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Thema: Verständnisfrage zur Lichtgeschwindigkeit

  1. #1
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    Standard Verständnisfrage zur Lichtgeschwindigkeit

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    Hallo Zusammen!
    Ich habe mich, glaube ich, durch eine Diskussion über die "Absolutheit" der LG aufs Glatteis führen lassen. Vielleicht kann mir Jemand bei meiner Frage weiterhelfen!

    Wie kann die LG als absolut bezeichnet werden, wenn es keinen absoluten Bezugspunkt gibt?
    Von wo gehe ich aus um die LG zu messen?


    Danke schon mal
    Boman
    Was ist das für eine Welt in der Pinguine nicht aus Toiletten trinken können?

  2. #2
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    Standard

    Zitat Zitat von boman
    Hallo Zusammen!
    Ich habe mich, glaube ich, durch eine Diskussion über die "Absolutheit" der LG aufs Glatteis führen lassen. Vielleicht kann mir Jemand bei meiner Frage weiterhelfen!

    Wie kann die LG als absolut bezeichnet werden, wenn es keinen absoluten Bezugspunkt gibt?
    Von wo gehe ich aus um die LG zu messen?
    Hallo Boman

    Szenario 1:
    Nehmen wir an, Du siehst 2 Personen einen Ball mit 20 km/h hin- und herwerfen und zufällig fährst Du mit Deinem Fahrrad ebenfalls 20 km/h so, dass der Ball gerade auf Deiner Höhe fliegt, also aus Deiner Sicht die Geschwindigkeit 0 hat. - Das ist ja der klassische Fall. Und wenn Du in Gegenwurfrichtung fährst, so würdest Du eine Ballgeschwindigkeit von 40 km/h messen.

    Szenario 2:
    Nehmen wir nun an, Du würdest mit Deinem Fahrrad nach wie vor eine Ballgeschwindigkeit von 20 km/h messen, völlig unabhängig, ob Du neben dem Ball in Wurfrichtung, neben dem Ball in Gegenwurfrichtung oder gar irgendwie quer dazu fährst. Dieses Messresultat ist übrigens unabhängig davon, ob Du absolut in Ruhe bist oder nicht.


    Dann kannst Du daraus zwei Dinge folgern:

    1.) Deine Bewegung mit dem Fahrrad ist so klein im Vergleich zur Ballgeschwindigkeit, dass Du innerhalb Deiner Messgenauigkeit nur die Ballgeschwindigkeit ermittelst

    oder

    2.) Die Ballgeschwindigkeit ist invariant zu Deiner Bewegung mit dem Fahrrad.


    Im Falle zweier ballspielender Personen und des Fahhradfahrers hat man natürlich das Szenario 1 gemessen, doch im Falle der Lichtgeschwindigkeit hat man das Szenario 2 gemessen. Und mit Atomuhren konnte man sogar Szenario 2 mit zwei Düsenjägern, die ja deutlich langsamer als die Lichtgeschwindigkeit sind, messen und hat dabei nicht nur qualitativ, sondern auch quantitativ den vorhergesagten Wert messen können.

    Freundliche Grüsse, Ralf

  3. #3
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    Standard

    Zitat Zitat von boman
    Wie kann die LG als absolut bezeichnet werden, wenn es keinen absoluten Bezugspunkt gibt?
    Von wo gehe ich aus um die LG zu messen?
    Hallo Boman,

    vielleicht mal der Versuch einer direkten Antwort: Es gibt zwar keine absoluten Bezugspunkte, aber relative. Geschwindigkeit (v) ist immer Relativ und sie ist definiert durch die Strecke (s), die das zu messende Objekt in einer Zeiteinheit (t) zurücklegt: v=s/t

    Konkret ist (Vakuum-)Lichtgeschwindigkeit die Geschwindigkeit, mit der eine Lichtwelle im Vakuum unterwegs ist. Dabei ist es (wie sowohl Messungen als auch die Maxwelltheorie des Lichts bestätigen) unerheblich, ob du die Geschwindigkeit eines Wellenberges, einer Front eines Lichtblitzes oder des Maximums eines Lichtblitzes nimmst. Im Vakuum sind alle diese "Dinge" gleich schnell.

    Leider ist Licht aber so schnell, dass es schwer ist, das direkt zu messen. Es kann aber bemacht werden, zum Beispiel hier:
    http://www.physics.utoronto.ca/~phy1.../piondecay.pdf
    In diesem Experiment wurde direkt die Zeit gemesen, die ein Röntgenimpuls für eine gegebene Strecke braucht. Der Bezug ist dabei die Messstrecke aus zwei Röntgen-Detektoren und eine im Labor ruhende Uhr.

    Weiterhin gibt es vergleichende Messungen, wie die Vermessung der Umlaufbahnen von Doppelsternen (bestimmt gibt es jemanden der einen Link dazu weiss), bei denen nicht die absolute Geschwindigkeit gemessen wird, sondern verglichen wird, ob die Wellen gleich schnell sind. Hier ist der Bezug die Strecke vom Sternensystem zur Erde. Zeitliche informationen gewinnt man, indem man annimmt dass die Gravitation dort ebenso funktioniert wie hier.

    Gruss,
    Joachim
    Geändert von Joachim (29.05.2006 um 10:26 Uhr)

  4. #4
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    Danke schon mal für die Antwort!

    Also wenn ich Szenario 2 als Grundlage zur Messung der Ballgeschw. nehme, dann messe ich nur die Geschwindigkeit des Balls.

    Aber mir geht es um die Absolutheit der LG.

    Ich habe soweit verstanden, dass man Geschwindigkeiten nicht addieren darf.
    Das passiert in der Natur aber zwangsläufig.

    Gedankenexperiment:

    Ich sehe mit einem Teleskop einen Stern. Nach Messung der Entfernung ist er 2 Lichtjahre entfernt (von unsere Erde aus gesehen). Nun beschleunige ich mein Raumschiff von der Erde aus in Richtung Stern mit 99,9% C.

    Die Erde entfernt sich vom Stern (um den Faktor 20% C).

    Ich besuche Planet X auf meiner Reise der sich mit 50% C zu dem Stern hinbewegt. Nun starte ich von Planet X weiter in Richtung Stern und beschleunige wieder, von Planet X aus gesehen, in Richung Stern auf 99,9% C.

    Wie schnell bin ich denn nun?

    Planet X ist mein neuer Bezugspunkt!
    Von der Erde aus gemessen fliege ich nun mit 129,8% C!!!
    Von Planet X aus gesehen fliege ich nun mit 99,9% C!!!!

    Kann ich mich in der Realität so etwas flotter zu meinem Ziel hinbewegen (hinschummeln???)?

    Von wo aus gesehen kann ich mit meinem Raumschiff 99,9% C erreichen?

    Schöne Grüße
    Boman
    Was ist das für eine Welt in der Pinguine nicht aus Toiletten trinken können?

  5. #5
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    Hallo Boman,

    doch, du kannst Geschwindigkeiten addieren, allerdings nur mit dem Additionstheorem der Relativitätstheorie:

    V=(v1+v2)/(1+v1*v2/c^2)

    Wenn du immer weiter auf einen Stern hin beschleunigen würdest, so würde die Relativgeschwindigkeit zwischen dir und den Stern zunächst linear wachsen. Wenn du aber in den relativistischen Bereich vordringst, würden sich die Effekte der relativistischen Dopplerverschiebung und der Lorentzkontraktion zunehmend bemerkbar machen. Du kämest dem Stern also tatsächlich schneller näher, als die Geschwindigkeit c zulassen würde, aber du würdest nicht wahrnehmen, dass du schneller bist als c, sondern nur, dass 1) die Entfernung zum Stern schrumpft und 2) die physikalischen Prozesse auf dem Stern langsamer werden.

    Gruss,
    Joachim

  6. #6
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    Hallo Joachim!

    O.K. das habe ich soweit verstanden.

    Wie würde ich dann den Energiebedarf berechnen, wenn ich nicht weiß, daß es einen Planet X auf meiner Reise gibt der mir den Beschleunigungszuwachs ermöglichen würde?


    Noch eine Frage:
    Wenn es keinen absoluten Punkt gibt von dem ich meine Beschleunigung errechnen könnte, warum kann ich nicht einfach ohne meinen Planeten X als Sprungbrett weiterbeschleunigen bis ich 300 % C erreicht habe?

    Danke schon mal
    Boman
    Was ist das für eine Welt in der Pinguine nicht aus Toiletten trinken können?

  7. #7
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    Zitat Zitat von boman
    Hallo Joachim!

    O.K. das habe ich soweit verstanden.

    Wie würde ich dann den Energiebedarf berechnen, wenn ich nicht weiß, daß es einen Planet X auf meiner Reise gibt der mir den Beschleunigungszuwachs ermöglichen würde?


    Noch eine Frage:
    Wenn es keinen absoluten Punkt gibt von dem ich meine Beschleunigung errechnen könnte, warum kann ich nicht einfach ohne meinen Planeten X als Sprungbrett weiterbeschleunigen bis ich 300 % C erreicht habe?

    Danke schon mal
    Boman
    In Joachims Beispiel bist Du ja auch nicht über 100% c drübergekommen. Da kannst Du weiterbeschleunigen soviel Du willst, die Energie, die Du hineinpumpst, wird nur noch geringfügig zur Geschwindigkeitserhöhung und weitgehend zur Erhöhung Deiner Masse (E = m*c^2) verwendet. Und weil Du immer massereicher wirst, musst Du eine immer grössere Masse beschleunigen.

    Freundliche Grüsse, Ralf

  8. #8
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    Aber die Energie wird doch in ein Treibwerk das nach dem "Abstossungsprinzip" funktioniert hineingepumpt.

    Ich löse mich von der Theorie und will einfach meinen Stern so schnell es geht erreichen.
    Wenn ich nicht schneller als C werden kann aber den Stern in 0,1 Lichtjahren erreiche, war ich unterm Strich doch schneller als C.

    In meinem Beispiel zu Szenario 2 mache ich eine Pause auf Planet X der sich ja mit 50% der LG zum Stern hinbewegt (von der Erde aus gesehen). Es kann aber auch sein das der Stern sich zu Planet X bewegt. Oder beide sind beschleunigt Planet X und der Stern den ich erreichen möchte. Ist ja egal. Es gibt ja keinen Absoluten Bezugspunkt.
    Nun möchte ich den Stern endlich erreichen. Wenn ich nach meiner Pause weiter möchte, wie stelle ich meine Bewegung "ABSOLUT" fest?
    Wie stark bin ich beschleunigt auf meinem Planeten X?

    Denn wenn ich sage das ich nicht schneller als c werden kann, dann muss ich sagen können von wo aus ich das Messe und ob ich mich bewege oder nicht?
    Was ist das für eine Welt in der Pinguine nicht aus Toiletten trinken können?

  9. #9
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    Zitat Zitat von boman
    Aber die Energie wird doch in ein Treibwerk das nach dem "Abstossungsprinzip" funktioniert hineingepumpt.
    Ja, aber für einen nicht mitbeschleunigten Beobachter wird dein Triebwerk immer schwächer, denn deine Eigenzeit (und die des Triebwerkes) wird langsamer. In deinem eigenen System arbeitet das Triebwerk also immer gleich, von aussen wird es träger und träger.

    Zitat Zitat von boman
    Ich löse mich von der Theorie und will einfach meinen Stern so schnell es geht erreichen.
    Wenn ich nicht schneller als C werden kann aber den Stern in 0,1 Lichtjahren erreiche, war ich unterm Strich doch schneller als C.
    Jein, du musst natürlich Zeit und Strecke im selben System messen. Durch die Zeitdilatation ist im Ruhesystem des Sterns mehr Zeit vergangen als in deinem Eigensystem. Daher misst man dort keine Geschwindigkeit grösser als c. In deinem Eigensystem schrumpft aufgrund der Längenkontraktion der zurückgelegte Weg zusammen, daher misst auch du in deinem System nie mehr als c.

    Ob es ein drittes System gibt, aus dem man den Fall ausserdem noch betrachten kann, spielt keine Rolle. Du kannst nach der Lorentztransformation beliebig viele Referenzsysteme definieren, Überlichtschnell bist du in keinem von diesen Systemen.

    Gruss,
    Joachim
    Geändert von Joachim (29.05.2006 um 15:25 Uhr)

  10. #10
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    Danke!!!

    Ich bin wieder richtig justiert!

    Ich habe den Faktor Zeit in Bezug zur Geschwindigkeit total vergessen.
    So kann man ins Schleudern kommen wenn man alt wird.
    Das passiert wenn man sich ein paar Monate nicht mit dem Thema beschäftigt und in eine heiße Diskussion hineinrutscht.

    Vielen Dank nochmal Joachim und Ralf!

    Gruß
    Boman
    Was ist das für eine Welt in der Pinguine nicht aus Toiletten trinken können?

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