterletzt: Dass die gravitative Längenkontraktion nur in radialer
Richtung gilt, wurde bisher gänzlich unberücksichtigt gelassen bei dem
Beispiel mit der um die Erde fallenden Rakete...
Wie man sieht, tauchen für mich eigentlich immer mehr Fragen auf und
alles wird zunehmend unklarer anstatt klarer ;-)
Der Maßstab beim Astronauten bleibt immer gleich, egal wo er sich
aufhält (unabhängig von seinem Bezugssystem, und selbst wenn er sich in
der Nähe des Ereignishorizonts eines supermassiven Schwarzen Lochs
befindet [supermassiv deshalb, weil der gravitative Gradient noch
erträglich wäre und zu keiner Verformung des Maßstabs oder des
Astronauten führen würde]).
Er merkt auch nicht, dass seine Zeit anders verläuft, solange er sie
nicht mit einem anderen Bezugssystem vergleicht (so wie in der SRT).
Die Lichtgeschwindigkeit ist auch beim Astronauten immer gleich c.
Ich finde ein einfacheres Gedankenexperiment wäre, einen Astronauten in
eine Raumstation zu setzen und mit einem Erdbewohner zu vergleichen (da
bleiben die kinematischen relativistischen Effekte weitestgehend außen
vor, da sich beide auf einem quasi-konstanten wenn auch
unterschiedlichen Abstand r vom Massezentrum befinden)
So spielt doch die spezielle RT allein aufgrund der Raketenbewegung im
Raum auch eine Rolle (vor allem bei den Piko-artigen unterschieden), das
verwirrt doch nur zusätzlich.
Oder noch einfacher: Astronaut im flacher Raumzeit im Weltraum und
Erdenbewohner.
Die Frage ist, was ein außenstehender Beobachter [also ein Beobachter,
der nicht derselben Raumzeitkrümmung ausgesetzt ist] z.B. auf der Erde
sieht?
Der Erdenbewohner sieht, dass die Zeit beim Astronauten schneller
vergeht, als seine eigene Uhr sie anzeigt.
Umgekehrt sieht der Astronaut, dass die Zeit beim Erdenbewohner
langsamer vergeht als seine eigene Uhr sie anzeigt.
Bzgl. der "Längenkontraktion" - die wird, wie du sicher schon gesehen
hast, bei der ART nicht so sehr thematisiert.
Falls du dir die Schwarzschild-Metrik angesehen hast:
Es kommt in gleicher Weise wie bei der Zeitdilatation zu einer
Längendilatation in radialer Richtung, die umso größer wird, je näher
man der Masse kommt.
Ein Maßstab wird daher in radialer Richtung von einem außenstehenden
Beobachter kontrahierter erscheinen.
Das ist aber wie in speziellen Relativitätstheorie nur eine Frage der
Beobachtung, er ändert nicht wirklich seine Länge, aber die Metrik gibt
eine Längendilatation der Raumzeit so vor.
So wäre ein Meter in der flachen Raumzeit in der Nähe eines Schwarzen
Lochs durch die Metrik plötzlich z.B. 3 Meter lang
-> wenn mein Maßstab in der flachen Raumzeit 1 Meter hat, dann ist er
für den Astronauten, der den Maßstab mitnimmt, in der Nähe des Schwarzen
Lochs noch immer ein Meter lang aber erscheint nun von außen bei einem
entsprechenden Radius, nur 1/3 Meter lang zu sein, weil die Metrik das
so vorgibt [oder weil aus einem Meter in der flachen Raumzeit nun durch
die Dilatation 3 Meter in der gekrümmten Raumzeit geworden sind ;-) ];
und umgekehrt würde der Astronaut beim besagten Abstand r vom Schwarzen
Loch den Maßstab in der flachen Raumzeit als 3 Meter lang wahrnehmen -
er erscheint 3x länger als sein Maßstab).
Ein hypothetisches Photon, das von irgendeinem Ende des Maßstabs egal
von wo aus ausgesendet wird, wird von allen mit der Geschwindigkeit v=c
wahrgenommen.
Das ist ja das Spannende an dieser Theorie:
Massen verändern die Raumzeit und die Metriken oder Tensor-Lösungen
beschreiben uns die entsprechenden Verhältnisse, die wir in einer
quasi-flachen Raumzeit gar nicht merken, und doch wissen wir vom
GPS-System oder anderen Dingen, sie sind da.
Nur eine bleibt überall konstant: die Lichtgeschwindigkeit
Danke Daniel für deinen Beitrag...
Also von weiter von der Erde weg erscheint der Maßstab auf der Erde
verkürzt und von der Erde aus der Maßstab weiter weg länger. Soweit so
gut.
Muss dies jetzt deshalb sein, weil ein Beobachter weiter von der Erde
weg nun alles auf der Erde langsamer ablaufen sieht und daher das Photon
auf der Erde in der kürzeren Zeit auch nur weniger weit kommen darf
wegen der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit?
Das würde auch umgekehrt passen für den Beobachter auf der Erde. Der
sieht die Zeit weiter weg schneller vergehen und daher muss das Photon
auch für den erdbewohner weit weg einen längeren Weg zurückgelegt haben.
Und der erdbewohner sieht ja wirklich auch entfernte Strecken länger.
Aber bei der SRT darf man ja nicht die Längen und Zeiten aus zwei
unterschiedlichen bezugssystemen etwa zur Berechnung der Geschwindigkeit
heranziehen. Zum Beispiel die langsamere Zeit der Rakete und die längere
Strecke im unbewegten bezugssystem.
Hier bei der ART würde ich aber z.b. vom bezugssystem "weit weg von der
Erde" auf das bezugssystem Erde blicken und die Beobachtungen weit weg
müssen so sein, dass die Lichtgeschwindigkeit auf der Erde gleich
bleibt. Das kommt mir eben nicht ganz richtig vor...
Wenn die Strecken auf der Erde aber nur für den Astronauten weit weg von
der Erde kürzer erscheinen, was misst dann der erdbewohner selbst. Der
misst ja die Strecken nicht verkürzt aber die Zeit verkürzt. Das ergäbe
dann aber aus Sicht des erdbewohners eine falsche Lichtgeschwindigkeit.
Konkret sieht der Astronaut den Maßstab auf der Erde kürzer, zum
Beispiel 21 cm und er sieht die Zeit auf der Erde langsamer vergehen,
zum Beispiel 0.7 ns. Dann passt für den Astronauten "die
Lichtgeschwindigkeit auf der Erde". Für den erdbewohner passt sie aber
nicht, denn für ihn vergeht die Zeit langsamer mit 0.7 ns, aber der
Maßstab hat für ihn nach wie vor die Länge 30 cm...
Was passt hier nicht?
Vermutlich ist mein Ansatz es auf einfache Art nachvollziehen zu können,
prinzipiell zum scheitern verurteilt. Aber ich gebe noch nicht auf ;-)
Christoph E. schrieb:> Weitere Frage: Laut Äquivalenzprinzip entspricht der frei fallenden> Rakete im Erdschwerefeld die Schwerelosigkeit im All abseits von Massen.
Das gilt aber nur für theoretische Punktmassen.
Im Grunde steht es richtig bei Wiki.
https://de.wikipedia.org/wiki/%C3%84quivalenzprinzip_(Physik)#%C3%84quivalenzprinzip_in_der_allgemeinen_Relativit%C3%A4tstheorie
Zitat:"Es muss allerdings beachtet werden, dass dieses Prinzip nur lokal
gilt: So wird ein „unten“ (näher am Gravizentrum) befindliches Objekt
stärker angezogen als ein weiter „oben“ befindliches. Ist der frei
fallende Raum in vertikaler Richtung groß genug, so wird der Beobachter
daher feststellen, dass Objekte, die sich weiter oben befinden, von
denen, die sich weiter unten befinden, entfernen.
Umgekehrt wird sich bei ausreichender horizontaler Ausdehnung des Raumes
die Richtung der Anziehungskraft auf zwei horizontal voneinander
entfernte Objekte merklich unterscheiden, da sie beide in Richtung des
Gravitationszentrums beschleunigt werden. Daher wird der frei fallende
Beobachter feststellen, dass weit auseinander gelegene Körper sich
aufeinander zu bewegen."
Christoph E. schrieb:> Danke Daniel für deinen Beitrag...>> Also von weiter von der Erde weg erscheint der Maßstab auf der Erde> verkürzt und von der Erde aus der Maßstab weiter weg länger. Soweit so> gut.>> Muss dies jetzt deshalb sein, weil ein Beobachter weiter von der Erde> weg nun alles auf der Erde langsamer ablaufen sieht und daher das Photon> auf der Erde in der kürzeren Zeit auch nur weniger weit kommen darf> wegen der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit?
Es muss aufgrund der Metrik so sein, die Konstanz der
Lichtgeschwindigkeit ergibt sich daraus.
> Das würde auch umgekehrt passen für den Beobachter auf der Erde. Der> sieht die Zeit weiter weg schneller vergehen und daher muss das Photon> auch für den erdbewohner weit weg einen längeren Weg zurückgelegt haben.> Und der erdbewohner sieht ja wirklich auch entfernte Strecken länger.> Aber bei der SRT darf man ja nicht die Längen und Zeiten aus zwei> unterschiedlichen bezugssystemen etwa zur Berechnung der Geschwindigkeit> heranziehen. Zum Beispiel die langsamere Zeit der Rakete und die längere> Strecke im unbewegten bezugssystem.> Hier bei der ART würde ich aber z.b. vom bezugssystem "weit weg von der> Erde" auf das bezugssystem Erde blicken und die Beobachtungen weit weg> müssen so sein, dass die Lichtgeschwindigkeit auf der Erde gleich> bleibt. Das kommt mir eben nicht ganz richtig vor...>> Wenn die Strecken auf der Erde aber nur für den Astronauten weit weg von> der Erde kürzer erscheinen, was misst dann der erdbewohner selbst. Der> misst ja die Strecken nicht verkürzt aber die Zeit verkürzt. Das ergäbe> dann aber aus Sicht des erdbewohners eine falsche Lichtgeschwindigkeit.> Konkret sieht der Astronaut den Maßstab auf der Erde kürzer, zum> Beispiel 21 cm und er sieht die Zeit auf der Erde langsamer vergehen,> zum Beispiel 0.7 ns. Dann passt für den Astronauten "die> Lichtgeschwindigkeit auf der Erde". Für den erdbewohner passt sie aber> nicht, denn für ihn vergeht die Zeit langsamer mit 0.7 ns, aber der> Maßstab hat für ihn nach wie vor die Länge 30 cm...> Was passt hier nicht?>> Vermutlich ist mein Ansatz es auf einfache Art nachvollziehen zu können,> prinzipiell zum scheitern verurteilt. Aber ich gebe noch nicht auf ;-)
Sowohl für den Astronauten als auch für den Erdbewohner gilt jeweils aus
ihrer jeweiligen Sicht:
Ihr Maßstab ist (in deinem Beispiel) jeweils 30 cm lang, das Licht
benötigt von einem zum anderen Ende exakt 1 ns und damit gilt für beide:
v=c.
Interessant wird es jetzt, wenn wir den jeweils anderen Maßstab im
anderen Bezugssystem beobachten.
Erdbewohner sieht Astronauten-Maßstab, der ist länger, sagen wir um 30%:
30cm*1,3=39cm
Astronaut sieht Erdebwohner-Maßstab, der ist kürzer, wieder um 30%:
30cm*(1-0,3)=21cm
Wie steht es nun mit der Zeit?
Beide haben bei ihrem eigenen Maßstab eine Laufzeit von 1ns über die
30cm gemessen und damit v=c.
Der Erdbewohner misst die Zeit beim Astronauten-Maßstab und merkt:
v=s/t=39cm/(1ns*(1+0.3))=c
(für 39cm braucht das Photon logischerweise auch 30% mehr Zeit)
Der Astronaut misst die Zeit beim Erdbewohner-Maßstab und merkt:
v=s/t=21cm/(1ns*(1-0.3))=c
(für 21cm braucht das Photon logischerweise auch 30% weniger Zeit)
Hallo Daniel!
Das leuchtet mir nicht ein. Wie kann der Astronaut beim erdbewohner eine
Zeit von nur 0.7 ns sehen/messen, wenn der erdbewohner doch selbst 1 ns
misst. Sie blicken doch auf dieselbe Uhr auf der Erde. Umgekehrt wie
kann der erdbewohner beim Astronaut eine Zeit von 1.3 ns messen, wenn
der Astronaut selbst 1 ns misst bzw. Seine Uhr 1 ns anzeigt. Auch hier
blicken ja beide auf dieselbe Uhr (des Astronauten).
Wenn der Astronaut beim erdbewohner 0.7 ns vergangen sieht, dann muss
die Uhr für den erdbewohner doch auch 0.7 ns anzeigen, ist ja dieselbe
Uhr...
Christoph E. schrieb:> Wenn der Astronaut beim erdbewohner 0.7 ns vergangen sieht, dann muss> die Uhr für den erdbewohner doch auch 0.7 ns anzeigen, ist ja dieselbe> Uhr...
Wenn du dich mit Lichtgeschwindigkeit von der Uhr entfernst, bewegt sie
sich für dich nicht mehr. Für einen anderen Beobachter läuft sie normal.
Bei der Relativität geht es ja genau darum: Du blickst auf das gleiche
Universum, das gleiche Ereignis oder die gleiche Uhr, siehst aber was
anderes als ein anderer Beobachter.
Du schaust auf eine Sonne und sie leuchtet gleichmäßig. Ein anderer
Beobachter schaut auf die gleiche Sonne und sieht eine Supernova. Ganz
normal. Wichtig dabei ist: Alle Beobachter sind gleichwertig. Es gibt
keine richtige oder echte oder bessere Beobachterposition.
Bewegungen (SRT) will ich hier einmal nicht miteinbringen...
Aber mein Problem auf die SRT umgemünzt: die Zeit der bewegten Rakete
vergeht langsamer als beim ruhenden Beobachter. Wenn die bewegte Uhr in
der Rakete zum Beispiel bei 0.7 ns gestoppt wird, dann sieht der
aussenstehende, ruhende Beobachter ja wohl dieselbe gestoppte Zeit von
0.7 ns. Seine eigene geht für ihn schneller und zeigt z.b. 1 ns an. Aber
die gestoppte, langsamere Zeit in der Rakete ist dann doch für beide
(Astronaut und ruhender erdbewohner) Realität. Sie können ja nicht bei
ein und derselben Uhr die etwas anzeigt unterschiedliche Dinge sehen...
Genau wie bei der ART mMn: wenn der Astronaut wohlgemerkt auf der Uhr
des erdbewohners 0.7 ns gestoppt sieht, dann muss doch der erdbewohner
die gleiche Uhr gleich ablesen können und selbst auch 0.7 ns lesen...
Ein und dieselbe Uhr kann nicht einmal 0.7 ns und dann 1 ns anzeigen.
Christoph E. schrieb:> Wenn die bewegte Uhr in> der Rakete zum Beispiel bei 0.7 ns gestoppt wird, dann sieht der> aussenstehende, ruhende Beobachter ja wohl dieselbe gestoppte Zeit von> 0.7 ns.
Wenn die Uhr gestoppt ist, sieht jeder die gleiche gestoppte Zeit. Du
könntest die Zeit dann auch auf einen Zettel schreiben. Sieht auch jeder
das Gleiche. Das Szenario ist Unsinnig.
Ja aber genau darum geht es mir bei der Aussage von Daniel. Er schrieb
>Sowohl für den Astronauten als auch für den Erdbewohner gilt jeweils aus>ihrer jeweiligen Sicht:>Ihr Maßstab ist (in deinem Beispiel) jeweils 30 cm lang, das Licht>benötigt von einem zum anderen Ende exakt 1 ns und damit gilt für beide:>v=c.
Der Erdbewohner misst also auf seiner gestoppten Uhr 1 ns. Das halten
wir einmal fest...
>Interessant wird es jetzt, wenn wir den jeweils anderen Maßstab im>anderen Bezugssystem beobachten.>Astronaut sieht Erdebwohner-Maßstab, der ist kürzer, wieder um 30%:>30cm*(1-0,3)=21cm>Wie steht es nun mit der Zeit?>Der Astronaut misst die Zeit beim Erdbewohner-Maßstab und merkt:>v=s/t=21cm/(1ns*(1-0.3))=c>(für 21cm braucht das Photon logischerweise auch 30% weniger Zeit)
Diesen Satz verstehe ich so, dass er die Uhr beim Erdbewohner
meint/sieht und er nimmt 0.7 ns wahr. Und genau das kann mMn ja nicht
sein. Die Erduhr kann nicht für den Erdbewohner 1 ns anzeigen und für
den Astronauten 0.7 ns...
Die Astronautenuhr kann aber natürlich etwas anderes anzeigen als die
Uhr des Erdbewohners. Das sind ja die beiden unterschiedlichen
Bezugsysteme der ART wie die bewegte Rakete und der ruhende Erdbewohner
bei der SRT.
Christoph E. schrieb:> Ja aber genau darum geht es mir bei der Aussage von Daniel. Er> schrieb>>>Sowohl für den Astronauten als auch für den Erdbewohner gilt jeweils aus>>ihrer jeweiligen Sicht:>>Ihr Maßstab ist (in deinem Beispiel) jeweils 30 cm lang, das Licht>>benötigt von einem zum anderen Ende exakt 1 ns und damit gilt für beide:>>v=c.>> Der Erdbewohner misst also auf seiner gestoppten Uhr 1 ns. Das halten> wir einmal fest...>>>Interessant wird es jetzt, wenn wir den jeweils anderen Maßstab im>>anderen Bezugssystem beobachten.>>>Astronaut sieht Erdebwohner-Maßstab, der ist kürzer, wieder um 30%:>>30cm*(1-0,3)=21cm>>>Wie steht es nun mit der Zeit?>>>Der Astronaut misst die Zeit beim Erdbewohner-Maßstab und merkt:>>v=s/t=21cm/(1ns*(1-0.3))=c>>(für 21cm braucht das Photon logischerweise auch 30% weniger Zeit)>> Diesen Satz verstehe ich so, dass er die Uhr beim Erdbewohner> meint/sieht und er nimmt 0.7 ns wahr. Und genau das kann mMn ja nicht> sein. Die Erduhr kann nicht für den Erdbewohner 1 ns anzeigen und für> den Astronauten 0.7 ns...>> Die Astronautenuhr kann aber natürlich etwas anderes anzeigen als die> Uhr des Erdbewohners. Das sind ja die beiden unterschiedlichen> Bezugsysteme der ART wie die bewegte Rakete und der ruhende Erdbewohner> bei der SRT.
Natürlich kann man nicht die Zeit anhand der Uhr des anderen
Bezugssystems messen, man misst die eigene Zeit - und wenn das Photon in
1ns 30cm weit kommt, braucht es für 39cm halt 1.3ns, oder für 21cm dann
0.7ns
Das passt doch: Für den Astronauten hat das Photon auf der Erde in 0.7ns
das Ende des Maßstabs erreicht (21cm lang), während es für den
Erdenbewohner 1ns benötigte [weil es bei ihm 30cm lang ist].
Die Metrik hat halt aus einer Nanosekunde in der flachen Raumzeit 1.3ns
in der gekrümmten Raumzeit gemacht, also die Zeit dilatiert (so wie die
Längen).
In der gekrümmten Raumzeit ist eine Nanosekunde vergangen, d.h. 0.3
Nanosekunden bleiben noch übrig um die äquivalente Zeit (also eine
Nanosekunde) in der flachen Raumzeit zu erreichen, oder: wir gewinnen
30% Zeit in der gekrümmten Raumzeit gegenüber der flachen Raumzeit,
oder: unsere Zeit vergeht um 30% langsamer gegenüber der flachen
Raumzeit. :-)
Danke einmal für deine Bemühungen, Daniel.
Ich habe mir das Ganze nochmals/mehrmals durch den Kopf gehen lassen.
Der Astronaut sieht Zeit und Maßstab des Erdbewohners verkürzt. Für den
Astronauten hat also der Maßstab auf der Erde eine Länge von nur noch 21
cm und das Photon benötigt für diese Strecke nur noch 0.7 ns. Dies
ergibt die konstante Lichtgeschwindigkeit c, so weit so gut.
Der Erdbewohner misst aber selbst seine Maßstabslänge nach wie vor mit
30 cm, da ja die Längenkontraktion für ihn NICHT feststellbar ist.
Maßstäbe UND Längen verkürzen sich ja gleich, sodass der Maßstab für ihn
nach wie vor 30 cm misst. Also Längen betreffend kann es an ein und
demselben Ort zu unterschiedlichen Ergebnissen kommen. Astronaut sieht
AUF DER ERDE den Maßstab 21 cm lang, Erdebewohner sieht AUF DER ERDE den
Maßstab nach wie vor 30 cm lang.
Wie ist es aber mit den Zeiten. Der Astronaut sieht die Zeit auf der
Erde langsamer vergehen und zwar 0.7 ns wenn bei ihm im Weltraum 1 ns
vergeht. Nun kommt es aber zur entscheidenden Frage: Welche Zeit sieht
der Erdbewohner selbst vergangen? Du, Daniel, sagst nach wie vor 1 ns.
Und genau das verstehe ich nicht. SEINE ERDUHR geht doch langsamer und
zeigt nur noch 0.7 ns an. Er kann eben nicht wie es bei Längen geht eine
"Maßuhr" mit auf die Erde nehmen, die dann nach wie vor 1 ns anzeigt.
Sie zeigt ja eben 0.7 ns an! Was bei Längen geht (nimmt 30 cm Maßstab
mit der auch schrumpft und daher misst der Erdbewohner nach wie vor 30
cm) funktioniert mMn bei Zeiten/Uhren nicht. Wo ist bitte die Erduhr,
die dann weiterhin für den Erdbewohner 1 ns anzeigt? Es gibt doch nur
die beiden Uhren Weltraum (zeigt 1 ns an) und Erde (zeigt 0.7 ns an)...
Christoph E. schrieb:> Der Astronaut sieht Zeit und Maßstab des Erdbewohners verkürzt.
Wie kann der Astronaut irgendwas auf der Erde sehen? Er kann dort weder
die Zeit ablesen noch den Maßstab messen. Er ist nämlich nicht dort. Ich
glaube das ist dein Denkfehler bei dem Ganzen.
Ein Beobachter ist immer in seinem eigenen Bezugsystem gefangen. Er kann
nicht mal schnell schauen wie sich die Dinge in einem anderen
Bezugsystem so verhalten. Er kann zwar entfernte Dinge beobachten, sieht
aber alles nur aus der Sicht seines Bezugsystems. Niemals aus der Sicht
eines anderen Bezugsystems.
Auch verstehe ich nicht wo dein Problem mit den Uhren ist. Das ganze
funktioniert ja schon auf der Erde. Stell eine Atom-Uhr auf Meereshöhe.
Eine zweite Uhr auf einen hohen Berg. Und beide Uhren werden
auseinanderlaufen. Du kannst sie später nebeneinander stellen und siehst
dass sie nicht mehr gleich laufen.
Da muss man ja noch nicht mal in den Weltraum.
> Er kann eben nicht wie es bei Längen geht eine> "Maßuhr" mit auf die Erde nehmen, die dann nach wie vor 1 ns anzeigt.
Und eine "Maßuhr" gibt es nicht. Damit implizierst du ja dass es Uhr
gäbe welche irgendeine Art von "echter" Zeit anzeigt mit der man andere
Uhren quasi überprüfen könnte.
Christoph E. schrieb:> Danke einmal für deine Bemühungen, Daniel.>> Ich habe mir das Ganze nochmals/mehrmals durch den Kopf gehen lassen.>> Der Astronaut sieht Zeit und Maßstab des Erdbewohners verkürzt. Für den> Astronauten hat also der Maßstab auf der Erde eine Länge von nur noch 21> cm und das Photon benötigt für diese Strecke nur noch 0.7 ns. Dies> ergibt die konstante Lichtgeschwindigkeit c, so weit so gut.>> Der Erdbewohner misst aber selbst seine Maßstabslänge nach wie vor mit> 30 cm, da ja die Längenkontraktion für ihn NICHT feststellbar ist.> Maßstäbe UND Längen verkürzen sich ja gleich, sodass der Maßstab für ihn> nach wie vor 30 cm misst. Also Längen betreffend kann es an ein und> demselben Ort zu unterschiedlichen Ergebnissen kommen. Astronaut sieht> AUF DER ERDE den Maßstab 21 cm lang, Erdebewohner sieht AUF DER ERDE den> Maßstab nach wie vor 30 cm lang.>> Wie ist es aber mit den Zeiten. Der Astronaut sieht die Zeit auf der> Erde langsamer vergehen und zwar 0.7 ns wenn bei ihm im Weltraum 1 ns> vergeht. Nun kommt es aber zur entscheidenden Frage: Welche Zeit sieht> der Erdbewohner selbst vergangen? Du, Daniel, sagst nach wie vor 1 ns.>> Und genau das verstehe ich nicht. SEINE ERDUHR geht doch langsamer und> zeigt nur noch 0.7 ns an. Er kann eben nicht wie es bei Längen geht eine> "Maßuhr" mit auf die Erde nehmen, die dann nach wie vor 1 ns anzeigt.> Sie zeigt ja eben 0.7 ns an! Was bei Längen geht (nimmt 30 cm Maßstab> mit der auch schrumpft und daher misst der Erdbewohner nach wie vor 30> cm) funktioniert mMn bei Zeiten/Uhren nicht. Wo ist bitte die Erduhr,> die dann weiterhin für den Erdbewohner 1 ns anzeigt? Es gibt doch nur> die beiden Uhren Weltraum (zeigt 1 ns an) und Erde (zeigt 0.7 ns an)...
Guten Morgen!
Doch Christoph, es geht genau so wie bei Längen mit der Zeit.
In der Metrik sind Raum und Zeit "gleichberechtigt" und gehören
zusammen, bzw. die Zeit ist nur eine weitere Dimension (sowie die
Raumkoordinaten beschrieben durch r, phi, theta in Kugelkoordinaten,
oder x, y, z im kartesischen Koordinatensystem; da kommt einfach die
Dimension Zeit t bzw. ct [ein Weg] dazu)).
Die Aussage, dass der Maßstab schrumpft, ist leider nicht korrekt.
Wir haben ja festgestellt, dass der Maßstab egal in welche
Raumzeit(krümmung) ich mich bewege, er immer 30cm lang bleibt.
Was ändert sich aber: Die RAUMZEIT! (wie, das beschreibt die METRIK!)
So wie der Maßstab um 30% kleiner erscheint, so ist die Zeit um 30%
langsamer.
Du siehst ja von außen nur die 0.7ns, wenn bei dir 1ns vergangen ist.
Wieviel Zeit ist denn beim Erdenbewohner in der 1ns deiner Zeit
vergangen? aus deiner Beobachtung lautet deine Antwort: 0.7ns.
Was ZEIGT denn SEINE Uhr in SEINER Raumzeit? 1ns
(das Licht hat ja das tatsächliche als auch das beobachtete Maßstabsende
erreicht, von innen in 1ns über 30cm, von außen in 0.7ns über 21cm; es
kann ja gar nicht anders sein, da c=konstant);
- Kaum vorstellbar, oder? ;-) - man hat halt im Alltag damit nicht in
einem wahrnehmbaren Ausmaß zu tun und daher klingt das wie Fiktion.
Entscheidend ist: Seine Raumzeit ist dilatiert - für eine Nanosekunde
deiner Zeit hat er 1.3 Nanosekunden Zeit (wie oben gesagt: er gewinnt
30% Zeit gegenüber dir), seine Messung ist wie deine auch in einer
Nanosekunde abgeschlossen, ABER er hat im Gegensatz zu dir noch 0.3ns
übrig (!), und für 30cm deines Maßstabs hat er 39cm Weg in seiner
Raumzeit verfügbar - daher erscheint ein 30cm Maßstab in seiner Raumzeit
von außen auch komprimiert/kleiner, so wie 1ns seiner Nanosekunde von
außen kürzer erscheint!
Du kannst dir das ja mal aus der umgekehrten Perspektive durchdenken.
Man merkt halt keinen Unterschied vom Zeitverlauf und von den Abständen
- erst durch Vergleich mit einem Bezugssystem fällt's auf.
Und wenn er seine Uhr zu deiner Uhr bringt, merkst du, seine Zeit ist
tatsächlich anders als deine verlaufen (nämlich so wie du sie auch
beobachtet hast), in deinem Bezugssystem laufen die
nebeneinanderstehenden Uhren dann für dich gleich weiter.
Gruß an meine Heimat und meine ehemalige Studienstadt!
Hallo Daniel!
Vielen Dank für deine Geduld, es auch dem größten Esel klar zu machen
;-)
Schön langsam dämmert es mir. Ich muss Zeit und Raum völlig analog
betrachten. Der Astronaut sieht ja am Ort der Erde auch den Maßstab
verkürzt. Der Erdbewohner nimmt den Maßstab am Ort der Erde aber
ungekürzt wahr. Genauso muss ich bei der Zeit vorgehen. Der Astronaut
sieht am die Uhr am Ort der Erde langsamer vergehen, der Erdbewohner
nimmt die Uhr am Ort der Erde aber ganz normal (1 ns) wahr.
Jetzt stellt sich mir bloß die Frage, warum ich gedanklich mit dem
Ort/Maßstab/Längen keine großen Probleme habe, mir das obige klar zu
machen, bei der Zeit/Uhr indes doch...
Vermutlich hängt das mit meiner/unserer Alltagserfahrung zusammen, die
Zeit als unbeeinflussbar zu empfinden. Bei Längen/Maßstäben sind wir/bin
ich da flexibler.
>Gruß an meine Heimat und meine ehemalige Studienstadt!
Kommst du aus Graz? Dann richte ich natürlich liebe Grüße aus ;-)
Christoph E. schrieb:> Hallo Daniel!>> Vielen Dank für deine Geduld, es auch dem größten Esel klar zu machen> ;-)
Wer so engagiert ist wie du, für den bringe ich gerne etwas Geduld auf.
> Schön langsam dämmert es mir. Ich muss Zeit und Raum völlig analog> betrachten. Der Astronaut sieht ja am Ort der Erde auch den Maßstab> verkürzt. Der Erdbewohner nimmt den Maßstab am Ort der Erde aber> ungekürzt wahr. Genauso muss ich bei der Zeit vorgehen. Der Astronaut> sieht am die Uhr am Ort der Erde langsamer vergehen, der Erdbewohner> nimmt die Uhr am Ort der Erde aber ganz normal (1 ns) wahr.>> Jetzt stellt sich mir bloß die Frage, warum ich gedanklich mit dem> Ort/Maßstab/Längen keine großen Probleme habe, mir das obige klar zu> machen, bei der Zeit/Uhr indes doch...>> Vermutlich hängt das mit meiner/unserer Alltagserfahrung zusammen, die> Zeit als unbeeinflussbar zu empfinden. Bei Längen/Maßstäben sind wir/bin> ich da flexibler.
So ist es.
>>Gruß an meine Heimat und meine ehemalige Studienstadt!>> Kommst du aus Graz? Dann richte ich natürlich liebe Grüße aus ;-)
Ich komme aus Österreich, habe in Graz studiert, aktuell wohne ich in
Deutschland.