Zeitfrage bei relativistischen Geschwindigkeiten

[Agent Scullie]

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 "geht", indem dein Bezugssystem und das der Lichtquelle über die Lorentz-Transformation verknüpft sind. Deswegen muss für die Geschwindigkeit des Lichtstrahls beim Wechsel von deinem Bezugssystem in das der Lichtquelle die Lorentzsche Geschwindigkeitsaddition angewandt werden.

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.

wenn man die Galilei-Transformation benutzt. Man muss aber die Lorentz-Transformation nehmen.


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EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Agent Scullie schrieb nach 4 Minuten und 50 Sekunden:

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...!

hier muss allerdings erwähnt werden, dass da noch die gravitative Zeitdilatation aufgrund des Erdgravitationsfeldes hinzukommt. Diese lässt die Uhr am Boden langsamer gehen als die Uhr im Flugzeug, unabhängig von der Geschwindigkeit. Man hier also ein kompliziertes Zusammenwirken von geschwindigkeitsbedingter und gravitativer Zeitdilatation.

[irony]

wenn man die Galilei-Transformation benutzt. Man muss aber die Lorentz-Transformation nehmen.

Ich glaube, das Problem bei dem ganzen Thema ist, dass man erst mal erklären muss, was Raumzeit ist. Ansonsten erscheint die Lorentz-Transformation nämlich nur als simpler Rechentrick, mit dem das "richtige" = gewünschte Ergebnis rauskommt.

Was die meisten Leute wohl im Kopf haben, ist die Vorstellung von Raum und Zeit, die mit der Galilei-Transformation verträglich ist. Dass Raum und Zeit relativ sind, versteht man erst mal nicht. Da helfen dann auch keine einfachen Experimente mit Atomuhren. Da muss man wirklich mal ein Physikbuch hernehmen, sich die Minkowski-Diagramme usw. anschauen und lange nachdenken. Und ob man es dann wirklich versteht, ist immer noch fraglich.

[Bynaus]

Ja, und man sollte vielleicht noch betonen, dass die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit in allen Inertialsystemen eine Beobachtung ist, kein Postulat! Die Lorentztransformation ist dann im Gegensatz zu der Galileitransformation in der Lage, mit dieser Beobachtung "fertig zu werden", dh, die tatsächlichen Beobachtungen und Geschwindigkeitsadditionen richtig zu beschreiben.

[irony]

Ja, und man sollte vielleicht noch betonen, dass die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit in allen Inertialsystemen eine Beobachtung ist, kein Postulat!

Aha, warum ist sie kein Postulat ? Soweit ich weiß, hat die spezielle Relativitätstheorie die bekannten zwei Postulate, darunter das eine mit der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit, und leitet daraus experimentell überprüfbare Hypothesen ab.
Oder wie betrachtest Du die SRT aus wissenschaftstheoretischer Sicht ?
Es ist ja auch nicht so, dass man bei jeden Experiment die Lichtgeschwindigkeit selbst noch mal extra nachmisst.

[Agent Scullie]

Ja, und man sollte vielleicht noch betonen, dass die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit in allen Inertialsystemen eine Beobachtung ist, kein Postulat!

im Rahmen der SRT ist sie ein Postulat. Dass dieses Postulat ziemlich direkt durch die Beobachtung bestätigt wird, ändert daran nichts.

[Mondkalb]

Die Lichtgeschwindigkeit ist doch über die Maxwellschen Gleichungen mit der elektrischen und magnetischen Feldkonstante verknüpft. Wenn sich eine der Größen ändert, muss sich mindestens eine andere auch verändern.
Große Schwankungen dürften da kaum drin liegen, sonst wäre wohl z. B. die Stabilität der Atome nicht gegeben.
Oder sehe ich das falsch?

[Agent Scullie]

Die Lichtgeschwindigkeit ist doch über die Maxwellschen Gleichungen mit der elektrischen und magnetischen Feldkonstante verknüpft.

wobei es in der relativistischen Betrachtung der Elektrodynamik so ist, dass die elektrische Feldkonstante (Dielektrizitätskonstante) und die Lichtgeschwindigkeit die fundamentalen Größen sind, und sich die magnetische Feldkonstante (Permeabilitätskonstante) aus beiden ableitet. Salopp formuliert ist die Existenz des Magnetismus ein Resultat der Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit.

Die elektrische Feldkonstante ist dann ein Maß für die Stärke der elekromagnetischen Wechselwirkung, d.h. die Stärke der Kopplung zwischen EM-Feld and elektrischen Ladungs- und Stromdichten, während die Lichtgeschwindigkeit eine universelle, mit der Struktur der Raumzeit zusammenhängende, und vom Elektromagnetismus unabhängige Naturkonstante ist.

Wenn sich eine der Größen ändert, muss sich mindestens eine andere auch verändern.
Große Schwankungen dürften da kaum drin liegen, sonst wäre wohl z. B. die Stabilität der Atome nicht gegeben.
Oder sehe ich das falsch?

es gibt die Elektrodynamik in Materie, in der alle drei Größen, die elektrische und magnetische Feldkonstante und die Lichtgeschwindigkeit, veränderlich sind. Die Änderung der Feldkonstanten ist dabei aber nur Ausdruck der Tatsache, dass es in Materie zu mikroskopischen Ladungsverschiebungen und Strömen kommen kann, die das von einer makroskopischen Ladung oder einem makroskopischen Strom hervorgerufene Feld modifiziert. Da eine explizite Berücksichtigung der mikroskopischen Ladungs- und Stromdichten aber sehr kompliziert wäre, steckt man die Modifikation stattdessen in die Feldkonstanten. Dass sich dabei eine veränderte Lichtgeschwindigkeit ergibt, resultiert wiederum daraus, dass eine in Materie eindringende EM-Welle dort eine Sekundärwelle auslöst, die mit der Primärwelle interferiert, und die aus der Interferenz hervorgehende Gesamtwelle dann eine veränderte Phasengeschwindigkeit hat.

Auf die Stabilität der Atome haben die geänderten Feldkonstanten keine Auswirkung, da sie erst erst auf "mesoskopischen" Skalen, d.h. auf Abständen, die zwar noch mikroskopisch klein sind, aber schon viel größer als der Atomabstand, zum Tragen kommen.

Man kann natürlich auch in Materie die Vakuum-Maxwellgleichungen verwenden, man muss dann nur eben die mikroskopischen Ladungs- und Stromdichten einbeziehen.

[Bynaus]

im Rahmen der SRT ist sie ein Postulat. Dass dieses Postulat ziemlich direkt durch die Beobachtung bestätigt wird, ändert daran nichts.

Die Beobachtung (Michelson-Morley-Interferometer) war zuerst da. Daraus wurden dann die RT entwickelt. Mag ja sein, dass es Spezialfälle gibt, von denen wir heute nichts wissen. Aber der Impuls zur Entwicklung der RT ging von einer Beobachtung in einem Experiment aus.

[irony]

Die Beobachtung (Michelson-Morley-Interferometer) war zuerst da. Daraus wurden dann die RT entwickelt. Mag ja sein, dass es Spezialfälle gibt, von denen wir heute nichts wissen. Aber der Impuls zur Entwicklung der RT ging von einer Beobachtung in einem Experiment aus.

Okay, Deine Position ist also wissenschaftshistorisch, nicht wissenschaftstheoretisch begründet. Trotzdem kann eine Theorie nicht von einem Einzelfall auf den allgemeinen Fall schließen, d.h. auf die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit in allen Systemen, gegenüber den wenigen, in denen wirklich gemessen wurde. Das Postulat postuliert im Wesentlichen die Konstanz in allen Systemen, und so etwas kann man nur postulieren, aber nicht beobachten.

[Bynaus]

Ja, so gesehen hast du natürlich recht: die Konstanz in allen Systemen lässt sich nur postulieren.

Mir ging es mit der Aussage darum, dass einigen hier offenbar immer noch nicht klar ist, dass man nicht einfach aus einer Laune heraus beschlossen hat, die Lichtgeschwindigkeit als "Obergrenze" festzulegen, sondern dass diese Obergrenze eine direkte Folge der Relativitätstheorien und diese widerum eine direkte Folge der Beobachtung sind, dass die Lichtgeschwindigkeit nicht von der Bewegung der Erde entlang ihres Orbits abhängt, dh, es keinen "Lichtäther" gibt.

[irony]

Mir ging es mit der Aussage darum, dass einigen hier offenbar immer noch nicht klar ist, dass man nicht einfach aus einer Laune heraus beschlossen hat, die Lichtgeschwindigkeit als "Obergrenze" festzulegen

Klar, wir leben ja auch nicht im Universum von Futurama :

Farnsworth: These are the dark matter engines I invented. They allow my starship to travel between galaxies in mere hours.
Cubert: That's impossible. You can't go faster than the speed of light.
Farnsworth: Of course not. That's why scientists increased the speed of light in 2208.
Cubert: Also impossible.

Von daher gesehen ist es gerade heutzutage absolut notwendig darauf hinzuweisen, dass

sondern dass diese Obergrenze eine direkte Folge der Relativitätstheorien und diese widerum eine direkte Folge der Beobachtung sind, dass die Lichtgeschwindigkeit nicht von der Bewegung der Erde entlang ihres Orbits abhängt, dh, es keinen "Lichtäther" gibt.

Diesen Äther gibt es nicht, das stimmt. Interessant dabei ist auch in der Diskussion um die Schleifenquantengravitation das Argument der Kritiker:

Die Beschreibung der Raumzeit als diskretes Netzwerk von Knoten bevorzuge ein Bezugssystem und widerspräche damit der speziellen Relativitätstheorie und sei eine Renaissance des Äthers der vorrelativistischen Physik.

[Agent Scullie]

Die Beobachtung (Michelson-Morley-Interferometer) war zuerst da. Daraus wurden dann die RT entwickelt.

dass das Aufstellen der SRT durch die Beobachtung motiviert war, ändert in keinster Weise etwas daran, dass in der SRT die Invarianz der Lichtgeschwindigkeit ein Postulat ist.
Deine offensichtlich zugrundegelegte Überlegung, eine Aussage brauche nicht postuliert werden, wenn sie aus der Beobachtung hervorgeht, ist falsch. Eine Theorie, die mit der Beobachtung, dass die betreffende Aussage zutrifft, übereinstimmen soll, muss diese Aussage enthalten, entweder dergestalt, dass sie aus den Postulaten der Theorie abgeleitet werden kann, oder dergestalt, dass die Aussage selbst ein Postulat der Theorie ist.


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EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Agent Scullie schrieb nach 3 Minuten und 56 Sekunden:

Mir ging es mit der Aussage darum, dass einigen hier offenbar immer noch nicht klar ist, dass man nicht einfach aus einer Laune heraus beschlossen hat, die Lichtgeschwindigkeit als "Obergrenze" festzulegen, sondern dass diese Obergrenze eine direkte Folge der Relativitätstheorien und diese widerum eine direkte Folge der Beobachtung sind,

wenn es dir darum ging, solltest du das auch sagen, und nicht etwas anderes, das damit gar nicht in Zusammenhang steht.


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EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Agent Scullie schrieb nach 7 Minuten und 10 Sekunden:

Diesen Äther gibt es nicht, das stimmt. Interessant dabei ist auch in der Diskussion um die Schleifenquantengravitation das Argument der Kritiker:

zunächst einmal steht nicht fest, ob die LQG zu einem bevorzugten Bezugssystem führt. Diejenigen, die die Ansicht vertreten, dass sie das nicht tue, begründen das damit, dass die Spinnetzwerk nicht in einem vorgegebenen Raum existiert, sondern den Raum selbst erst definiert.

Unabhängig davon widerlegen alljene Experimente, die die SRT bestätigen, nicht die Existenz eines bevorzugten Bezugssystems. Man könnte die SRT durch eine Theorie mit bevorzugtem Bezugssystem ersetzen, ohne dass ein Widerspruch zu irgendeiner Beobachtung entstehen würde. Die bisherigen Beobachtungen schließen ein bevorzugtes Bezugssystem nicht aus, sie erfordern nur keines.

[Cordess]

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.

Erstmal danke an alle.

Aber letzten endes bedeutet dies dann, daß der Fehler im Maßsystem für die Geschwindigkeit steckt.

Hätte man ein Maßsystem für die Geschwindigkeit, in der die Zeit nicht drinsteckt, dann wäre die Geschwindigkeitsdifferenz mit meinem Raumschiff zum Licht nicht mehr so groß, wie die Differenz vom Ursprungsplanet zum Licht.

Jetzt gibt es natürlich kein Maßsystem für die Geschwindigkeit ohne Zeitangabe, also bräuchte man so etwas wie ein universelles im ganzen Universum gültiges Zeitmaßsystem oder eben eine Korrekturformel zum Zeitmaß, daß diese Bezugssystemabweichungen auf eine universal gültige Zeiteinheit normalisiert.
Hat man in der Physik nach der Einführung der ART überhaupt schonmal versucht, so ein Zeitmaßsystem oder Korrekturformel zu entwickeln?

[Agent Scullie]

Aber letzten endes bedeutet dies dann, daß der Fehler im Maßsystem für die Geschwindigkeit steckt.

Hätte man ein Maßsystem für die Geschwindigkeit, in der die Zeit nicht drinsteckt, dann wäre die Geschwindigkeitsdifferenz mit meinem Raumschiff zum Licht nicht mehr so groß, wie die Differenz vom Ursprungsplanet zum Licht.

Jetzt gibt es natürlich kein Maßsystem für die Geschwindigkeit ohne Zeitangabe, also bräuchte man so etwas wie ein universelles im ganzen Universum gültiges Zeitmaßsystem oder eben eine Korrekturformel zum Zeitmaß, daß diese Bezugssystemabweichungen auf eine universal gültige Zeiteinheit normalisiert.

was du da beschreibst ist eine Theorie mit bevorzugtem Bezugssystem, das eine absolute Zeit und eine absolute Gleichzeitigkeit auszeichnet.

Hat man in der Physik nach der Einführung der ART überhaupt schonmal versucht, so ein Zeitmaßsystem oder Korrekturformel zu entwickeln?

man kann die SRT wie auch die ART durch Einführung eines bevorzugten Bezugssystems modifizieren. Solange aber kein Verfahren bekannt ist, die Bordzeit eines Raumschiffes mit der resultierenden absoluten Zeit zu synchronisieren, hat das aber keine messbaren oder technisch nutzbaren Auswirkungen. Die Situation wäre dann wie in der Vorgängertheorie der SRT, der Lorentzschen Äthertheorie: in der stellt das Ruhsystem des Äthers ein solches bevorzugtes System dar, jedoch ist es nicht möglich, die Relativbewegung zum Äther zu messen, so dass man nicht feststellen kann, welche Bezugssystem das bevorzugte ist.

Es sollte auch nicht unerwähnt bleiben, dass die Vorstellung einer absoluten Zeit der RT-Philosophie von der Gleichberechtigung aller Inertialsysteme widersprechen würde.

Mehr zum Thema bevorzugtes Bezugssystem und FTL-Antriebskonzepte findest du hier:

http://www.scifi-forum.de/science-fiction/scifi-allgemein/46155-sammel-thread-f-r-ftl-antriebe-verschiedenen-scifi-universen-6.html#post1927551

http://www.scifi-forum.de/science-fiction/scifi-allgemein/53837-physik-vs-science-fiction-4.html#post2035538