Eine Frage zur Relativitätstheorie

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James

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Hallo,

hoffe dass ich hier das richtige Forum erwischt habe um eine paar Fragen loszuwerden.

Erstmal: Bin im technischen Bereich tätig, aber kein Wissenschaftler. Wenn es möglich ist bitte Antworten nicht übermäßig komplizieren. Danke im voraus.

Zu einer Frage, die sich mir stellt nachdem ich das deutschsprachige Internet zum Thema RT und Lichtgeschwindigkeit durchforstet habe.


1a. Es wird behauptet das die Relativitätstheorie "vorschreibt" das die Lichtgeschwindigkeit unabhängig von der relativen Geschwindigkeit der aussendenden Objekte (Sonnen, Galaxien, Satelliten ...) konstant wäre.
Somit z.B. die Hubble Konstante nicht durch einen Dopplereffekt sondern durch eine "Ausdehnung des Raumes" verursacht werde.

1b. Andererseits wird behauptet das mit der Differenz von Rot/Blauverschiebungen von Galaxienrändern deren Rotationsgeschwindigkeit erfasst werden kann. Unterstützt wird dies durch die Behauptung das die Kommunikation zwischen der Cassini und Huygens Sonde durch einen Berechnungsfehler nicht auf die durch Geschwindigkeitsveränderung verursachte Frequenzverschiebung abgeglichen wurde so das eine schwere Störung der Mission zu befürchtet war (was dann Manövertechnisch behoben wurde).

Meiner Meinung nach kann nur 1a. oder 1b. stimmen. Da ich nicht annehme das ich schlauer bin als die Wissenschaftler würde ich mich freuen wenn sich jemand die Mühe macht mir zu erklären wo ich falsch liege.

Danke im voraus

euer James
 
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Bynaus

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Galaxien sind "allgemein" rotverschoben: das heisst, je weiter weg eine Galaxie ist, desto stärker ist das Licht, das uns von ihr erreicht, ins Rote verschoben. Aus verschiedenen Gründen (z.B. die Frage, warum sich denn alle Galaxien ausgerechnet von uns entfernen sollen) kann es sich dabei nicht um eine "echte" Geschwindigkeit handeln, sondern es muss daran liegen, dass sich der Raum zwischen den Galaxien ausdehnt.
Die Lichtwellen selbst werden gedehnt, und die Dehnung ist nicht darauf zurück zu führen, dass sich die Lichtquelle mit einer Geschwindigkeit von uns entfernt.

Innerhalb dieser Verschiebung, die sich ohnehin nur auf sehr grosse Distanzen richtig bemerkbar macht, kann man das Rotationsverhalten von Galaxien beobachten: wenn die Rotverschiebung der Galaxie insgesamt schon sehr gross wäre, würde sie halt auf der einen Seite der Scheibe etwas "weniger rot", auf der anderen etwas "stärker rot" erscheinen als der allgemeine Durchschnitt dieser Galaxie - somit könnte man das Rotationsverhalten messen.

Bei Cassini / Huygens wurde tatsächlich einfach die Dopplerverschiebung "vergessen".
 

Kunibert

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Hallo,

gerade das ist es ja, was James stutzig macht. Die Lichtgeschwindigkeit ist IMMER konstant! Wir ermitteln die Geschwindigkeit weit entfernter Objekte durch die Rotverschiebung der Spektrallinien von bekannten Elementen und nicht durch die Messung der Lichtgeschwindigkeit!
 
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Bynaus

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gerade das ist es ja, was James stutzig macht. Die Lichtgeschwindigkeit ist IMMER konstant! Wir ermitteln die Geschwindigkeit weit entfernter Objekte durch die rotverschiebung der Spektrallinien von bekannten Elementen und nicht durch die Messung der Lichtgeschwindigkeit!

Dann verstehe ich das Problem nicht. Oder ist das jetzt die Antwort auf deine Frage, James?
 

James

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Hallo Bynaus,

zunächst vielen Dank für die Antwort.

Die Theorie über die Beobachtung einer zunehmenden Rotverschiebung in Abhängigkeit der Entfernung zu den Galaxien durch Ausdehnung des Raumes ist mir, wie Kunibert schon indirekt sagt, bekannt.

Meine Frage zielt aber nur in die Richtung das ich einen Widerspruch zwischen dem Postulat einer konstanten Lichtgeschwindigkeit und der des Dopplereffektes bei Raumsonden und rotierenden Galaxien sehe. Ob diese nun etwas weniger Rot- oder eben Blauverschoben genannt wird spielt wohl keine Rolle, da bei beiden der Dopplereffekt als Ursache genannt wird.
 
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Kunibert

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Hallo James,

es werden nur Beobachtungen hinsichtlich verschobener Spektrallinien oder aufmodulierter Wellenlängen, bei Radioübertragungen, gemacht. Bei ersterem ist das Licht ist nur Träger der Information.
 
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James

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Hallo Kunibert,

das ist mir bekannt. Auch wenn es mehrere Fakultäten mischt, mir würde die Formulierung "fehlende Wellenlängen im angenommenem Farbraum des Sendespektrums der Galaxien" besser gefallen.

Oder verstehe ich nicht was du mir sagen willst?
 
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Kunibert

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Hallo,

die Wellenlängen fehlen ja nicht, sie werden nur nicht im erwarteten Farbraum gefunden. Sie sind bei allen Galaxien (Andromeda mal ausgenommen) ins rote verschoben. Daraus schließt man, daß die aussendende Quelle sich damals von uns fortbewegt hat (oder wir uns heute, relativ zu ihrer damaligen Position <img> ).
 

James

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Hallo Kunibert,

Ob nun so:
Die fehlenden Frequenzen sind bei einer längeren Wellenlänge als erwartet.

Oder so:
Die Absorptionslinien sind spektral Rotverschoben ...

Diese Theorien verstehe ich. Was ich nicht verstehe ist dass dies durch Dehnung des Raumes erfolgen soll, da der Dopplereffekt "offiziell" ja auch die Rot/Blauverschiebung der Galaxien erklärt und als Effekt bei der Cassini/Huygens Mission relevant war.
 
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Kunibert

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Du meinst, es kann zu keinem Dopplereffekt komme, da ja die Lichtgeschwindigkeit eine Konstante ist?
 

Bynaus

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Der Dopplereffekt ist nichts anderes als die "Dehnung" der Welle - die Abstände zwischen den Wellenbergen / -tälern nehmen (im Fall der Rotverschiebung der Galaxien sehr langsam) zu. Die Geschwindigkeit, mit der sich Täler und Berge insgesamt fortpflanzen, ist davon unabhängig und bleibt gleich.

Zudem, Licht kann schon langsamer werden als c - etwa in Stoffen, die dichter als das Vakuum sind (somit in allen Stoffen... ;) ). c hingegen ist einfach eine Konstante, die sich aus den Gleichungen der Relativitätstheorie ergibt - sie "entspricht" bloss der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes im Vakuum, sie "ist" nicht die allgemeine Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht.
 

James

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Hallo Bynaus,

danke für diese Erklärung, das ist ein Ansatz den ich nachvollziehen kann.

Aber:

Ohne jetzt lange darüber nachzudenken und ohne irgendeine Äthertheorie lostreten zu wollen. Als Techniker habe ich sofort die Assoziation das in diesem Fall die Frequenz im Moment der Entstehung in ein Trägermedium eingekoppelt werden muss. Würde sich die elektromagnetische Welle ohne dieses mit konstanter Geschwindigkeit ausbreiten könnte ebenfalls kein Dopplereffekt entstehen, da Sie die Schwingung in sich einkapselt und mit konstanter Geschwindigkeit abstrahlt. Ergo am Detektor auf der Erde keine Frequenzänderung zu messen wäre.

Wo liege ich falsch?

Danke für die Erklärung der verschiedenen Ausbreitungsgeschwindigkeit. Sie ist mir jedoch bereits bekannt (Prisma, Fiberoptik ....).
 
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Kunibert

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Hallo James,

Bei elektromagnetischen Wellen (u.A. sichtbares Licht) im leeren Raum (Vakuum) hängt die beobachtete Frequenzänderung nur von der relativen Geschwindigkeit von Quelle und Beobachter ab (es gibt einfach kein Trägermedium daß sich auch bewegen kann), ob sich dabei die Quelle, der Beobachter oder beide bewegen, hat keinen Einfluss auf die Höhe der Frequenzänderung.

Quelle und Beobachter nähern sich einander
Quelle und Beobachter entfernen sich voneinander
 
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James

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Hallo Kunibert,

danke für die Antwort und die links, leider verstehe ich Sie nicht. Die Formeln Beschreiben die Theorie, begründen aber den Effekt nicht (bzw. ich kapiere das nicht weil meine mathematischen Kenntnisse viellecht nicht ausreichen oder ich die Hintergründe nicht verstehe).

Ich versuche mein Verständnisproblem noch einmal anders zu formulieren:

Bei einer Schwingung (ganz egal ob durch Teilchen oder Welle, mit Träger oder ohne) die sich in jeder Richtung, unabhängig von der Geschwindigkeit des Generators, mit gleicher Geschwindigkeit ausbreitet, kann nicht mit Hilfe des Dopplereffektes auf die Geschwindigkeit des Generators geschlossen werden da f immer Konstant ist und kein Dopplereffekt entstehen kann.

Dank für die äthertheoretischen Links, aber in diese Richtung gehen meine Fragen nicht.
 
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Kunibert

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Hallo James,

zuerst ist es wichtig, die Expansion ist eine Ausdehnung des Raums. Im Verhältniss zur Hintergrundstrahlung sind die Geschwindigkeiten der Galaxien verhältnissmäßig gering.

Große Entfernungen im All konnten die Astronomen früher nur bis 2 Mill. LJ, mittels der Cepheiden (Pulsare) messen. Diese Objekte haben eine regelmäßige Lichtschwankung, sind aber nicht hell genug um aus größeren Entfernungen das Licht von Sternen in deren Blickfeld zu überstrahlen. Mit der Entdeckung der Chandrasekargrenze, die kritische Masse bei der der schnelle Zusammenbruch eines Sterns (Supernova) unausweichlich, ist kam man auf viel hellere Objekte zur Entfernungsbestimmung. Besteht ein Doppelsternsystem aus Zwergsternen, ähnlich der Sonne, und wird einer der beiden zum weißen Zwerg (Endstadium für Sterne bis 1,4 fachen der Sonnenmasse) dann zieht er von seinem Begleiter Materie ab, bis es zum Zusammenbruch kommt. Dieser Vorgang dauert bis zu 3 Wochen und hat einen sehr gleichmäßigen Helligkeitsverlauf. Mit Hilfe dieser "Standardkerze" wurden, anhand von Spektralverschiebungen schon Entfernungen bis zu 13 Mrd. LJ bestimmt und deren Rotverschiebung mit denen ihrer Galaxien verglichen. Da sich die Ergebnisse gleichen, kann man auch umgekehrt von der Rotverschiebung der Spektrallinien eines Objekts auf seine Entfernung schließen, da jedes Objekt, je weiter es von uns entfernt ist, sich auch schneller von uns entfernt!
 
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James

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Hallo Kunibert,

nochmals vielen Dank für deine Mühe.

Es beschämt mich fast ein wenig wenn ich dir sagen muss das ich auch diese Antwort nicht verstehe, ja nicht einmal kapiere was Sie mit meiner Frage zu tun hat.

Nur nebenbei, wenn sich der Raum ausdehnt, also alle Objekte, Prozesse Atome was du willst sich über ein größeres Volumen verteilen, müsste dann dieser Prozess nicht auch von uns aus gesehen "in die Fläche" gehen? Die Galaxien gigantisch groß aber mit winzigen Signalstärken zu sehen sein da dieser Effekt auf die den Raum durcheilenden Signalgruppen "im Laufe der Jahre" wie eine Streulinse wirkt?
 

Kunibert

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Hallo James,

das ist doch kein Problem.
Zur Abwechslung möchte ich eine Frage stellen: Worauf würdest Du die, praktisch nachgewiesene, Rotverschiebung zurückführen, wenn nicht auf eine Expansion des Raumes, den die Information durchlaufen muss? Die Eigengeschwindigkeit der beobachteten Objekte kann nicht die Ursache sein, da sie zu gering ist!
 
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James

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Hallo Kunibert,

für diese Frage benötige ich ein wenig Zeit da ich mich erst seit ein paar Monaten mit diesen Themen beschäftige (aus reiner Neugierde) und mir vieles was ich so lese sehr widersprüchlich vorkommt (was aber nichts besagt, wahrscheinlicher ist das ich es nicht verstehe).

Daher kann ich in diesem Bereich auch nur spekulieren und glaube nicht das ich eine Theorie in diesem mir fremden Gebiet erstellen kann.

Ich versuch mal ein paar Denkansätze zu schildern alle vorbehaltlich meines Amateurstatus in diesem Bereich.

1.) Deine Frage hat eine kleine aber feine Ungenauigkeit. Die Rotverschiebung wurde nicht nachgewiesen, sondern gemessen.

2.) Woher diese kommt scheint unklar, die Ausdehnung des Raumes kann es auf jeden Fall nicht sein da sich dieser dann nicht nur in Z Richtung sondern auch in X/Y Richtung (X/Y wie bei einer Funktion, Z ist die Tiefe)
ausdehnen würde.

3.) Ich habe keinen Versuch gefunden der die Rotverschiebung auf der Erde simuliert (Ein einfacher Versuchsaufbau: Prinzip "Rohrpost", ein paar Kilometer Länge , Eisenrohr, supraleitende Magnete im Kolben, das ganze evakuiert und mit Spektrallampe versehen, wäre so ein Versuchsaufbau der wohl sehr nahe liegt) um erstmal nachzuweisen das es nicht eine einfache Dopplerverschiebung ist.

4.) Das Signal durchläuft in einer Zeit 10^9 Jahre einen Raum gleicher Größe in Lichtjahren. Gleichzeitig kommen andere gleichartige Signale von links und recht, oben unten schräg und quer und wirken Äonen aufeinander ein. Ein rein spekulativer, auf der Erde messtechnisch nicht zu erfassender Effekt (bspw. eine Kreuzkopplung), würde genügen um die ganze Theorie der Ausdehnung des Raumes unnötig zu machen.

5.) Ich kann mir sicher noch ein Dutzend ähnlicher Theorien ausdenken. Aber ich versuche erstmal den populärwissenschaftlichen Stand zu erfassen. Was mir da aber begegnet ist sehr widersprüchlich. Daher habe ich mich entschlossen in Kontakt mit Gleichgesinnten und hoffentlich einigen Fachkundigen zu treten.
 
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