Theorie zur Raumexpansion und Dehnung

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sanchez

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Hallo allerseits,
hier mal wieder eine Hypothese (oder Theorie).
Beim Studium der SRT bin ich über eine Sache gestolpert, die mich nicht mehr loslässt.
Zeitdilatation ist bewiesen und im Experiment bestätigt.
Was ist aber mit der anderen Erscheinung wenn man sich nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegt, die Längenkontraktion? Sie ist in der Theorie vorhergesagt und auch bestätigt (glaub ich).
Ein Raumschiff mit v fast gleich c schrumpft von der Erde aus gesehen zu einer Scheibe und ebenso ist für den Astronaut im Raumschiff die Erde zu einer Scheibe zusammengeschrumpft. Eine schöne Symmetrie. Nur wenn das Raumschiff auf Erdgeschwindigkeit wieder abbremst ist die Längenkontraktion verschwunden. Während eine mitgeführte Atomuhr* durch die Zeitdilatation langsamer gelaufen ist als sein Gegenstück auf der Erde, scheint die Längenkontraktion keine messbaren Veränderungen verursacht zu haben.
Aber bei der Längenkontraktion muss es doch mehr geben, als dass man ein sehr schnelles Raumschiff flach wie ein Omelette sieht, solange dieses sich bewegt. Die Längenkontraktion muss sich doch in irgendeinem Messgerät in Form von Daten widerspiegeln, wie die zwei Atomuhren* in verschiedenen Bezugssystemen.

In gängigen Visualisierungen nimmt man eine Kugel und lässt diese auf einem Gummituch dahin rollen. Die Verformung des Gummituchs wird als Krümmung der Raumzeit gedeutet. Gut so weit. Aber welche Kraft hebt die Raumzeit hinter der Kugel auf die Höhe und die Ausmaße, die das Gummituch vorher hatte?
So etwas das sich die Raumzeit und Raum eines Ortes nach Durchlauf eines Körpers, sich wie es vorher war, einstellt, möchte ich als elastischen Raum bezeichnen (zur Diskussionsvereinfachung).

meine Idee
Es verhält sich so wie beim Teig ausrollen. Man rollt mit dem Nudelholz über den Teig. Dieser wird gestaucht, ist hinter dem Nudelholz dünner und der ganze Teigfladen ist größer danach.
Oder auch eine Kugel auf dem Gummituch (die Form des Gummituchs soll die Raumzeit abbilden). Die Kugel dehnt das Gummituch, verlängert dessen Ausmaße unter der Kugel. Nur ich behaupte, dass diese Dehnung des Raumes erhalten bleibt, und nicht wie auf dem Gummituch sich das Tuch und im All der Raum wieder zusammenzieht.
-------So ist als Ursache für die Raumzunahme die Bewegung von Objekten selbst die Ursache und nicht eine vielleicht (gleichmäßige) Annahme einer allgemeingültigen Ausdehnung. Jede bewegte Masse verusacht Raumexpansion (na in x,y,z da muss ich nochmal darüber nachdenken).
Nahe beim Urknall war der Raum erfüllt von Elementarteilchen die wild umherflogen, eine Zeit in der der Raum durch diesen beschriebenen Effekt entstanden sein könnte.
Die Dehnung des Raumes soll erhalten bleiben welchen Effekt das auf die Raumzeit hat weiß ich nicht. Ein Szenario die Delle bleibt erhalten, dann gäbe es Spuren in der Raumzeit, eine weitere Möglichkeit wäre die Delle hebt sich auf die Höhe der umgebenden Raumzeit und vergrößert den Raum. Eine dritte Möglichkeit die Delle bildet einen Hügel, da die gleiche Gravitation der Umgebung sich jetzt auf ein größeres Raumvolumen verteilt (der Hügel bleibt bestimmt nicht bestehen sondern passt sich nach einer gewissen Zeit der Umgebung an).
Letzteres könnte man vielleicht beweisen.
Wenn an einer Uhr in Ruhe eine Masse sehr schnell bewegt vorbeifliegt, so läuft die Uhr für diesen Moment etwas schneller, was ein Mittel ist um die Längenkontraktion der Masse nachzuweisen.
Man nehme also eine sehr genaue Uhr und platziere diese neben der Beschleunigerröhre des LHC. Durch das zigtausendfache vorbeifliegen der Protonen an der Uhr sollte sich dieser Effekt auf die Uhr auswirken und diese schneller laufen lassen als eine Referenzuhr in einiger Entfernung zum LHC. Wie so oft in der relativistischen Physik ist der Effekt erst bei sehr hohen Geschwindigkeiten deutlich zu erkennen.
Diesen Effekt nenne ich Raumdilatation (von lat. dilatare ‚verlängern, ausdehnen, vergrößern).

Für Korrekturen dankbar, für Diskussion offen
mit Grüßen
sanchez
 
Zuletzt bearbeitet:

Optimist71

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sanchez,

das Gummituchmodell ist nicht geeignet zur Erklaerung der Laengenkontraktion, sondern wird in der populaerwissenschaftlichen Literatur ab und an verwendet, um dem Leser eine erste Idee von der Raumzeitkruemmung in der ART zu vermitteln. Es handelt sich hier um eine Theorie der Schwerkraft, d.h. die Aequivalenz von starken Gravitationsfeldern (in Verbindung mit grossen Masse-Dichten) und Raumzeitkruemmung.

Laengenkontraktion und Zeitdiltation dagegen sind Effekte, die (im Uebrigen stets zusammen!) auftreten, wenn sich ein Beobachter im Ruhesystem eines zweiten Beobachters mit sehr grosser Geschwindigkeit bewegt. Diese Effekte treten auch auf wenn jegliches Gravitationsfeld fehlt.

Zu Deiner Frage bezueglich der beiden Atomuhren, die, nachdem die eine Uhr eine Reise zurueckgelegt hat mit einer relativ zur zweiten Uhr grossen Geschwindigkeit, wieder zusammengefuehrt werden: Ja, die Uhren werden dann verschiedene Zeiten anzeigen. Der Grund dafuer, dass es bei Laengenmessungen diesen bleibenden Effekt (scheinbar) nicht gibt ist aber eher banal: Eine Uhr misst Zeitdauern, und die angezeigte Uhrzeit ist eigentlich nichts anderes als die Summe ueber diese gemessenen Zeitdauern. Nach dem Zusammenbringen der beiden Uhren gehen beide wieder gleich schnell, die Summe der Zeitdauern jedoch, die jede Uhr in ihrer Geschichte gemessen hat, ist unterschiedlich.

Willst Du das auf Laengenmessungen uebertragen, so muss jeder Beobachter waehrend seiner Reise regelmaeesig die Laenge z.B. des Raumschiffs, mit dem der eine Beobachter sich fortbewegt, messen, und notieren. Beim erneuten Zusammentreffen der Beobachter zaehlt jeder die Ergebnisse seiner Serie mit den gemessenen Laengen zusammen, und sie werden feststellen, dass die Summen unterschiedlich sind. Diese Summen entsprechen dann etwa den unterschiedlichen Zeiten, die die Uhren anzeigen.

Also: Kein Bedarf fuer ein neues Modell.

-- Optimist
 

sanchez

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Naja wir sind hier ja im GdM da darf man so eine Idee äußern.
Nach der Relativitätstheorie ist es doch so, man nehme ein Raumschiff auf den Flug von A nach B. Wenn das Raumschiff sich langsam bewegt von A nach B (beschleunigt bis auf Reisegeschwindigkeit v<<c), braucht es wesentlich weniger Energie als wenn es sich nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegt bzw. beschleunigt wurde (bedingt durch die träge Massenzunahme). Wohin geht dieses plus an Energie nach der Reise? Meine Behauptung-> in Raumexpansion. Das Raumschiff vergrößert den umgebenden Raum während dem Beschleunigen und dem Abbremsen dauerhaft.

Ich möchte die obige Idee genauer abfassen. Demnach bezieht sich die Raumexpansion auf beschleunigte Objekte, wie die Rotation von Galaxien (Zentripetalbeschleunigung). Demnach gäbe es einen Zusammenhang zwischen Materieverteilung und Rotationsgeschwindigkeit und (wie oben mit dem Teigbeispiel) neu entstandenen Raum. Um so schneller sich die Galaxie dreht und um so schwerer die Galaxie um so mehr Raum entsteht. Der neuentstandene Raum könnte dann fälschlicherweise als eine erhöhte Fluchtgeschwindigkeit der Galaxie gedeutet werden- also dunkle Energie.
Falls es keinen nachweisbaren Zusammenhang (eine Proportionalität v,m und dunkler Energie)zwischen Rotationsgeschwindigkeit und dunkler Energie gibt, ist die Idee hinfällig (danke fürs lesen).

(Korrektur ein Raumschiff mit annähernd v=c sieht man leicht von hinten, nicht wie oben behauptet wie ein Omelette)

Hallo Optimist71
man kommt also zu unterschiedlichen Wegstrecken, wenn der eine Beobachter mit seinem Maßstab die zurückgelegte Strecke des anderen misst, und umgekehrt. Kann man da nicht Licht verwenden, um den zurückgelegten Weg zu messen?
Noch eine Frage von oben. Wohin geht die Energie der Beschleunigungsarbeit beim Beschleunigen und Abbremsen von Körpern? Energie kann doch nicht vernichtet werden. Beim Beschleunigen geht das wohl in die Massenzunahme der trägen Masse. Aber beim Abbremsen kann ich diese Energie der trägen Masse doch nicht zurückgewinnen. Und dieser Energiebetrag ist unterschiedlich, je nachdem wie schnell sich das Raumschiff von A nach B bewegt, für die gleiche Strecke. Klingt banal, aber wenn ich mit dem Auto fahre und bremse, gewinne ich die Beschleunigungsarbeit dadurch zurück, dass sich die Bremsscheiben erhitzen, aber wie ist das im Raum?
Viele Grüsse
sanchez
 

Bernhard

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Wohin geht dieses plus an Energie nach der Reise?
Hallo sanchez,

was passiert denn mit dem Raumschiff nach der Reise von A nach B? Sind die Triebwerke ausgeschaltet treibt es doch einfach mit der Geschwindigkeit vom Ort B weiter durch das All. Die Energie bleibt dann ab B als kinetische Energie, bzw. zusätzliche relativistische Masse erhalten. Gemäß Relativitätstheorie kann man sich das Plus an Energie also als zusätzliche Masse vorstellen, zur Erinnerung: E=mc².

Benutzt der "Raumschiffcommander" nach B dagegen die Triebwerke zum Abbremsen oder Beschleunigen ändert sich auch die Energie des Raumschiffes nach der Reise wieder.
Gruß
 

sanchez

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Hallo Bernhard,
nehmen wir ein Raumschiff das vom Erdorbit eine Rundreise durchs Universum macht. Es fliegt mehrere Jahre mit einer relativ hohen Geschwindigkeit durchs All und kehrt danach in den Erdorbit zurück. Wohin ist die Energie die beim Beschleunigen und Abbremsen des Raumschiffs aufgebracht wurde nach der Reise hin?
Wird die Energie auf andere Objekte (Planeten, Sterne) übertragen oder geht sie in Raumexpansion? Auf der Erde geht jede Energieform in thermische Energie über. Beim Bremsen eines Autos in Reibungswärme der Bremsscheiben, Luftwiderstand, Erwärmung der Reifen, Licht von Lampen geht in Wärmeenergie über, Musik aus dem Lautsprecher in Wärme, ein Apfel der vom Baum fällt in Wärme etc.
Aber im Weltraum gibt es doch keine Reibung. Und nach dem Energieerhaltungssatz kann Energie nur von der einen in eine andere Form umgewandelt werden. Man kann sie nicht vernichten. Also wo geht sie hin?
Viele Grüsse
sanchez
 

Bernhard

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Aber im Weltraum gibt es doch keine Reibung.
Hallo sanchez,

das ist natürlich richtig, trotzdem kostet das Beschleunigen und auch das Abbremsen der Rakete Energie und die geht bei konventionellen, chemischen Antrieben bei der Verbrennung des Treibstoffes in thermische Energie und kinetische Energie der Abgase über. Ionenantriebe funktionieren auch nicht viel anders. Raumenergie oder andere exotische Energieformen sind bei diesen Antrieben zur Beschreibung nicht nötig. Es gilt die Raketengleichung, für die es auch eine relativistische Verallgemeinerung gibt.
Gruß
 

Entro-Pi

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nehmen wir ein Raumschiff das vom Erdorbit eine Rundreise durchs Universum macht. Es fliegt mehrere Jahre mit einer relativ hohen Geschwindigkeit durchs All und kehrt danach in den Erdorbit zurück. Wohin ist die Energie die beim Beschleunigen und Abbremsen des Raumschiffs aufgebracht wurde nach der Reise hin?
Wird die Energie auf andere Objekte (Planeten, Sterne) übertragen oder geht sie in Raumexpansion?

Sie wird tatsächlich auf andere Objekte übertragen. Alle Antriebskonzepte, die derzeit Anwendung finden nutzen den Impulserhaltungssatz für den Vortrieb. D.h. die Energie, die aus chemischen oder anderen Prozessen gewonnen wurde wird benutzt, um hinter dem Raumschiff/Flugobjekt etwas mit einem bestimmten Impuls abzuwerfen und dadurch den Impuls für das Raumschiff/Flugobjekt zur erzeugen.

Auf der Erde geht jede Energieform in thermische Energie über.

Das stimmt so nicht. Es gibt verschiedene Energietransfers auf der Erde (wie überall). Eine Achterbahn beispielsweise funktioniert prinzipiell durch den Transfer von Antriebsenergie in potentielle Energie. Oder ein Hybrid-Fahrzeug, welches die negative Beschleunigung beim Bremsen nicht durch Transfer von kinetischer Energie in thermische erledigt, sondern durch Transfer in elektrische Energie. Es ist nur so, daß dabei immer ein gewisser Transfer in thermische Energie stattfindet, da wir keine sogenannten "verlustfreien" Transfers zwischen den gewünschten Energiearten bewerkstelligen können.
 

Hellstorm

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Aber im Weltraum gibt es doch keine Reibung. Und nach dem Energieerhaltungssatz kann Energie nur von der einen in eine andere Form umgewandelt werden. Man kann sie nicht vernichten. Also wo geht sie hin?

Ich bin zwar absolut kein Experte auf dem Gebiet, aber wir haben ja immernoch die sogenannten Higgs-Felder, laut aktueller Theorien. Ein Nachweis von Higgs-Teilchen steht zwar noch aus, aber diese sind wohl verantwortlich für den Fakt, dass man eine beschleunigte Bewegung fühlt, aber keine gleichförmige Bewegung. Higgs-Felder wirken demnach auf Materie wie wenn Du einen Kochlöffel in Honig hin- und herbewegst. Es stellt eine Art Widerstand dar. Auch wenn man diesen nur bei Beschleunigung merkt im Gegensatz zum Honig. Und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik WILL, dass sich die Entropie erhöht. Sobald also so ein Higgs-Feld wirkt, wird auch irgendwo Wärme freigesetzt. Und aus einer so hochentropischen Energieform lässt sich dann nur noch schwer Nutzen ziehen. Auch wenn der Anteil gering ausfällt, bewirkt er dennoch, dass Teile der Energie unnutzbar werden.
 

Toni

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nehmen wir ein Raumschiff das vom Erdorbit eine Rundreise durchs Universum macht. Es fliegt mehrere Jahre mit einer relativ hohen Geschwindigkeit durchs All und kehrt danach in den Erdorbit zurück. Wohin ist die Energie die beim Beschleunigen und Abbremsen des Raumschiffs aufgebracht wurde nach der Reise hin?
Hallo sanchez,
wo siehst Du hier eigentlich ein Problem?? - Sämtliche Energie, die für die Beschleunigung des Raumflugkörpers aufgewendet werden musste, muss nun ebenfalls beim Abbremsen wieder aufgewendet werden.
"Beschleunigung" heißt ja nichts anderes als Ruheenergie in Bewegungsenergie umzuwandeln und das "Abbremsen" ist ja auch nichts weiter als eine Beschleunigung in die entgegengesetzte Richtung.
Wenn Dein Raumschiff im Erdorbit startet, dann übt die mitgeführte Energie (chemische oder Atomenergie) ja nicht nur eine Beschleunigung auf Dein Raumschiff aus, sondern sie übt auch eine mikroskopisch winzige Gegenbeschleunigung auf die Erde aus!! Diese ist selbstverständlich bei der vergleichsweise extrem höheren Masse der Erde nicht messbar, aber doch errechenbar. Kehrt Dein Raumschiff irgendwo im Weltall auf seiner "Rundreise" wieder um, muss dafür ja erneut Energie aufgewendet werden, die es aus seiner Masse (Treibstoff) gewinnt. Es verliert also Masse, genau so wie bei der Rückkehr beim Abbremsen, wo diese Energie auf den Erdkörper übertragen wird.

Genaueres hierzu kann Dir aber sicher nur ein Experte auf diesem Gebiet erklären ... ;)

Gruß Toni
 

Eisbein

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meine Idee
[...]
Letzteres könnte man vielleicht beweisen.
Wenn an einer Uhr in Ruhe eine Masse sehr schnell bewegt vorbeifliegt, so läuft die Uhr für diesen Moment etwas schneller, was ein Mittel ist um die Längenkontraktion der Masse nachzuweisen.
Man nehme also eine sehr genaue Uhr und platziere diese neben der Beschleunigerröhre des LHC. Durch das zigtausendfache vorbeifliegen der Protonen an der Uhr sollte sich dieser Effekt auf die Uhr auswirken und diese schneller laufen lassen als eine Referenzuhr in einiger Entfernung zum LHC. Wie so oft in der relativistischen Physik ist der Effekt erst bei sehr hohen Geschwindigkeiten deutlich zu erkennen.
[...]

Das - so glaube ich - ist aber nicht relativistisch. Du würdest dann sagen, das die Uhr wirklich schneller geht; relativistisch ist es aber, wenn die Uhr nicht schneller geht, sondern nur gegenüber einem anderen Bezugssystem. Eine Uhr in einem Raumschiff geht die Uhr auch nicht langsamer als eine Uhr auf der Erde, nur wenn die beiden Uhren miteinander verglichen werden ist ein Zeitunterschied zu erkennen.
Eine Uhr ist ein mechanisches Instrument um Zeitabstände zu messen, wenn eine Uhr schneller gehen sollte, dann müßte die Mechanik der Uhr beeinflußt werden, durch eine vorbeifliegende Masse, was vielleicht durch die Gravitatonswirkung auch der Fall ist, aber Du gehst davon aus, daß die Zeit verändert wird und die Uhr wirklich die "Zeit" zeigt, das ist aber nicht der Fall.
Für die Zeitdilation wird immer einer Lichtuhr zur Veranschaulichung gezeigt, wie würde durch eine vorbeifliegende Masse die Lichtuhr beeinflußt? (Außer einer geringfügigen Beeinflußung der Photonen, durch die Gravitation, dann würde die Uhr aber langsamer gehen, weil die Photonen in Flugrichtung der Masse verschoben würden, dann wäre der Weg der Lichtuhr etwas weiter, ähnlich wie bei der Zeitdilataiton)
Ansonsten finde ich die "Theorie" schon interessant.
 

Laserdan

Registriertes Mitglied
Natürlich geht die mechanische Uhr (und auch die Lichtuhr) "wirklich" langsamer aus der Sicht eines anderen Bezugssystems, es ist ein messbarer Effekt. Das "wirklich" ist hier das Problem, denn im Kern enthält es immer noch das Konzept einer absoluten Zeit, die der Vergleichspunkt für "wirklich" ist. Diese existiert nicht, und alle Beobachter haben das Recht, ihre Zeit als die echte zu bezeichnen (es ist ein mehr oder weniger willkürliches System!). Deswegen beschäftigen wir uns eben nicht mit solchen Konzepten wie "echte Zeit" sondern mit Koordinatensystemen und Transformationen.

Sanchez, einige hier haben ja schon mal erklärt, wo die extra Energie hingeht. Ich versuche es nochmal einfacher auszudrücken. Eine "Beschleunigung" ist eine Änderung in der Geschwindigkeit (unter anderem). Das kann auch eine negative Beschleunigung sein! Wenn dein Raumschiff auf 99.999% c beschleunigt wurde, wird es (Kollisionen ausgenommen) dank Newton für immer so weiterfliegen. Die Trägheit greift genauso, wenn du die Geschwindigkeit verringern willst - das erscheint nicht intuitiv weil wir auf der Erde gewohnt sind, dass alles von allein stehen bleibt (da es immer relativ massive Reibung gibt! Und da geht die Energie auch hin zum Abbremsen - willst du im freien Flug im Weltraum abbremsen, musst du quasi diese Reibung "simulieren").
 
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