Zeitfrage bei relativistischen Geschwindigkeiten

[Cordess]

Erstmal nehmen wir an, daß es möglich wäre, schneller als das Licht zu reisen.
Nun zur Frage:

Auf einem Planeten wartet ein überlichtschnelles Raumschiff auf die Ankunft eines Funksignals, welches von der Erde aus 30 Jahre benötigt um auf diesem Planeten anzukommen.
Als das Signal auf der Erde abgeschickt wurde, betrug die Erdzeit das Jahr 2921.
Das Signal kommt also nach Erdzeit im Jahr 2951 auf dem Planeten an.
Da das Signal nun auch den Befehl beinhaltet mit dem Raumschiff zur Erde zurückzukehren, fliegt das überlichtschnelle Raumschiff nun zur Erde zurück.
Das Raumschiff selbst benötigt für die Reise zur Erde nur 5 Jahre.

Frage:
In welchem Jahr kommt das Raumschiff auf der Erde an?

[Bynaus]

2956, natürlich.

[Physicus91]

2956, natürlich.

Da ich keine Fallen in der Fragenstellung finden kann würde cih das auch sagen.

Wenn wir zumindest davon ausgehen das diese Überlichtgeschwindigkeit problemlos durchgeführt wird.

[Agent Scullie]

Gesetzt den Fall, die 5 Jahre Reisezeit sind auf das Erdbezugssystem bezogen, kommt das Schiff im Jahr 2956 an.
Sind hingegen 5 Jahre Bordzeit gemeint, und legt man zugrunde, dass Bordzeit und Erdzeit gegen einander zeitdilatiert sind, könnte es auch ein anderen Jahr sein. Um das zu berechnen, müsste man den Zeitdilatationsfaktor kennen. Die bekannte relativistische Formel für die Zeitdilatation ist dabei nicht anwendbar, da sie besagt, dass eine überlichtschnelle Reise nicht möglich ist.

[Boltar]

Gesetzt den Fall, die 5 Jahre Reisezeit sind auf das Erdbezugssystem bezogen, kommt das Schiff im Jahr 2956 an.
Sind hingegen 5 Jahre Bordzeit gemeint, und legt man zugrunde, dass Bordzeit und Erdzeit gegen einander zeitdilatiert sind, könnte es auch ein anderen Jahr sein. Um das zu berechnen, müsste man den Zeitdilatationsfaktor kennen. Die bekannte relativistische Formel für die Zeitdilatation ist dabei nicht anwendbar, da sie besagt, dass eine überlichtschnelle Reise nicht möglich ist.

warum eigentlich????

Licht besteht aus Photonen,, warum sollte es nicht möglich sein schneller als Photonen unterwegs zu sein??

Was ist so " magisch " an dieser 300000 km/s grenze ???

Photonen kochen doch auch nur mit wasser

[irony]

warum eigentlich????

Licht besteht aus Photonen,, warum sollte es nicht möglich sein schneller als Photonen unterwegs zu sein??

Was ist so " magisch " an dieser 300000 km/s grenze ???

Magisch ist daran gar nichts. Die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit:

Die (Vakuum-)Lichtgeschwindigkeit c hat in jedem Inertialsystem denselben Wert (299 792.458 km/s), ist also vom Bewegungszustand der Quelle ebenso unabhängig wie von dem des Beobachters.

ist ein Postulat der Relativitätstheorie, stimmt aber mit Beobachtungen gut überein. Man kann sich dabei vorstellen, dass Raum und Zeit, besser gesagt, das Raumzeitkontinuum Eigenschaften hat, die man nicht ignorieren kann. Die Lichtgeschwindigkeit ist also so etwas wie eine Eigenschaft des Raumes, die nicht einfach verändert werden kann. Jedenfalls nicht so einfach.

Interessant finde ich hierzu http://de.wikipedia.org/wiki/Schleif...tengravitation :

Man geht davon aus, dass die Schleifenquantengravitation gewisse Korrekturen der speziellen Relativitätstheorie für Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit zur Folge hat, deren Natur jedoch noch unbekannt ist.

Dass Photonen mit der berühmten Lichtgeschwindigkeit laufen heißt nicht, dass es nicht schneller ginge, aber siehe dazu http://de.wikipedia.org/wiki/Tachyon

Eigenschaften von Tachyonen

* Ihre Geschwindigkeit ist größer als die Vakuumlichtgeschwindigkeit c.
* Imaginäre Ruhemasse, d. h. das Quadrat ihrer Masse ist negativ. Das folgt aus der relativistischen Formel für die Masse (siehe Artikel "Ruhemasse") - damit diese reell bleibt, muss die Ruhemasse imaginär sein. Da einer rein imaginären Ruhemasse bisher keinerlei physikalische Entsprechung zuzuordnen ist, sind Tachyonen möglicherweise eine mathematische Kuriosität ohne reale Bedeutung.
* Ein elektrisch geladenes Tachyon müsste immer eine Tscherenkow-Strahlung anregen, da sich das Tachyon immer mit einer höheren Geschwindigkeit als der Lichtgeschwindigkeit des durchquerten Mediums bewegt.
* Im Gegensatz zu unterlichtschnellen Teilchen, in denen die Ereignisse auf der Weltlinie für jeden Beobachter die gleiche Zeitordnung besitzen, hängt die zeitliche Reihenfolge verschiedener Ereignisse auf der Tachyon-Weltlinie vom Bezugssystem ab.

Wirklich beobachtet hat man so etwas nicht.

[Agent Scullie]

warum eigentlich????

Licht besteht aus Photonen,, warum sollte es nicht möglich sein schneller als Photonen unterwegs zu sein??

Was ist so " magisch " an dieser 300000 km/s grenze ???

Photonen kochen doch auch nur mit wasser

Spezielle Relativitätstheorie ? Wikipedia

Kurz gefasst: die SRT besagt, dass die Lichtgeschwindigkeit invariant ist unter einem Wechsel des Bezugssystems. Wenn also eine Lichtquelle Licht aussendent, und du aus dem Ruhsystem der Lichtquelle in ein anderen Bezugssystem wechselst, indem du hinter dem Lichtstrahl herfliegst, dann entfernt sich aus deiner Sicht der Lichtstrahl immer noch mit 300000 km/s von dir. Deswegen ist es für dich unmöglich, den Lichtstrahl einzuholen. Daraus kann man ableiten, dass dir nicht möglich ist, die Lichtgeschwindigkeit zu erreichen.

Das ist auch der Grund, warum sich Scifi-Autoren so viel Mühe geben, sich einen überlichtschnellen Raumantrieb auszudenken: sie müssen eine über die RT hinausgehende neue Physik erfinden, damit ihre Raumschiffe schneller als das Licht fliegen können.


.
EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Agent Scullie schrieb nach 9 Minuten und 5 Sekunden:

Interessant finde ich hierzu Schleifenquantengravitation ? Wikipedia :

das besagt aber lediglich, dass aufgrund der Diskretheit der Raumzeit die Lichtgeschwindigkeit geringfügig schwankt. Geschwindigkeiten, die um ein vielfaches höher liegen als die bekannten 300000 km/s, sind damit nicht erreichbar.

Ich hatte mal versucht, ein auf der LQG beruhendes FTL-Konzept zu entwickeln, bei dem in jedem Zeitschritt ein Knoten des Spinnetzwerks über viele Knotenpunkte hinweg versetzt wird. Solche Versetzungen lassen sich aber aus der LQG nicht ableiten und erforderen daher Zusatzannahmen, für die man dann wiederum die LQG nicht mehr benötigt.

[Boltar]

Ich verstehs immer noch net , sorry


Andersrum

Gibts bei 300000km/s denn sowas wie eine Art Schallwand wie bei Mach-Geschwindigkeit??

[irony]

Gibts bei 300000km/s denn sowas wie eine Art Schallwand wie bei Mach-Geschwindigkeit??

Ja, davon gehe ich aus. So wie sich Schallwellen in einem Stahlträger nicht schneller bewegen können als eben mit Schallgeschwindigkeit, können sich Photonen im Vakuum nicht schneller bewegen als mit Lichtgeschwindigkeit. Die Eigenschaften des Raumes geben das nicht so ohne weiteres her, dass man sich schneller als das Licht bewegt. Nach der Schleifenquantengravitationstheorie besteht der Raum an sich aus einzelnen Partikeln bzw. Zellen. Aber ich denke mal diese ganze Sache ist so kompliziert, dass auch Physiker sie nicht wirklich verstehen. Das Vorstellungsvermögen wird da ja schließlich arg strapaziert.

Zur Frage des Themas: Ich würde auch sagen: 2956.

[Agent Scullie]

Ich verstehs immer noch net , sorry


Andersrum

Gibts bei 300000km/s denn sowas wie eine Art Schallwand wie bei Mach-Geschwindigkeit??

Ja, davon gehe ich aus. So wie sich Schallwellen in einem Stahlträger nicht schneller bewegen können als eben mit Schallgeschwindigkeit, können sich Photonen im Vakuum nicht schneller bewegen als mit Lichtgeschwindigkeit.

die Theorie, die das ungefähr so aussagte, war die Vorgängertheorie der SRT, die Lorentzsche Äthertheorie (LET). Von deren Begründer, Hendrik Antoon Lorentz, stammt auch die Lorentz-Transformation, die in der SRT weiterverwendet wird.
Der LET zufolge erfährt ein Körper, der sich relativ zum Äther mit beinahe Lichtgeschwindigkeit bewegt, eine Art Widerstand vom Äther, der ihm eine weitere Beschleunigung erschwert, was in gewisser Hinsicht dem Luftwiderstand bei angenäherter Schallgeschwindigkeit vergleichbar ist.

Nach der SRT jedoch muss diese Vorstellung als falsch angesehen werden. Kernaussage der SRT ist gerade, dass es keinen Äther gibt, und dass keine absolute Unterscheidung zwischen Ruhe und gleichförmiger Bewegung möglich ist. D.h. wenn sich zwei Beobachter mit beinahe Lichtgeschwindigkeit relativ zueinander bewegen, ist keine absolute Aussage darüber möglich, welcher von von beiden denn nun ruht und welcher sich bewegt. Jeder der beiden sieht sich selbst als ruhend und den jeweils anderen als bewegt. Der Vergleich mit der Schallgeschwindigkeit, wo ohne Probleme feststellbar ist, wer (bezogen auf die Luft) ruht und wer sich mit beinahe Schallgeschwindigkeit bewegt, ist daher in der SRT unpassend.

In einer fiktiven Physik, die ein Erreichen von Geschwindigkeiten größer als c unter Umgehen der SRT erlauben soll, wäre es allerdings notwendig, die Gleichberechtigung aller gleichförmig bewegten Beobachter wieder fallenzulassen, und zur LET-Vorstellung eines bevorzugten Bezugssystems zurückzukehren. In der Loop-Quantengravitation ist das möglicherweise auch schon der Fall, da in ihr die Raumzeit diskretisiert ist. Ganz geklärt ist das aber noch nicht.

Die Eigenschaften des Raumes geben das nicht so ohne weiteres her, dass man sich schneller als das Licht bewegt.

in der SRT macht es (anders als vielleicht in der LQG) wenig Sinn, von Eigenschaften des Raumes zu sprechen, passender ist es, von Eigenschaften der Raumzeit zu reden. Der Raum ergibt sich erst aus einer Zerlegung (Foliation) der Raumzeit, die bezugssystemabhängig ist (Relativität der Gleichzeitigkeit).

@Boltar: wenn du noch nie zuvor von der SRT gehört hast, wäre es wohl unumgänglich, dass du ein paar Bücher zum Thema liest. Dir die SRT hier in aller Ausführlichkeit beizubringen, würde den Rahmen des Forums sprengen.

[Cordess]

Zuerstmal zum Threadthema, 2956 denke ich auch.

Wenn also eine Lichtquelle Licht aussendent, und du aus dem Ruhsystem der Lichtquelle in ein anderen Bezugssystem wechselst, indem du hinter dem Lichtstrahl herfliegst, dann entfernt sich aus deiner Sicht der Lichtstrahl immer noch mit 300000 km/s von dir. Deswegen ist es für dich unmöglich, den Lichtstrahl einzuholen. Daraus kann man ableiten, dass dir nicht möglich ist, die Lichtgeschwindigkeit zu erreichen.

Eines verstehe ich hier nicht:
Wenn die Lichtquelle bei Punkt A ist und sich das Licht auf Punkt B zubewegt und ich mich nun ebenfalls, mit sagen wir mal 150000 km/s auf Punkt B zubewege, dann bewegt sich laut obiger Aussage das Licht ja immer noch mit 300000 km/s von mir weg, aber da ich mich selbst von A mit 150000 km/s wegbewege, wie kann es dann sein, daß auch von A das Licht immer noch mit 300000 km/s wegbewegt?
Wie geht das?

Das Licht müßte ja eigentlich dann von A aus gesehen 450000 km/s an Geschwindigkeit drauf haben, damit sowohl die > 300000 km/s von A aus, als auch die 300000 km/s für das Licht von mir aus gesehen noch gültig bleiben.

[Boltar]

@Boltar: wenn du noch nie zuvor von der SRT gehört hast, wäre es wohl unumgänglich, dass du ein paar Bücher zum Thema liest. Dir die SRT hier in aller Ausführlichkeit beizubringen, würde den Rahmen des Forums sprengen.

Hihihi

Ih glaube dafür reicht meine Intelligenz nicht aus

Andere Frage

Es ist also Gesetz das in der Natur nix Lichtgeschwindigkeit übershreiten kann. Hab ich das so richtig verstanden??

Was ist aber mit den elektronen im Licht Photon. Die Umkreisen es ja, also müssten sie für einen gewissen Zeitraum diese geschwindigkeit überschreiten

[Hades]

Eines verstehe ich hier nicht:
Wenn die Lichtquelle bei Punkt A ist und sich das Licht auf Punkt B zubewegt und ich mich nun ebenfalls, mit sagen wir mal 150000 km/s auf Punkt B zubewege, dann bewegt sich laut obiger Aussage das Licht ja immer noch mit 300000 km/s von mir weg, aber da ich mich selbst von A mit 150000 km/s wegbewege, wie kann es dann sein, daß auch von A das Licht immer noch mit 300000 km/s wegbewegt?
Wie geht das?

Das Licht müßte ja eigentlich dann von A aus gesehen 450000 km/s an Geschwindigkeit drauf haben, damit sowohl die > 300000 km/s von A aus, als auch die 300000 km/s für das Licht von mir aus gesehen noch gültig bleiben.

Ok, hoffentlich blamiere ich mich mit meim 13. Klasse -Physik nicht:
Du musst da 2 Dinge berücksichtigen, dein Bezugssystem und die absolute Konstanz der Lichtgeschwindigkeit.

Kurz gefasst: die SRT besagt, dass die Lichtgeschwindigkeit invariant ist unter einem Wechsel des Bezugssystems. Wenn also eine Lichtquelle Licht aussendent, und du aus dem Ruhsystem der Lichtquelle in ein anderen Bezugssystem wechselst, indem du hinter dem Lichtstrahl herfliegst, dann entfernt sich aus deiner Sicht der Lichtstrahl immer noch mit 300000 km/s von dir. Deswegen ist es für dich unmöglich, den Lichtstrahl einzuholen. Daraus kann man ableiten, dass dir nicht möglich ist, die Lichtgeschwindigkeit zu erreichen.

Du unterliegst zum einem einem sich bewegenden Bezugssystem, was einer Hohen Zeitdilatation unterliegt.
Die Geschwindigkeit des Lichtes kannst du nur durch [zurückgelegten Weg/benötigte Zeit] beurteilen. Da du aber der Zeitdilatation unterliegst nimmst du die Vergangene Zeit als Weniger wahr, was die berechnete Geschwindigkeit höher erscheinen lässt.

Was ist aber mit den elektronen im Licht Photon. Die Umkreisen es ja, also müssten sie für einen gewissen Zeitraum diese geschwindigkeit überschreiten

Ok, du bist grad an einem Punkt angelangt, wo dein Physikalisches Wissen aufhört. Aber an einem Drastisch frühen Punkt.
In Licht gibt es keine Elektronen. Licht ist eine Elektromagnetische Strahlung, welche "aus Photonen besteht".

Du scheinst dir das scheinbar wie ein Atom vorzustellen, aber Atome sind nicht der Kleinste Baustoff des Universums. Photonen haben keine Elektronen. Es sind Quanten

Ih glaube dafür reicht meine Intelligenz nicht aus

Du must dich deswegen ja nicht gleich dumm machen, aber bei dir fehlt einfach Grundwissen. In der Realschule wurde uns das nicht beigebracht. Darf ich fragen wie alt du bist?

[CaptainKarracho]

Das Licht müßte ja eigentlich dann von A aus gesehen 450000 km/s an Geschwindigkeit drauf haben

Eigentlich, ist aber nicht so...
ich versuch das ma zu erklären (ganz einfach)

Geschwindigkeit = Weg geteilt durch Zeit
Sitzt du auf den Bahngleisen und an dir fährt nen Zug mit 200 kmh vorbei, in dem jemand eine Taschenlampe einschaltet, müsste ja für dich das Licht 300.000m/s + 200kmh schnell sein... ist es aber nicht! Es ist für dich 300.000m/s schnell!
Der Mensch im Zug misst ebendfalls die Geschwindigkeit des Licht´s und kommt auch auf 300.000m/s...
Also, die Zeit vergeht, um so schneller du dich bewegst langsamer für dich!

Ohne dieses Wissen würde heutige GPS Navi´s nur auf 100m genau funktionieren!
In einer Sendung hat ma 3 Atomuhren die exakt gleich gingen verteilt.
Eine hat man am Boden stehen lassen, eine im Eifelturm gestellt und ne andere hat man in nem Flugzeug einige Zeit lang mitfliegen lassen!
Nach paar Wochen hat man die Zeiten verglichen und alle gingen unterschiedlich!
Zwar nur im Nanosekunden berreich, aber um so schneller man sich bewegt um so größer wird der Effekt...!

Ma ganz einfach erklärt...

[Mondkalb]

Neben der Zeitdilatation (für den Beobachter im Raumschiff vergeht die Zeit langsamer) kommt auch noch die Lorentzkontraktion dazu (für den Beobachter sind auch die Strecken, die er zurücklegt verkürzt).
Das Licht, dem er hinterher eilt, kann also aus seiner Sicht (relativ zu ihm) immer noch 300000 km/s schnell sein.