Ist ein Photon überall, wo es sein kann, gleichzeitig?
Die Relativitätstheorie besagt ja:
Je näher etwas der Lichtgeschwindigkeit kommt, desto langsamer vergeht seine Zeit (von außen betrachtet), bzw. umso schneller vergeht die Zeit um das bewegte Etwas herum.
Da Photonen ja mit absoluter Lichtgeschwindigkeit fliegen, müsste ihre Zeit „von außen betrachtet“ (könnte man sie wie ein Objekt sehen) stillstehen.
Und aus Perspektive der Photonen müsste die Zeit (von ALLEM um sie herum) unendlich schnell vergehen.
Dementsprechend müsste das Photon aus seiner Perspektive an allen Orten, an denen es (von außen gesehen) lang geflogen ist, gleichzeitig sein.
Aber ist das tatsächlich so ??
Kann ich mir kaum vorstellen.. andererseits finde ich auch keinen Denkfehler.
Wie dem auch sei, ich hoffe dass ein Physiker oder sonst wer mit viel Kenntissen in dem Gebiet auf die Frage stößt und meine Verwirrung auflösen kann.Ich freue mich über jede Antwort!
LG Xentox
6 Antworten
Der Denkfehler: Es gibt kein Koordinaensystem, das sich mit LG bewegt . Denn wie du ja weißt, beruht die RT auf der Annahme, dass die LG für alle Beobachter gleich ist. Dem gemäß müsste sich ein Photon relativ zu sich selbst mit LG bewegen; Widerspruch .
Oha! Den Widerspruch kann ich jetzt verstehen, ich kenne die RT nicht so gut, aber es erscheint mir jetzt auch einleuchtend.
Allerdings ist es auch ein bisschen schade, dass damit auch nur die theoretische Existenz dieser Situation unmöglich gemacht wird. Die Dinge, welche dahinter gesteckt hätten, wären so wunderbar absurd gewesen.
WENN irgendeiner das verstanden hat, dann ja wohl ich . Du siehst das bereits in einem beschleunigten Bezugssystem, wo der Gang einer Uhr von ihrer " Höhe " im Gravitationspotenzial abhängt . So bald du nun wieder den Fuß vom Gas nimmst, sind doch sämtliche Uhren außer Tritt; es ist ein frommer Irrglaube, die Konstanz der LG würde sich von Selber einstellen . Du musst sie erst wieder " machen "
Im Grunde genommen handelt es sich um weiter nichts, als dass alle drei W W ; der EM , starke und schwache Krnkraft symmetrisch sind unter der Lorentzgruppe . Sonst würde doch keiner sowas benutzen .
Dann in der ART gibt Einstein sogar eine explizite Formel für die Größe der LG als Funktion von Ort und Zeit an .
Warum bin ich eigentlich Gilgsmesch der ===> Wanderer ferner Wege ? während meines Promotionsstudiums fiel mir ein schlaues Buch in die Hand .
1925 montierte Michelson sein Interferometer auf ein Teufelsrad; selbstverständlich ergibt sich mit zunehmender Drehzahl eine Phasenverschiebung . Ausreichende Länge der beiden Interferometerarme voraus gesetzt, gelang es Michelson sogar, mit seinem Interferometer die Erdrotation nachzuweisen .
In einem Lichtleiter wird ein Strahl in westlicher Richtung geführt, der zweite in östlicher . Selbstverständlich ist der östlche schneller .
Ich finde die Begründung schon pfiffig: Wenn die Geschwindigkeit eines Photons in allen Bezugssystemen c ist, dann müsste sie auch im Bezugssystem des Photons (also dort, wo das Photon ruht, und man sich gedanklich auf seinen Rücken setzt) c sein. Es gibt halt nur kein solches Bezugssystem, in dem das Photon ruht - denn es bewegt sich ja in jedem Bezugssystem mit c. Sonst würde es sowohl ruhen als sich auch mit c bewegen.
Das ist eine Frage, die sich nicht beantworten läßt, da sie zwei unterschiedliche Bereiche der Physik betrifft. Die Relativitätstheorie ist eine Theorie der klassischen Physik, wohingegen die Physik des Photons der Quantenphysik zugeordnet wird. Daher ergibt die Frage, wie die Zeit für ein Photon vergeht, keinen Sinn, da die Relativitätstheorie das nicht erklären kann.
====> Gerhart Polt gab einmal im Interview an, bei der berühmten Klamotte
" Nikolausi; Osterhasi "
handle es sich um weiter nichts als das wörtliche Zitat von autentisch Erlebtem, das ihm in einem Ladengeschäft begegnet sei.
Frei nach ===> Karl Valentin . Anlässlich eines Urlaubsaufenthalts im " Wald " begegnete auch ich in einem Ladengeschäft einer Dame
" Hunderl; heißt du Waldi? "
" Naa; soo haaßt der neeet . Außerdem deerfets ' n neet frang . Weil selbst wanner so hoaßa daat . er kunnt 's eana ja neet song ... "
Genau so hier; ein Experiment ist immer eine Frage an die Natur . Aber du kannst doch unmöglich ein Photon nach seinen Erfahrungen und Erlebnissen befragen; weil es kann oder wird dir nie darüber berichten ...
Im Übrigen hab ich mir mal sagen lassen: Als ===> Bosonen sind Photonen ununterscheidbar; ihnen ermangelt jegliche Individualität - die Grundlage für jegliche Interferenz .
Da sie wie gesagt keine Individualität besitzen; wie sollte ihnen ein persönliches historisches Bewusstsein zukommen?
Und aus Perspektive der Photonen....
"aus der perspektive von" bedeutet eigentlich "im ruhesystem von".
und photonen haben kein ruhesystem, also sind solche aussagen sinnlos.
Die Relativitätstheorie besagt ja:
Je näher etwas der Lichtgeschwindigkeit kommt,…
Hier musst Du unbedingt ergänzen: Relativ zu einem gegebenen Bezugspunkt O. Bewegung ist relativ. Laut Galileis Relativitätsprinzip - auf dem die Relativitätstheorie beruht - sind die Gesetze der Physik unabhängig davon, ob man O oder einen relativ zu O mit konstanter Geschwindigkeit |v› bewegten Punkt O' als Bezugspunkt verwendet und mithin als ruhend ansieht.
…desto langsamer vergeht seine Zeit (von außen betrachtet),…
Auf „innen“ und „außen“ kommt es hier natürlich nicht an. Ein Bezugssystem ist keine Kiste, innerhalb oder außerhalb derer man sich befinden könnte. Es kommt darauf an, mit welcher Geschwindigkeit sich Beobachter und Objekt relativ zueinander bewegen.
Das „langsamer-vergehen“ der Zeit um den Lorentz-Faktor
(1) γ·:= 1/√{1 – (v/c)²}
ist eigentlich nur ein Nebeneffekt der Relativität der Gleichzeitigkeit.
Angenommen, Du gleitest mit einem Raumschiff mit (v¦0|0) oder einfach v an drei in gleichem Abstand voneinander gelegenen Raumstationen RS₁, RS₂ und RS₃ vorbei.
Nun kannst Du die Raumstationen bzw. das mit ihnen verbundene Koordinatensystem Σ als ruhend aufassen. Du kannst aber auch Dich als ruhend aufassen, respektive auch Dein Ruhesystem Σ'. Die Umrechnung erfolgt durch die Lorentz-Transformation
(2.0) Δt' = γ(Δt − v·Δx/c²)
(2.1) Δx' = γ(Δx − v·Δt),
wobei (2.1) sich schon aus der Definition von Σ' ergibt; entscheidend und der entscheidende Unterschied zur Newton'schen Mechanik besteht in (2.0), und wir sehen, dass Δt' nicht nur von Δt, sondern auch von Δx abhängt.
Nehmen wir also an, In dem Moment, in dem Du an RS₂ vorbei kommst, erhältst Du - und RS₂ - eine Funknachricht von RS₁ und RS₃.
Wenn Du jetzt die Raumstationen als ruhend ansiehst, müssen RS₁ und RS₃ die Signale gleichzeitig abgesetzt haben.
Siehst Du hingegen Dich selbst als ruhend an und betrachtest die Raumstationen als eine Art Convoy, der mit -v an Dir vorbei zieht, so muss RS₃ beim Senden noch weiter entfernt gewesen sein und daher früher gesendet haben.
Im Übrigen erhältst Du die Nachricht von RS₁ rot- die von RS₃ dagegen blauverschoben. Du würdest also RS₃ in jedem Fall im Zeitraffer sehen, obwohl, egal, ob Du Dich selbst als ruhend betrachtest und die Uhren der Raumstationen daher als verlangsamt, oder umgekehrt.
…bzw. umso schneller vergeht die Zeit um das bewegte Etwas herum.
Das ist irreührend formuliert. Es ist, wie gesagt, Interpretationssache, wer hier „ruhend“ ist und wer „bewegt“, also auch, wessen Uhr langsamer und wessen schneller läuft. Die Relativität der Gleichzeitigkeit macht's möglich.
Kein Mensch würde es paradox finden, dass, wenn zwei Autofahrer mit gleichem Tempo u in einem Winkel φ auseinander fahren, jeder der beiden hinter den anderen zurückfällt, an dessen Vorwärtsrichtung gemessen, weil er nur mit u·cos(φ) in diese Richtung fährt.
Der Unterschied besteht darin, dass hier, anders als bei einer räumlichen Drehung, die Hyperbelfunktionen anstelle der trigonometrischen Funktionen treten. An die Stelle eines Winkels tritt hier die Rapidität ς, mit
(3.1) v = c·tanh(ς)
(3.2) γv = c·sinh(ς)
(3.3) γ = cosh(ς).
Schließlich ist hier ein bestimmtes Tempo, nämlich c, ausgezeichnet. Das Schaubild stellt diese Situation in sogenannten Minkowski-Diagrammen dar.
Da Photonen ja mit absoluter Lichtgeschwindigkeit fliegen, müsste ihre Zeit „von außen betrachtet“ (könnte man sie wie ein Objekt sehen) stillstehen.
Und aus Perspektive der Photonen müsste die Zeit (von ALLEM um sie herum) unendlich schnell vergehen.
So ungefähr, allerdings siehst Du schon an der „ausgearteten“ Situation („Zeit steht still“, „unendlich schnell“), dass die Perspektive des Photons - wenn Du es überhaupt als lokalisierbares Teilchen betrachtest, und dazu muss es ein Einteilchen-Zustand unscharf bestimmter Energie sein - nicht existiert.
Wenn Du an einem Photonenstrom entlang ständig beschleunigst, wird die Frequenz und die Intensität immer geringer, um asymptotisch betrachtet gleichsam zu verschwinden.
Natürlich kannst Du nicht genau c erreichen, aber
v = (1–δ)c
mit beliebig kleinem, von 0 verschiedenem δ, wobei der Lorentz-Faktor
γ ≈ 1/√{2δ}
ist. Wenn beispielsweise
δc ≈ ⅔×10⁻¹⁰c ≈ 2cm/s
ist, liegt γ in der Nähe eines Tages (0,864×10⁵) pro Sekunde. Bei so einem Tempo kannst Du den Photonenstrom, neben dem Du her fliegst, kaum mehr detektieren, es sei denn, es wäre intensive Gammastrahlung gewesen.
Es ist aber in der Tat so: Aus Deiner Perskektive legst Du dann in einer Sekunde einen Lichttag zurück.
Jetzt kommt vielleicht der Einwand, die Strecke sei dann aus Deiner Perspektive um den Lorentz-Faktor verkürzt, aber das ist dann der Fall, wenn Du Dich als ruhenden Beobachter verstehst.
Es ist auch nicht etwa so, dass die Strecke verkürzt aussähe. Im Gegenteil, denn alles kommt entsprechend schnell auf Dich zu, und Du siehst es so - und in der Entfernung, wo es zu einem früheren Zeitpunkt war.
WoW ! Du hast meine Frage nicht nur beantwortet, sondern den Gedanken noch wesentlich weiter (und umfangreicher) gedacht.
Gerade dass Geschwindigkeit immer relativ ist, hatte ich noch gar nicht bedacht.
Danke für deine Antowort! Ich dachte ja eigentlich schon die passende Antowrt gefunden zu haben, aber du hast echt nochmal was interessantes dazu beigetragen. (wobei ich die Formeln nur teilweise verstanden habe - ich muss dringend Physik studieren)
Gerade dass Geschwindigkeit immer relativ ist, hatte ich noch gar nicht bedacht.
Das ist die Quintessenz von Galileis Physik. Die Relativitätstheorie ist deren Anwendung auf die Elektrodynamik.
Ja das ist tatsächlich so. Aber um das Verständnis zu verbessern hier noch eine Erläuterung.
Nicht nur die Zeit ändert sich sondern auch die Länge. Ein bewegtes Objekt ist kürzer. Wenn du mit Lichtgeschwindigkeit fliegst und die ganze Welt an dir vorbei fliegen siehst (laut Relativitätsprinzip ist ja jedes bezugssystem gleichrangig), dann siehst du jede Strecke unendlich kurz. Für das Photon selbst vergeht ja wegen des Relativitätsprinzips Zeit(nicht vergessen, dies gilt aus Perspektive des Photons. Nicht von außen). Aber dafür ist die Strecke unendlich kurz. Es kommt also eigentlich auf das selbe.
Noch ne Anmerkung: laut Quantenmechanik befindet sich das Photon ebenfalls überall. Jedoch nur solange es nicht beobachtet wird und in diesem Fall wirklich überall, nicht nur auf dem Reiseweg. Nennt man superposition. :)
Die superposition besteht bis der Quant gemessen wird. Bzw wechselwirkt. Und das macht einen Unterschied. Somit kann das Photon zB mit sich selbst interferieren und somit kann man nicht mehr sagen durch welchen Spalt es wirklich gegangen ist bzw ob es überhaupt durch einen gegangen ist. Die Annahme dass es durch einen Spalt geht ist nicht kompatibel mit der Beobachtung der Interferenz.
Generell ist das prinzip aus der QM indirekt belegbar. Von daher stimmt diese interpretation durchaus.
Superposition ist exakt das man sagt es geht durch beide spalten zugleich mit jedem einen gewissen anteil (/-an wahrscheinlichkeit). Superpositionen kann man so halt mit bsw. qubits darstellen wenns um phenomene aus der QM geht um eine gleichheit in mehreren positionen möglich zu machen.
Im Sinne der ===> Quantenlogik heißt Superposition nicht, dass es durch Spalt A UND B gleichzeitig geht . Sondern durch A ODER B .
In der klassischen Logik würde das bedeuten
( A ^ nicht B ) v ( B ^ nicht A )
E ine solche Alternative bietet die Quantemlogi nicht; " A v B " bietet durchaus keine ergänzende Aussage, ob A wahr oder falsch ist . Nach der Kopenhagener Deutung ist dies in den meisten Fällen gar nicht definiert .
Warte, ein Quant, welches beobachtet wird geht doch entweder durch spalt A oder spalt B. Wenn das in der Superposition auch so ist, wo liegt dann der Unterschied? (oder war die Superposition doch die Zustandsform eines beobachteten Quantes - könnte man ja mal verwechseln)
Was versteht man dann unter superposition? Grade das doppelspaltexxperiment belegt ja das beide Spalte genommen werden(zumindest wenn man der, sofern man das sagen kann, gängigen Interpretation folgt)
Ich lege schärfsten Protest ein; das selbst von mittelalterlichen Philosophen nie bestrittene Dogma, dass sich kein Körper zur selben Zeit an zwei verschiedenen Örtern befinden kann, wird von der QM mitnichten aufgeweicht .
Dann müsste die QM ja etwas behaupten, was sich experimentell nie beobachten lässt - absurd .
Du hast nicht im Ansatz verstanden, was mit der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit gemeint ist!