Relativitätstheorie belegen?
Auf Deutsch wenns geht
6 Antworten
Hallo TSSRobi,
natürlich auf Deutsch, schließlich ist das hier ja auch eine deutschsprachige Plattform. Natürlich verstehe ich, was Du meinst, und ich werde mich so allgemeinverständlich ausdrücken wie möglich.
Vorab: Was heißt „belegen“?Wie bei jeder naturwissenschaftlichen Theorie heißt „belegen“, dass man ihre Aussagen und Vorhersagen überprüft. Wenn es zu einer und derselben Sache mehrere unterschiedliche Theorien gibt, die sich anhand der Voraussagen unterscheiden, kann man zwischen ihnen entscheiden.
Dabei heißt „belegen“ mitnichten „beweisen“. Beweisen kann man nur, dass eine naturwissenschaftliche Theorie in sich konsistent ist.
Eine Theorie, die den Namen verdient, muss nach POPPER falsifizierbar sein, also experimentell widerlegt werden können. Das heißt nicht zwangsläufig, dass sie je tatsächlich widerlegt wird, sondern, dass sie Aussagen macht, mit denen sie sich weit genug „aus dem Fenster lehnt“, um sie anhand dieser Aussage dann widerlegen zu können, wenn sie nicht stimmen sollte.
Als Beleg gilt dann sozusagen ein misslungener Falsifikationsversuch. Dabei ist unerheblich, ob der Experimentator die Theorie tatsächlich widerlegen oder doch belegen wollte. Der Versuch muss nur geeignet sein, eine falsche Vorhersage der Theorie auch zu erkennen.
OCKHAMs RasiermesserGrundsätzlich können auch mehrere konkurrierende Theorien gleichwertig sein, weil sie dieselben Vorhersagen machen. Dennoch wird man sich dann für diejenige entscheiden, die weniger Voraussetzungen hat. Dieses Auswahlkriterium stellte schon William von OCKHAM (Vorbild für William von Baskerville in „der Name der Rose“) im 13. Jhd. auf. Bildlich gesprochen soll der Wildwuchs wegrasiert werden, um der Theorie eine klare Struktur zu geben.
Äthertheorie und Spezielle RelativitätstheorieNach der alten Äthertheorie beispielsweise sollte sich das Licht relativ zu einer Supersubstanz namens Weltäther mit c bewegen.
Für einen Beobachter, der sich selbst mit einer Geschwindigkeit v› (Geschwindigkeit ist ein Vektor, eine Größe mit Richtung) relativ zum Äther bewegt, „strömt“ der Äther ja mit –v›, und diese Geschwindigkeit sollte sich zu der Geschwindigkeit ¢› eines Licht- oder Funksignals addieren (vektoriell natürlich, stell Dir aneinander gehängte Pfeile vor, oder schreib v› und ¢› als Zahlentripel).
Deshalb sollte man die eigene Geschwindigkeit relativ zum Äther durch Vergleiche der Lichtgeschwindigkeit in verschiedene Richtungen bestimmen können, wenn man nur genau genug misst. Genau das haben MICHELSON und MORLEY u.a. 1887 versucht (das Experiment wird kurz MMX genannt) und konnten dabei keine Abweichung von GALILEIs Relativitätsprinzip feststellen, das besagt, dass die Naturgesetze für einen Beobachter in einem Labor unabhängig von dessen Geschwindigkeit ist.
Daraus konnte man nur schließen, dass sich entweder der Äther in Erdnähe genauso schnell um die Sonne bewegt wie die Erde selbst (dies widerlegt allerdings das SAGNAC-Experiment von 1913), oder etwas am Konzept nicht stimmt.
LORENTZ entwickelte im Laufe der folgenden 1½ Jahrzehnte das Konzept eines Äther, der Objekte, die sich relativ zu ihm bewegen, in Bewegungsrichtung staucht und Vorgänge verlangsamt, sodass ein Beobachter nicht merkt, ob, in welche Richtung und wie schnell sich sein Labor relativ zum Äther bewegt. Die Begriffe „Zeitdilatation“ und „Längenkontraktion“ stammen aus dieser Theorie.
Das MMX entscheidet also gegen die alte Äthertheorie und für die LET aber auch für EINSTEINs Spezielle Relativitätstheorie (SRT), deren Vorhersagen mit denen der LET übereinstimmen, die aber auf die Ätherhypothese ganz verzichtet und insbesondere auf die Unterscheidung zwischen „ruhend“ und „bewegt“ oder der „wahren“ Zeit und der „Ortszeit“, die von einer „bewegten“ Uhr gemessen wird. Somit entscheidet OCKHAMs Rasiermesser gegen die LET und zugunsten der SRT.
Die Relativität der GleichzeitigkeitEine wichtige Erkenntnis der SRT ist die schon in LORENTZ' Konzept enthaltene Relativität der Gleichzeitigkeit zweier räumlich getrennter Ereignisse.
Um das zu verstehen, stell Dir 3 Raumfahrzeuge S₁, S₂ und S₃ vor, die im jeweiligen Abstand d auf einer Linie liegen; Du bist auf S₂.
Zu einem Zeitpunkt t₂=0 bekommst Du von S₁ und S₃ je ein Funksignal. Das braucht natürlich Zeit, und deshalb müssen die Signale bei t₁=t₃=–d/c abgeschickt worden sein (c ist der Betrag der Lichtgeschwindigkeit).
Dies ist allerdings nur eine mögliche Interpretation, die darauf beruht, dass Du S₁, S₂ und S₃ als „ruhend“ ansiehst. Ebenso gut kannst Du sie aber als Convoy betrachten, der sich mit v bewegt (z.B. an einem weiteren Raumfahrzeug S' vorbei), wobei S₁ ganz vorn und S₃ hinten liegt.
Nach dieser Interpretation muss Dich das Signal von S₃ mit der Differenzgeschwindigkeit c–v einholen, braucht also länger, dem Signal von S₁ kommst Du entgegen, sodass sich c+v als Differenzgeschwindigkeit ergibt, sodass S₃ sein Signal früher losgeschickt haben muss als S₁. Durch weitere Überlegungen kommt man auf t₃'=–(d·K)/c und t₁'=–(d/K)/c, wobei
(1) K = √{(c + v)/(c – v)}
der sogenannte BONDI-Faktor ist. K ist auch der DOPPLER-Faktor, um den sich die Wellenlänge eines Signals streckt [staucht], wenn sich die Quelle mit v von Dir entfernt [sich die Quelle mit v Dir nähert] bzw. umgekehrt. Mit dieser Streckung [Stauchung] der Wellenlänge geht eine scheinbare Zeitlupe [ein scheinbarer Zeitraffer] einher.
Bei einer angenommenen Bewegung in die entgegengesetzte Richtung, also mit –v gilt natürlich das genaue Gegenteil, t₃"=–(d/K)/c und t₁"=–(d·K)/c.
An dem, was Du siehst bzw. welches Signal Du wann erhältst, ändert sich nichts.
Es ist üblich, „Zeitdilatation, Längenkontraktion und Relativität der Gleichzeitigkeit“ als eine Art Troika der „relativistischen Effekte“ zu betrachten. Wenn man genauer nachdenkt, kommt man zu dem Schluss, dass die Relativität der Gleichzeitigkeit „Zeitdilatation“ und „Längenkontraktion“ ersetzt.
Es wäre immer schon möglich gewesen, Raum und Zeit zu einem Ganzen zusammenzufassen, und schon angesichts von GALILEIs Relativitätsprinzip ist es sinnvoll. Schließlich ist „Ort“ zu unterschiedlichen Zeiten gar nicht klar definiert. Trinkst Du auf S₂ in der Zeit Δt einen Kaffee, ist es Interpretationssache, wie weit erster und letzter Schluck der Tasse auseinander liegen. Betrachtest Du S₂ als ruhend, ist das am selben Ort, betrachtest Du S' als ruhend, liegen sie um v·Δt' auseinander, wobei Δt'≈Δt ist, solange nur v nicht zu groß ist. Genauer ist
(2) Δt' = Δt·γ = Δt·½(K + (1/K)) = Δt/√{1 – (v/c)²}.
Angesichts der SRT lassen sich Raum und Zeit überhaupt nicht mehr trennen. Sie sind, wohl bemerkt, nicht dasselbe, die Zeit ist keine vierte Raumdimension, sondern nimmt schon noch eine Sonderstellung ein. Es ist aber nicht mehr Zeit gleich Zeit, sondern entlang der Zeitrichtung von S' dauert z.B. Dein Kaffeetrinken etwas länger als entlang Deiner eigenen.
Das heißt übrigens nicht, dass es länger aussähe. Wenn Du den Kaffee trinkst, während Du und S' noch aufeinander zu kommt, würde man dies von S' aus sogar im Zeitraffer sehen! Allerdings muss man ja berücksichtigen, dass Du den ersten Schluck weiter entfernt eingenommen hast und das entsprechende Signal wesentlich „älter“ ist als das für den letzten Schluck der Tasse.
MINKOWSIs Abstand und was hinter „Zeitdilatation“ und „Längenkontraktion“ wirklich stecktIn der Raumzeit gibt es zwischen zwei Ereignissen ein absolutes Abstandsmaß
(3.1) Δτ = √{Δt² – (Δs/c)²} = √{Δt² – (Δx/c)² – (Δy/c)² – (Δz/c)²} (Δs ≤ cΔt)
bzw.
(3.2) Δς = √{Δs² – (Δt·c)²} = √{Δx² + Δy² + Δz² – (Δt·c)²} (Δs ≥ cΔt),
eine Erkenntnis, die wir EINSTEINs vormaligem Mathematikprofessor MINKOWSKI verdanken.
Wenn Du die Zeit eines entfernten Ereignisses nach Deiner Uhr ermittelst, berechnest Du eigentlich, welche Uhrzeit auf dieser Uhr mit dem Ereignis gleichzeitig war. Du projizierst also quasi das Ereignis auf Deine Zeitachse. Die „Zeitdilatation“ ist also eigenlich kein gewalttätiges „Auseinanderzerren“, sondern eine ganz friedliche Projektion. Ähnlich ist die „Längenkontraktion“ kein gewalttätiges „Zusammenpressen“, sondern du misst die Länge sozusagen schräg. Ich nenne das gern einen Schrägschnitt durch die „Weltwurst“ eines Objekts, hier S', denn wenn Du eine Salami schräg statt genau quer schneidest, wundert sich kein Mensch darüber, dass Du eine längere Schnittfläche bekommst. Niemand würde das „Breitendilatation“ nennen.
Noch ein BelegFür einen Körper, der die Strecke Δs von A nach B in der „Koordinatenzeit“ Δt (die von einer in A oder B postierten Uhr gemessene Zeit) zurücklegt, sagt die SRT also voraus, dass seine Eigenzeit Δτ (die von einer mitgeführten Uhr gemessene Zeit) deutlich kürzer ist. Nun gibt es natürliche „Uhren“ in Form eines Schwarms von instabilen Teilchen - z.B. Myonen. Das sind „schwere Elektronen“ (ihre Masse ist 200 Mal größer), und sie zerfallen schnell. In der Stratosphäre entstehen Myonen als sekundäre kosmische Strahlung und schaffen es in der Zahl zur Erde, welche die SRT vorhersagt. Anderenfalls müssten es viel weniger sein.
Masse als EnergiePraktisch Jeder kennt die berühmte Formel E=mc², die EINSTEIN im Zuge der Entwicklung der SRT fand. Die Formel sagt eigentlich nicht viel anderes aus, als dass Masse Energie ist. Das Schöne ist: Noch vor EINSTEIN hatte HASENÖHRL gefunden, dass die in einem Hohlraum gespeicherte (Strahlungs-)Energie zur Masse beitragen muss, wobei er das Verhältnis zwischen Masse und Energiemenge unterschätzt hat. Die Idee war also gar nicht nur aus einer einzigen Quelle.
Massendefekt als BelegBei Nuklearreaktionen sind die Produkte signifikant „leichter“ als die Edukte; so hat ein ⁴He-Kern etwas weniger Masse als 4 Protonen, obwohl er Neutronen enthält und diese an sich etwas „schwerer“ sind als Protonen. Diese Masse mal c² ist gerade die Energie, die bei der Kernfusion frei wird.
Grundzüge der Allgemeinen RTDie ART beschreibt Gravitation als Krümmung der Raumzeit. Mit Krümmung ist gemeint, dass man den Begriff der Geraden zu dem einer Geodätischen verallgemeinern muss.
Als Modellbeispiel kann eine Kugeloberfläche gelten. Läuft man dort „geradeaus“, so läuft man eigentlich einen Großkreis entlang. Bleiben wir auf der Kugeloberfläche: Wenn zwei Fahrzeuge parallel starten und „geradeaus“ fahren, nähern sie sich einander. In einer echt planen Ebene würden sie parallel bleiben.
So ähnlich muss man sich die Krümmung der Raumzeit vorstellen, nicht etwa durch eine Eindellung nach „unten“ wie in einem beliebten „Erklärungs“modell. Überhaupt hat „Krümmung“ nichts mit irgendwelchen Zusatzdimensionen zu tun, sondern nur um die Eigenschaften der Raumzeit (bzw., im Modell, der Fläche) in sich. Dieses Konzept der inneren Krümmung geht auf GAUSS und RIEMANN zurück.
Belege für die ARTDie ART sagt eine Brechung des Lichtes durch Gravitationsfelder voraus, und zwar doppelt so stark wie es das NEWTONsche Modell voraussagt. Und genau das wurde durch EDDINGTON 1919 bestätigt, durch Beobachtungen während einer totalen Sonnenfinsternis.
Die ART sagt voraus, dass elliptische Bahnen von Planeten etc. nicht genau schließen und so eine Rosettenbahn entsteht (Periheldrehung). Die Merkurbahn weist genau diese Abweichung von der Ellipsenbahn auf.
Die ART sagt auch Gravitationswellen voraus. Interessanterweise glaubte EINSTEIN nicht daran, dass diese jemals gefunden werden, weil sie so schwach sind. Mittlerweile kann man so genau messen, dass man Gravitationswellen detektieren kann.
Es wird als beleg angegeben , das ein Lichtstrahl ,in einem sich bewegenden Objekt von einem Spiegel schräg zurűckommt, wenn er senkrecht auf den Spiegel abgegeben wird.( von der Seite betrachtet)
Er braucht dann einen Längeren Weg bis er wieder am Ausgang Punkt ankommt. Da er nicht schneller wird , muss die Zeit langsamer sein.....
Fragen : Wie kann ein Lichtstrahl schräg reflektiert werden , wenn er senkrecht abgegeben wird ? ( einfall gleich ausfallwinkel)
Und wie kann sich die vorwärts Geschwindigkeit des Objektes mit der Aufwärtsgeschwindigkeit des Photons in eine Schrägrichtung űberlagern, wenn Photonen keine Masse haben?
Wie rechne ich , wenn ich den Versuch von hinter oder vorne , statt von der Seite betrachte? Dann seh ich nur eine auf und ab Bewegung. ...der zeit effekte muss doch trotzdem berechenbar sein.
Belege....
Das Grundprinzip der Relativitätstheorie, ist, dass alle Naturgesetze für den bewegten Beobachter gleich sind wie für den ruhenden. Ob du ruhst oder in Bewegung bist, ist gar nicht absolut definiert. Deshalb scheint mir die Sache mit dem Spiegel seltsam.
Was es aber gibt: Wenn ein Beobachter sehr schnell an einem Spiegel (oder an einem Haus) vorbei fährt, dann scheint sich der Spiegel (oder das Haus) zu drehen. Das nennt man Aberration des Lichtes.
Ich weiß, was gemeint ist, der Beitrag soll die spezielle Relativitätstheorie erläutern. In einem Raumschiff wird ein Lichtstrahl quer hin und her gesendet. Je schneller sich das Raumschiff vorwärts bewegt, desto länger wird der Weg für das Licht, die Hin- und Her-Bewegung wird zum schrägen Zickzack.
Durch den längeren Weg müsste das Licht nun mehr Zeit benötigen, die Hin- und Her-Bewegung müsste sich also verlangsamen. Bekanntlich ist aber die Lichtgeschwindigkeit absolut und in jedem Bezugssystem immer gleich, egal wie schnell sich das Raumschiff bewegt. Also muss der relative Raum schrumpfen und die relative Zeit sich dehnen.
Fragen : Wie kann ein Lichtstrahl schräg reflektiert werden , wenn er senkrecht abgegeben wird ? ( einfall gleich ausfallwinkel)
Das Signal wird relativ zu seiner Quelle S genau in Quer-Richtung abgegeben, in Komponenten-Schreibweise
u›_ph = (0|c).
Man vergleiche das mit einem mit
u›_pr = (0|u)
abgefeuerten Projektil.
Bezogen auf einen Bezugspunkt, relativ zu dem sich S mit
v›_S = (v|0)
bewegt, ,,erben" Lichtsignal wie Projektil dieses v›_S. Für das Gesamt-Tempo gilt in beiden Fällen der PYTHAGORAS. Der Unterschied liegt darin, dass wegen u<<c u noch ganz im Additions-Bereich liegt und deshalb
w›_pr = (v|u)
|w›_pr| = √{v² + u²}
ist. Genau das kommt für das Lichtsignal nicht in Frage, weil
|w›_ph| ≡c
sein muss. Also muss
w›_ph = (v|√{c²–v²})
sein.
Es wird als beleg angegeben , das ein Lichtstrahl ,in einem sich bewegenden Objekt von einem Spiegel schräg zurűckommt, wenn er senkrecht auf den Spiegel abgegeben wird.( von der Seite betrachtet).
Ich weiß, was Du meinst, und habe es in einem anderen Kommentar präzisiert. Das wird aber nicht als Beleg angenommen, sondern ist auf der Grundlage des Relativitätsprinzips die Motivation für den LORENTZ-Faktor
γ = 1/√{1 – v²/c²} .
Als frühen Beleg kann man das MICHELSON - MORLEY Experiment bzw. dessen Ausgang nehmen: Man hatte versucht, die Bewegung der Erde relativ zum hypothetischen Äther interferometrisch nachzuweisen und hatte nichts gefunden. Man kann auch sagen: Man fand keine Abweichung vom Relativitätsprinzip.
Für die Allgemeine Relativitätstheorie kann man EDDINGTONs Beobachtung von 1919 ansehen, da die Lichtablenkung durch die Masse der Sonne genauso ausfiel wie von der ART vorausgesagt.
ein aktueller Beleg wäre z.B. die GPS-Technologie. Man hat herausgefunden, daß die Zeitmessung technisch/mathematisch nachsynchronisiert werden muß, da die Zeit im Satelliten schneller vergeht als an der Erdoberfläche (aufgrund des Gravitationseffekts der Erde). Ohne die mathematische Nachbesserung würde die Genauigkeit des GPS um einige Meter nachlassen.
hier wird das gut erklärt:
Gravitationsfeld: 45 Mikrosekunden pro Tag schneller im Satelliten
Bewegung: 7 Mikrosekunden pro Tag langsamer im Satelliten.
macht insgesamt eine schneller vergehende Zeit von 38 Mikrosekunden pro Tag im Satelliten.
Musste lachen....die Sateliten Uhren geben die zeit auf Mikrosekunden genau an, Űbermitteln sie aber nur ETWA alle 12 1/2 Minuten.
Wenn ich nicht weis wann genau ein Signal ab geschickt wurde dann weis ich auch nicht wie lang es zu mir unterwegs war .
Sie können es anscheinend nicht alle 12 minuten und 3,12345 sekunden genau schicken .
Das mit der Gravitation kann ich glauben. Sie ist eine Messbare Kraft .
Die Uhren werden durch Atomschwingungen getacktet. Diese Schwingung kann im Gravitationsfeld abweichen,weil eine Kraft auf sie wirkt.
Die ZEIT an sich ändert sich aber nicht , nur unsere Menschlichen mechanischen Uhren laufen nicht mehr richtig
Mann műsste die Halbwertzeit der Atome messen, die Műsste ja bei schnellen Objekten oder anderer Gravitation anders sein.
Die ZEIT an sich ändert sich aber nicht , nur unsere Menschlichen mechanischen Uhren laufen nicht mehr richtig
"menschliche" Uhren.... (lol).
Auserdem ist deine Aussage falsch, da die Zeit im inneren langsamer vergehen soll. ( Zwillingsbruder paradoxon)
Welche Aussage meinst Du genau?
Wenn ich nicht weis wann genau ein Signal ab geschickt wurde dann weis ich auch nicht wie lang es zu mir unterwegs war.
Genau das ist übrigens der Punkt. Statt dieses blöde Wort 'Zeitdilatation' zu benutzen, sollteman besser die Relativität der Gleichzeitigkeit beleuchten.
Wenn Du von einer Quelle ein Signal bekommst, die auf Dich zu kommt und die Du auch sehen und deren Entfernung bestimmen kannst, so stehen Dir u.a. zwei Interpretationsmöglichkeiten offen:
- Du bewegst Dich drauf zu; dadurch kommt Dir die Signalquelle weiter entfernt vor als sie ist (Aberration), und das Signal ist folglich noch gar nicht so alt, wie man ,,naiv" ausrechnen würde.
- Die Signalquelle bewegt sich auf Dich zu und muss folglich bei Absendung des Signals genauso weit weg gewesen sein wie es zu diesem Zeitpunkt aussah. Dementsprechend alt ist das Signal.
Die Relativität der Gleichzeitigkeit ersetzt die Konzepte ,,Zeitdilatation" und ,,Längenkontraktion", auch wenn es in Lehrbüchern anders steht.
Der Satellit ist weiter von der Erde weg und ist so weniger Schwerkraft ausgesetzt.
Kaum weniger, aber das ist auch nicht der Punkt. Es kommt nicht auf die Gravitationsfeldstärke
g› = –1r›·GM/r²
(1r› ist ein Pfeil, der vom Schwerpunkt weg zeigt, G die Gravitationskonstante und M die Erdmasse), sondern auf das Gravitationspotential
Φ = –GM/r
an. Selbst in einem homogenen Gravitationsfeld konstanter Stärke
g› = –1z›·g
würde eine in der Höhe z=h befindliche Uhr schneller laufen als eine Uhr auf z=0, und zwar um den Faktor (1+gh/c²).
Mann műsste die Halbwertzeit der Atome messen, die Műsste ja bei schnellen Objekten oder anderer Gravitation anders sein.
So ist es auch. Genauer sind das Myonen, massereiche und kurzlebige Verwandte der Elektronen. Sie entstehen in 20km Höhe und sollten in wesentlich geringerer Anzahl den Boden erreichen, als sie es tatsächlich tun.
Wenn die Zeit nicht relativ wäre, würde das einigen Beobachtungen widersprechen.
Das gleiche für Raumstrecken, Energiemengen, Massen,
Und: man kriegt nichts schneller als Lichtgeschwindigkeit im Vakuum.
Ich gehe mal von der Allgemeinen Relativitätstheorie aus.
Durch Masse wird der Raum gekrümmt, was sich wiederum als Gravitation bemerkbar macht. Lichtstrahlen, die nahe an einem Himmelskörper vorbeilaufen, machen die Krümmung des Raumes mit und werden abgelenkt (gebogen). Diesen Effekt haben Astronomen schon vor bald 100 Jahren nachgewiesen.
https://diepresse.com/home/science/483228/Relativitaetstheorie-wurde-vor-90-Jahren-bestaetigt
Ich habe nur geschrieben, dass die Ablenkung des Lichtes nachgewiesen wurde. Weiteres ist dem Link zu entnehmen.
Das stimmt nicht. „Theorie“ heißt nicht „Vermutung“ oder „Hypothese“, sondern weit mehr.
Durch Masse wird der Raum gekrümmt, was sich wiederum als Gravitation bemerkbar macht.
Die Raumzeit wird gekrümmt. Damit muss noch keine merkliche Krümmung des Raumes einhergehen.
So ist es, und in diesem Raum-Zeit -Gefüge haben relativ zueinander bewegte Beobachter unterschiedliche zeitliche Vorwärtsrichtungen, und der Takt der eigenen Uhr ist längs der Zeitrichtung des jeweils anderen länger.
Das muss aber nicht an der Geschwindigkeit des Sateliten liegen.
Zeit soll auch in Abhängigkeit der Gravitation sein. Der Satellit ist weiter von der Erde weg und ist so weniger Schwerkraft ausgesetzt
Auserdem ist deine Aussage falsch, da die Zeit im inneren langsamer vergehen soll. ( Zwillingsbruder paradoxon)
Noch ist es eine Theorie ....wenn er sie belegt ist es Fakt....