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Thema: Irreführende Begriffe in der Relativitätstheorie

  1. #11
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    Zitat Zitat von FrankSpecht Beitrag anzeigen
    Mehr oder weniger will ich darauf hinaus.
    Es gibt Weltbilder (https://de.wikipedia.org/wiki/Spezie...temwechsel.svg) wie diese. Wie soll man die einem Laien erklären?
    Helfen dazu neue Begriffe?
    Hallo zusammen,

    ich denke, das wird so nichts: die einen reden stillschweigend über Phänomene in der 4-dimensionen Raumzeit, die überdies noch negativ-definit ist, und die anderen reden stillschweigend über den 3-dimensionalen Raum, der eine wunderschöne euklidische Metrik hat und in dem diese Zeitdilatationen und Längenkontraktionen auftreten.

    Diese beiden Gruppen an Menschen sind durchaus disjunkt, d.h. die ersten sind eher die Fachleute und die zweiten sind eher die Laien. Somit macht es m.E. am meisten Sinn, die anschaulichen Begrifflichkeiten - nicht zuletzt auch für die Laien - im 3-dimensionalen Raum zu benennen, so dass diejenigen, die da gerne in der Raumzeit operieren, dies mit präzisen Fachbegriffen tun, die sie ohnehin problemlos verstehen.


    Freundliche Grüsse, Ralf

  2. #12
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    Zitat Zitat von ralfkannenberg Beitrag anzeigen
    die einen reden stillschweigend über Phänomene in der 4-dimensionen Raumzeit, ... und die anderen reden stillschweigend über den 3-dimensionalen Raum ...

    Somit macht es m.E. am meisten Sinn, die anschaulichen Begrifflichkeiten - nicht zuletzt auch für die Laien - im 3-dimensionalen Raum zu benennen ...
    Nochmal:

    Zitat Zitat von TomS Beitrag anzeigen
    ich würde messbare Effekte auf Basis von invarianten Größen in den Mittelpunkt der Diskussion stellen.
    Bsp. Zwillingsparadoxon: beide Zwillinge messen ihre sogenannte Eigenzeit auf einer jeweils mitgeführten Uhr. Der Gangunterschied ist kein "Phänomen in der 4-dimensionen Raumzeit" sondern ein messbares Phänomen. Wie man das dann auf theoretische Konstrukte zurückführt muss, kann später diskutiert werden.
    Gruß
    Tom

    «while I subscribe to the "Many Worlds" theory which posits the existence of an infinite number of Toms in an infinite number of universes, I assure you that in none of them am I dancing»

  3. #13
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    Zitat Zitat von TomS Beitrag anzeigen
    Der Gangunterschied ist kein "Phänomen in der 4-dimensionen Raumzeit" sondern ein messbares Phänomen.
    Hallo Tom,

    warum sollte es denn nicht-messbar sein ?

    Man kann die Raumzeit auf den 3-dimensionalen Raum projizieren und dann dort alles was die Projektion "überlebt" (also nicht identisch verschwindet) messen, ebenso wie man die Raumzeit auf die 1-dimensionale Zeitachse, die ja aus mathematischer Sicht ebenfalls ein "Raum" ist, projizieren und dann dort alles was bei der Projektion nicht identisch verschwindet, messen.

    Nur weil man den 3-dimensionalen Raum und die 1-dimensionale Zeitachse geeignet in einen 4-dimensionalen Raum einbettet verliert man ja nicht die "Messbarkeit".


    Freundliche Grüsse, Ralf
    Geändert von ralfkannenberg (19.09.2018 um 11:46 Uhr) Grund: Typo korrigiert

  4. #14
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    Zitat Zitat von ralfkannenberg Beitrag anzeigen
    Man kann die Raumzeit auf den 3-dimensionalen Raum projizieren und dann dort alles was die Projektion "überlebt" (also nicht identisch verschwindet) messen, ebenso wie man die Raumzeit auf die 1-dimensionale Zeitachse, die ja aus mathematischer Sicht ebenfalls ein "Raum" ist, projizieren und dann dort alles was bei der Projektion nicht identisch verschwindet, messen.

    Nur weil man den 3-dimensionalen Raum und die 1-dimensionale Zeitachse geeignet in einen 4-dimensionalen Raum einbettet verliert man ja nicht die "Messbarkeit".
    Alles richtig, aber didaktisch oft falscher Ansatz.

    Man geht von 4-dim. Mannigfaltigkeiten oder und Lorentztransformationen aus und entwickelt damit die Idee der RT. Das halte ich für wenig sinnvoll. Besser, man geht von messbaren Phänomene aus, diskutiert diese anhand von Invarianten bzw. Observablen und führt anhand dieser Begriffe dann die mathematischen Konzepte ein.

    Lies' dir mal diverse Einführungen zur Zeitdilatation durch, wo diese als Spezialfall der Lorentztransformation dargestellt werden. Das ist Käse, da i) zu kompliziert, ii) Lorentztransformationen behandeln Koordinaten-, abgelesen auf den Uhren werden jedoch Eigenzeiten - der Zusammenhang bleibt nebulös; iii) in der ART existiert die Zeitdilatation als globales Phänomen weiterhin, allerdings existiert keine globale Lorentzinvarianz mehr. Stattdessen sollte man Eigenzeiten diskutieren: dann benötigt man - leider - als abstraktes Konzept die Länge einer vierdimensionalen Weltlinie; Lorentztransformationen werden nicht benötigt.
    Gruß
    Tom

    «while I subscribe to the "Many Worlds" theory which posits the existence of an infinite number of Toms in an infinite number of universes, I assure you that in none of them am I dancing»

  5. #15
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    Zitat Zitat von FrankSpecht Beitrag anzeigen
    Das ist mir durchaus klar, aber welcher Begriff wäre dann besser geeignet, eine „scheinbare“ Kontraktion plus Drehung in der Raumzeit zu benennen?
    Wissen, eurer Erfahrung nach, selbst Fachleute oftmals nicht den Unterschied zwischen real und relativ, bzw. relativistisch?

    PS:
    Ist denn nicht von vornherein klar, zumindest unter Fachleuten, wie diese Begriffe anzuwenden sind?
    Und hilft es wirklich, andere Begrifflichkeiten einzuführen, die ebenfalls einer tiefergehenden Erläuterung bedürfen?
    Der Punkt ist, meiner Meinung nach, nicht ob sich Fachleute auskennen. Sondern ob sie sich trotz der Begriffe auskennen, oder wegen ihnen.
    Jemanden zu fragen, ob die Längenkontraktion real ist oder nicht, ist ähnlich hilfreich wie die berühmte Frage "Schlagen Sie immer noch Ihre Frau"? Auf so etwas kann man weder mit ja noch mit nein antworten, weil die Frage vollkommen blödsinnige Dinge impliziert, die nichts mit der Wirklichkeit zu tun haben.
    Und zu den anderen Begrifflichkeiten: Wenn man eine neue revolutionäre Theorie hat, braucht man auch neue Begrifflichkeiten. Es ist alsi nicht nur hilfreich, sondern notwendig, neue Begriffe einzuführen. Hilfreich wäre es allerdings, nicht altbekannte Begriffe für vollkommen abstrakte neue Konzepte herzunehmen und stattdessen die altbekannten konkreten Konzepte mit neuen Begriffen zu belegen - sondern es andersherum handzuhaben.
    Ich habe mal vor einiger Zeit eine eigentlich gut gemachte Doku How the universe works gesehen. Darin wurde eine Animation gezeigt (ich habe mal im Link an die Stelle gespult, wo's kritisch wird), die mir die - wenigen verbliebenen - Haare aus Fremdscham zu Berge stiegen ließ[...].
    Ich finde die Animation ok, es weiß aber leider nur eine verschwindende Minderheit eingeweihter Personen, wie sie zu deuten ist. Schlimm, weil konkret falsch, fand ich das und das. Ich lasse mal als Quiz, was genau ich hier meinen könnte.

  6. #16
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    Zitat Zitat von Ich Beitrag anzeigen
    Ich finde die Animation ok
    Das sehe ich nicht so, denn so, wie die Animation dargestellt ist, würden wir nie eine Verzerrung sehen, da die Lichtstrahlen genauso parallel aus dem Gravitationspotential [EDIT: deutlichere Stelle im Video] herauskommen, wie sie hineingelangt sind.
    Zitat Zitat von Ich Beitrag anzeigen
    Schlimm, weil konkret falsch, fand ich das und das. Ich lasse mal als Quiz, was genau ich hier meinen könnte.
    Ich denke, du sprichst die fehlgedeutete Eigenzeit an ("wenn ich höher auf der Treppe stehe, geht meine eigene Uhr ein bisschen schneller")

    PS: Ok, im Nachgang muss ich konstatieren, dass das Video zumindest didaktisch doch nicht so gut ist
    Geändert von FrankSpecht (20.09.2018 um 22:23 Uhr)
    cs, Frank
    frank-specht.de

  7. #17
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    Zitat Zitat von FrankSpecht Beitrag anzeigen
    Das sehe ich nicht so, denn so, wie die Animation dargestellt ist, würden wir nie eine Verzerrung sehen, da die Lichtstrahlen genauso parallel aus dem Gravitationspotential [EDIT: deutlichere Stelle im Video] herauskommen, wie sie hineingelangt sind.
    Du hast Recht, das ist mir entgangen. Ist also nicht ok.
    Ich denke, du sprichst die fehlgedeutete Eigenzeit an ("wenn ich höher auf der Treppe stehe, geht meine eigene Uhr ein bisschen schneller")
    Nein, das lässt sich kaum vermeiden, und es gibt ein vernünftigen Gegenstück zu dieser Aussage in der echten Physit. Bei dem Abschnitt stört mich "if you experience different gravitational environments, you will have a different flow of time". Die "experience" eines Gravitationsfeldes ist die Gravitationsbeschleunigung - und die sagt überhaupt nichts über die Größe der Zeitdilatation aus. Das ist nach meiner Erfahrung auch ein weitverbreiteter Stolperstein, hier sollte man als Filmemacher schon versuchen, den Fehler nicht zu wiederholen.

  8. #18
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    Zitat Zitat von Ich Beitrag anzeigen
    Bei dem Abschnitt stört mich "if you experience different gravitational environments, you will have a different flow of time". Die "experience" eines Gravitationsfeldes ist die Gravitationsbeschleunigung - und die sagt überhaupt nichts über die Größe der Zeitdilatation aus.
    Das ist ein spannender Punkt.

    In die Berechnung der Zeitdilatation geht die Größe

    $$ \sqrt{g_{\mu\nu} u^\mu u^\nu} $$

    mit der Vierergeschwindigkeit u sowie die Weltlinie C ein.

    Aus dem selben Ausdruck leitet man die Geodätengleichung ab.

    Die Wirkung

    $$ S[C] = \int_C ds $$

    ist extremal, wenn die Weltlinie C einer Geodäten entspricht; in diesem Fall spürt man entlang C überhaupt nichts, die Bewegung ist kräftefrei. Wenn C aufgrund einer Kraft - z.B. eines Raketenantriebs - keiner Geodäten entspricht, dann wird die Eigenzeit entlang C, d.h. im wesentlichen S[C], tatsächlich beeinflusst. D.h., dass man schon davon ausgehen kann, dass wenn man eine Kraft spürt, dies auch Einfluss auf die Eigenzeit hat.

    Aber es gibt natürlich noch andere Einflüsse, die man eben nicht spürt, weil immer kräftefreie Bewegung vorliegt. Man betrachte dazu zwei Geodäten C und C’ mit gemeinsamen Start- und Endpunkten, entlang derer ein unterschiedliches Gravitationsfeld d.h. unterschiedliche Metrik vorliegt, z.B. zwei sich schneidende Satellitenbahnen mit unterschiedlicher Exzentrizitäten. Obwohl beide Bewegungen kräftefrei sind, sind C und C’, g entlang C bzw. C’ und damit i.A. S[C] und S[C’] verschieden.

    S[C] sammelt sozusagen diverse mathematische Effekte entlang C auf und präsentiert eine Art Summe. Man kann diese mathematischen Effekte nur in Spezialfällen separieren.
    Geändert von TomS (21.09.2018 um 12:27 Uhr) Grund: typos
    Gruß
    Tom

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  9. #19
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    Es gilt die Uhrenhypothese: Beschleunigung per se hat überhaupt keinen Einfluss auf den "Uhrengang". Das bedeutet, man kann sein unmittelbares "gravitational Environment" ausmessen bis der Arzt kommt, man kann nicht ohne Kenntnis weiterer Dinge auf Zeitdilatation schließen. Diese "weiteren Dinge" sind die Informationen, die man braucht, um statt der Beschleunigung die Geschwindigkeit und das Gravitationspotential* zu kennen. Das sind nämlich die Größen, die für die Bestimmung der Zeitdilatation notwendig sind, und sie sind beide prinzipiell nicht messbar.

    *Schon klar, in allgemeinen Raumzeiten ist beides nicht definiert, in einem fast statischen oder fast flachen Bereich aber schon.

    S[C] bringt auch keine Aussage. Der zeitliche Abstand zwischen zwei Ereignissen kann auf Geodäten kürzer oder länger sein als auf beschleunigten Kurven, das kommt darauf an.

  10. #20
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    Zitat Zitat von Ich Beitrag anzeigen
    Es gilt die Uhrenhypothese: Beschleunigung per se hat überhaupt keinen Einfluss auf den "Uhrengang".
    Das behaupte ich auch nicht.

    Aber eine Abweichung von der durch eine Geodäte C gegeben Vierergeschwindigkeit u wegen einer Beschleunigung hat eine lokale Auswirkung auf ds sowie eine globale aufgrund der Abweichung von C und damit von S[C]

    Zitat Zitat von Ich Beitrag anzeigen
    S[C] bringt auch keine Aussage. Der zeitliche Abstand zwischen zwei Ereignissen kann auf Geodäten kürzer oder länger sein als auf beschleunigten Kurven, das kommt darauf an.
    Richtig. Die Aussage ist ja gerade, dass eine Beschleungung zu einem anderen u und einem anderen C und damit einem anderen S[C] führt. Das widerspricht jedoch nicht der Uhrenhypothese.
    Gruß
    Tom

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