Warum sind Raum und Zeit relativ?

[Ralph]

Hallo zusammen

In der „Spezielle Relativitätstheorie“ wird beschrieben, wie sich bei hohen Geschwindigkeiten die Zeit dehnt (Zeitdilatation) und der Raum schrumpft (Lorentz-Transformation). Was vielleicht zu wenig zum Ausdruck kommt, ist die Frage nach dem Warum. Warum ist dieser Sachverhalt so, muss sogar so sein?

Bekanntlich ist die Lichtgeschwindigkeit (c) absolut, egal wo wir messen und wie schnell wir uns selber bewegen. Nehmen wir einmal an, unsere Galaxis bewege sich, relativ zu einem hinter uns liegenden Bezugspunkt, mit halber Lichtgeschwindigkeit (0.5c) durch das All. Trotzdem erhalten wir beim Nachmessen eines von diesem Bezugspunkt ausgehenden Lichtstrahls wiederum c, also die absolute Lichtgeschwindigkeit von 299’792 km/s und nicht etwa nur noch die Hälfte. Die Lichtgeschwindigkeit bleibt darum konstant, weil sich als Ausgleich eben die Zeit dehnt und der Raum schrumpft, entsprechend dem Dilatationsfaktor (für 0.5c 0.5² = 0.25).

Betrachten wir ein weiteres Beispiel. Ein Raumschiff fliegt mit annähernder Lichtgeschwindigkeit (0.95c) zu einem 10 Lichtjahre entferntem Ziel. Weil sich für die bewegte Besatzung die Zeit dehnt (Dilatationsfaktor 0.9), erreicht diese das Ziel nicht erst in gut 10 Jahren, sondern schon nach 1 Jahr, also scheinbar schneller als das Licht. Da die Lichtgeschwindigkeit aber nicht überschritten werden kann, schrumpft in Wirklichkeit mit dem gleichen Faktor der Raum, sodass das Raumschiff die ganze Entfernung mit seiner normalen Geschwindigkeit von 0.95c innerhalb eines Jahres schafft. Wohlgemerkt: Für den nicht betroffenen, „ruhenden“ Beobachter auf der Erde benötigt das Raumschiff für die besagte Distanz nach wie vor gut 10 Jahre.

Einer Erklärung bedarf auch die bei hoher Geschwindigkeit zunehmende Masse. Diese Zunahme bedeutet nicht, dass die Abmessungen bewegter Gegenstände grösser würden, sondern betrifft die Massenträgheit. Die Massenträgheit ist ja bekanntlich dafür verantwortlich, dass Masse zum Beschleunigen Zeit braucht. Wie wir wissen, verläuft jedoch die Zeit mit zunehmender Geschwindigkeit immer langsamer. Demzufolge wird beispielsweise bei einem Teilchenbeschleuniger der Geschwindigkeitszuwachs von Teilchen trotz gleich bleibender Energiezufuhr laufend kleiner, weil die zunehmende Massenträgheit wie zusätzliche Masse wirkt. Die Lichtgeschwindigkeit ist für Materie eben nur annäherungsweise erreichbar, während die aufgenommene kinetische Energie ins Unermessliche anwächst.

Ebenso wenig Erfolg, die Lichtgeschwindigkeit zu erreichen, bringt die Addition zweier hoher Geschwindigkeiten. Dazu folgendes Beispiel: Von der Erde aus schiessen wir ein Raumschiff mit einer gemessenen Geschwindigkeit (v1) von 0.75c ins All. Von diesem Raumschiff aus starten wir zusätzlich eine kleine Rakete, auch hier mit einer gemessenen Geschwindigkeit (v2) von 0.75c. Von der Erde aus messen wir für die kleine Rakete jedoch nicht total 1.5c, sondern nur 0.96c. Grund: Die verschiedenen Messungen unterliegen wiederum dem Einfluss von Zeitdehnung und Raumkontraktion, die Rechnung v1 + v2 bekommt darum eine zusätzliche Korrektur, indem das Resultat durch 1 + (v1 * v2) geteilt wird.

[Pippen]

Hallo zusammen

In der „Spezielle Relativitätstheorie“ wird beschrieben, wie sich bei hohen Geschwindigkeiten die Zeit dehnt (Zeitdilatation) und der Raum schrumpft (Lorentz-Transformation). Was vielleicht zu wenig zum Ausdruck kommt, ist die Frage nach dem Warum. Warum ist dieser Sachverhalt so, muss sogar so sein?

Zum einen ergibt sich das aus der Mathematik, die der SRT zugrundeliegt, "dass das so sein muss". Und das funktioniert insoweit als wir damit in der Praxis korrekte Prognosen über diverse Phänomene abgeben können. Mehr will moderne Physik nicht mehr leisten. Alles weitere ist (spekulative) Philosophie.

[seeker]

Hallo Ralph, erst einmal ein Willkommen!

Ja, ich denke das passt soweit, kann man so sagen.
Die Lichtgeschwindigkeit kann nach meinem Verständnis deshalb nicht überschritten werden, weil sie als Struktur das Verhältnis von Raum und Zeit regelt.
Raumzeitlich betrachtet sind Relativbewegungen maximal so möglich, dass ein 45°-Winkel erreicht wird. Aus diesem ergeben sich die sog. Lichtkegel.
Bei Null Grad bewegst du dich sozusagen nur noch durch die Zeit und gar nicht mehr durch den Raum und bei 45° bewegst du dich sozusagen nur noch durch den Raum und gar nicht mehr durch die Zeit. Weil weniger als "gar nicht mehr" nicht möglich ist, ergibt sich c als beobachtete Grenze.

Ansonsten: Du must uns einen Ansatzpunkt geben (z.B. eine Frage), damit wir eine Idee bekommen, was wir zu deinem Text schreiben sollen.

Grüße
seeker

[tomS]

In der „Spezielle Relativitätstheorie“ wird beschrieben, wie sich bei hohen Geschwindigkeiten die Zeit dehnt (Zeitdilatation) und der Raum schrumpft (Lorentz-Transformation). Was vielleicht zu wenig zum Ausdruck kommt, ist die Frage nach dem Warum. Warum ist dieser Sachverhalt so, muss sogar so sein?

Ich halte diese Formulierung für unglücklich.

Koordinaten sowie deren Lorentztransformation und Längenkontraktion sind eher Hilfskonstrukte bzw. sekundäre, indirekt abgeleitete Effekte. Direkt messbar ist die Zeitdilatation. Diese bezieht sich jedoch nicht auf "die" Zeit, sondern auf zwei verschiedene Eigenzeiten zweier verschiedener Beobachter die sich auf unterschiedlichen Weltlinien bewegen, entlang derer die jeweilige Eigenzeit unterschiedlich vergeht.

Ich habe die Mathematik dazu in einem anderen Forum beschrieben. Bitte erst mal durchlesen - anschließend können wir das gerne diskutieren.

http://www.physikerboard.de/topic,37752 ... doxon.html

Zur Frage nach dem Warum: es handelt sich um eine Eigenschaft der Geometrie der Raumzeit.

[Skeltek]

Warum sind Raum und Zeit relativ?

Raum und Zeit sind nicht realtiv. Effektiv ist nur deine Uhr mit der du die Messungen durchführst relativ.

@Yukterez:
Habe ein wenig das Gefühl dass du die Ursache mit dem Phänomen erklärst statt anders herum.
Meiner Meinung nach ist eher die Lichtgeschwindigkeit relativ.

[Siggi]

Hallo,

ich bin zwar kein "Fachmann" aber für mich erscheint es logisch zu sein, dass Raum und Zeit in gewisser Weise eine Art von Wechelbeziehung dastellen.Ohne Raum würde es ggf. auch keine Zeit geben. Ich weiss, dass ich mich jetzt selber wiederhole, aber Zeit benötigt doch ein Bezugssystem. Das haben wir durch die Bewegung von Systemen im Raum aus denen wir Zeit ableiten Die andere Frage wäre natürlich da wir auf unser eigenes Bezugssystem fixiert sind es sich auch auf andere sich bewegende Systeme übertragen lässt. ART lässt mal wieder grüssen, aber ich persönlich stehe da auf dem sog. "Schlauch" und weiss nicht weiter.

lg

Siggi

[tomS]

aber Zeit benötigt doch ein Bezugssystem

Nein, für die Eigenzeit benötigst du kein Bezugssystem

[Ralph]

Hallo zusammen

Es freut mich, dass auf meine Frage und meine eigenen Erklärungsversuche eine so rege Diskussion entstanden ist.
Mit grossem Interesse lese ich eure Beiträge!

LG Ralph

[Siggi]

@Yukterez:
Habe ein wenig das Gefühl dass du die Ursache mit dem Phänomen erklärst statt anders herum.

Unsinn. Die Invarianz von c ist das zweite Postulat. Daraus wird der Rest abgeleitet und nicht umgekehrt!

Meiner Meinung nach ist eher die Lichtgeschwindigkeit relativ.

Das ist deine Meinung zur Relativitätstheorie? Dann hattest du aber schlechte Lehrer, denn die Lichtgeschwindigkeit ist so ziemlich das Absoluteste was es überhaupt gibt.

,

Sorry Yuk...
ich muss dem widersprechen, Lichtgeschwidigkeit scheint nicht so absolut zu sein, wie es scheint. Lt. neuesten Beiträgen auf YT scheint und kann es eine Lichtgeschwindigkeit geben die sehr viel höher ist als die von Einstein bestimmte Geschwinigkeit. Wenn ich mal die Urknall-Theorie als gegeben interpretiere und nachvollziehen kann, muss es eine deutlich höhere LG gegeben haben. Man kann es ggf. mit explodierenden Sternen oder Systemen begründen, ich halte es für nicht ganz unbegründet. Gut, das Licht oder die LG hat sich beruhigt und ist auf dem uns bestimmbaren Niveau stehengeblieben.
Wäre vlt. mal einer Überlegung wert.

lgt

Siggi

[Ralph]

Ich denke auch, dass c absolut ist.

Damit das so ist, muss sich, wenn sich die Zeit verändert, gleichzeitig eben auch der Raum entsprechend verändern.
Wir merken nicht, ob wir "lange" oder "kurze " Sekunden haben oder ob wir "lange" oder "kurze" Kilometer haben, aber wenn wir c nachmessen, erhalten wir immer den gleichen Wert.

In der Diskussion fand ich folgende wichtige Bemerkung, nämlich dass Raum:Zeit immer den gleichen Wert ergibt und damit eben auch c gleich bleit.

LG Ralph

[Timm]

Einer Erklärung bedarf auch die bei hoher Geschwindigkeit zunehmende Masse. Diese Zunahme bedeutet nicht, dass die Abmessungen bewegter Gegenstände grösser würden, sondern betrifft die Massenträgheit.

Vorsicht mit dieser Vorstellung. Die "relativistische Massenzunahme", von noch gelegentlich die Rede ist, suggeriert, daß die Masse eines Objekts mit zunehmender Relativgeschwindigkeit zum Beobachter zunimmt. Stell dir vor, du würdest mit hoher Geschwindigkeit an einem Neutronenstern vorbei fliegen. Würde er dann zum Schwarzen Loch kollabieren?

Vielmehr ist die Masse als fundamentale Eigenschaft der Materie invariant, d.h. beobachterunabhängig. Was sich abhängig von der Relativgeschwindigkeit tatsächlich ändert, ist die Energie der Masse gemäß E = c*sqrt((mc²) + p²), wobei der 4-Vektor der Geschwindigkeit den Impuls p (der natürlich auch ein 4-Vektor ist) bestimmt.

[tomS]

... damit das so ist, muss sich, wenn sich die Zeit verändert, gleichzeitig eben auch der Raum verändern.

Auch die Formulierung halte ich für ungeschickt.

Nehmen wir mal an, es gäbe "den Raum".

Nun bewegen sich verschiedene Körper in diesem Raum. Dadurch wird sich "der Raum" sicher nicht verändern. Was jedoch passiert ist, dass sich gemessene Strecken und Zeiten ändern.

D.h. nicht, dass sich "der Raum" verändert, sondern dass die Bewegung dazu führt, dass bei einer Messung des Abstandes zweier Ereignisse im Raum dieser gemessene Abstand ändert, je nach Bewegung (Geschwindigkeit) des Messenden.

[gravi]

An dieser Stelle möchte ich mal kurz eine Bemerkung zur Konstanz von c fallen lassen:

Der überwiegende Teil der wissenschaftlichen Welt ist davon überzeugt, dass c absolut konstant und unveränderlich ist. Man muss sich jetzt hierbei nicht an den reinen Zahlenwert klammern, anstatt 300 000 km/s kann ich das auch in Zoll oder jeder beliebigen anderen Einheit ausdrücken. Jedesmal erhält man eine andere Zahl, dennoch bleib aber c = c und ändert sich nicht.
Wer diese Aussage von Einstein vom Sockel stoßen will, der muss schon auf einem verdammt hohen wissenschaftlichen Ross sitzen und die entsprechende Beweisführung antreten.

Dennoch gibt es auch Wissenschaftler, die annehmen, das c in der Früphase des Kosmos einmal einen viel höheren Wert gehabt haben könnte (siehe mein Quellenhinweise "Schneller als das Licht"). Sie schlagen damit ein Möglichkeit vor, die ach so ungeliebte Inflationsphase zu umgehen. Es gibt aber nicht den geringsten Hinweis darauf, dass es so gewesen ist. Im Gegensatz zu Einstein's Theorien, die sicher millionenfach überprüft sind und bei denen noch nie eine Abweichung ermittelt wurde.

Netten Gruß
gravi

[Skeltek]

@Yukterez:
Habe ein wenig das Gefühl dass du die Ursache mit dem Phänomen erklärst statt anders herum.

Unsinn. Die Invarianz von c ist das zweite Postulat. Daraus wird der Rest abgeleitet und nicht umgekehrt!

Meiner Meinung nach ist eher die Lichtgeschwindigkeit relativ.

Das ist deine Meinung zur Relativitätstheorie? Dann hattest du aber schlechte Lehrer, denn die Lichtgeschwindigkeit ist so ziemlich das Absoluteste was es überhaupt gibt.

,

Das ist vom Messverfahren abhängig. Du bewegst dich auf der phänomenologischen/effektiven Schiene.
Misst du Strecken als Vielfaches der eigenen raumzeitlichen Ausdehnung oder mit bezugssystemunabhängigen Interferrenzpunkten welche von Frequenzmodulation durch Geschwindigkeitsdifferenzen unabhängig sind? Bei ersterem gehen Gleichzeitigkeit usw verloren.

Nachtrag:
Beide brauchen für ein Lichtjahr gleich lange. Allerdings handelt es sich dann nicht mehr um dieselbe Strecke A-B.

[Siggi]

Hallo,

ich halte den Begriff von Zeit und Raum zueinander für nicht ganz unbegründet. Die hier vielfach zitierte ART oder SRL sind doch wieder mal geschaffene Konstrukte unseres Geistes oder unserem Gehirn. Unser Gehirn hat noch niemals das Licht der Welt erblickt und stellt Theorien und Behauptungen auf die es selber nich zu erfassen vermag.
Hmm, ich denke schon, dass LG nich so konstant ist wie in der ART beschrieben. Kann es sein, dass sich Einstein teuscht?
Sich zueinander bewegende Systeme könnten einen ganz anderen Zeitfaktor hervorbringen, damit meine ich die LG die wir als soche nicht real warnehmen. Ob nun die LG duraus veränderlich ist ergibt sich vlt. auch aus der Expansion des Universums.
Bin zwar kein Anhänger der Expansion, könnte mir vieles vorstellen, aber die LG als Konstante hinzustellen geht mir zuweit. Gut, Messungen scheinen es zu bestätigen, aber ist es real, weil wir nämlich selber ein Konstrukt herstellen um dadurch der Sache auf den Grund zu gehen und daher die Parameter selber einstellen um ein Ergebnis zu erhalten, was vlt. garnicht stimmt.

Ich weiss auch nicht, bedarf vlt einer gründlichen Überpfrüfung.

lg

Siggi

[tomS]

SRT und ART sind Theorien, die experimentell überprüfbare Vorhersagen machen. Und diese werden experimentell bestätigt. Und c kann man messen, was wiederum die Konstanz bestätigt.

Wenn du ein konkretes Experiment nennen kannst, das der RT widerspricht, dann haben wir einen konkreten Ausgangspunkt für eine Diskussion. Ansonsten muss ich leider sagen, dass das, was du der RT vorwirfst, auf dich zurückfällt: [deine Aussagen] sind doch wieder mal geschaffene Konstrukte [deines] Geistes oder [deines] Gehirn. [Dein] Gehirn hat noch niemals das Licht der Welt erblickt und stellt Theorien und Behauptungen auf die es selber nicht zu erfassen vermag.

[seeker]

Wenn du ein konkretes Experiment nennen kannst, das der RT widerspricht, dann haben wir einen konkreten Ausgangspunkt für eine Diskussion.

Zarathustra, so lange du nicht klar, deutlich und direkt auf unsere Argumente und Fragen eingehst, wird keine sinnvolle Diskussion zustande kommen können.
Du wurdest jetzt schon x-mal von verschiedenen Leuten zu einer Stellungnahme zu den gegebenen empirischen Befunden zu Zeitdilatationen, usw. aufgefordert.
So lange du darauf nicht eingehst, kommen wir nicht weiter und bleibt jedes Gespräch sinnlos:

Wir haben Zeitdilatationen zu unseren Satelliten gemessen, wir haben verlängerte Zerfallszeiten von schnellen Teilchen gemessen, usw., usw.
Wir haben Millionen positive Befunde, bisher keine einzige widerlegende Beobachtung.
Wie stehst du zu diesen Befunden? Wie erklärst du sie?
Leugnest du diese Befunde oder akzeptierst du sie und interpretierst sie nur anders?

Eine kurze, klare und deutliche Aussage dazu wäre vonnöten...

Grüße
seeker

[seeker]

Du gehst nicht auf unsere Fragen ein.
So lange du das nicht tust bleibt das hier ein Monolog.
Deine Entscheidung...

[seeker]

Nein, so funktioniert das nicht.
Wer glaubst du wer du bist?
(Nein, beantworte diese Frage nicht. Das hast du schon in abscheulicher Selbstüberheblichkeit oft genug getan. Du erregst damit nur den Verdacht an Megalomanie zu leiden: http://de.wikipedia.org/wiki/Wahn#Wahninhalte)

Es ist ganz einfach:
Entweder du fügst dich den Wünschen der Allgemeinheit und beantwortest an dich gestellte Fragen -dann kommt eine Diskussion zustande- oder du tust es nicht und es wird keiner mehr mit dir reden wollen - dann kommt keine Diskussion zustande.

Es ist allein deine Wahl!

Falls du weiterhin das Letztere wählst wünschst du offensichlich gar keine Diskussion!
In dem Fall ist darüber nachzudenken, was du hier überhaupt willst und es ist dann fraglich ob diese Ziele (es mag jeder Mitleser seine eigenen Schlussfolgerungen ziehen, worin diese in dem Fall dann wahrscheinlich bestehen) mit unserer Forumskultur verträglich sind und wie lange wir das noch dulden können.

[breaker]

Ich bin der erste und letzte Mensch in der Menschheitsgeschichte, der alle wesentlichen offenen Fragen der Physik beantwortet und unbestreitbare Beweise vorgelegt hat, was deren Richtigkeit betrifft. z.B wie die Materieteilchen entstehen, wie sie stofflich aussehen und Funktionieren.
Auch der letzte,weil aufgrund der Unveränderbarkeit der materiellen Struktur eines Elektrons z.B.wird kein Mensch in Zukunft etwas anderes entdecken können.Die Suche nach Entstehungsprozess, materieller Struktur und Funktionsweise der materiellen Welt ist mit mir zu Ende.Hier beginnt ein neues Zeitalter in der Geschichte.
Deshalb halte ich hier Physikvorlesung nicht nur für Laien, Studenten oder Professoren, sondern für die historische Persönlichkeiten wie Einstein, Lorentz und Dirac, in dem Sinne, dass ich zeige, wo diese Persönlichkeiten einen Fehler gemacht haben oder was sie nicht erkennen könnten ,um die offenen Fragen beantworten können.

Daraus entnehme ich, dass du die Orginalarbeiten von Einstein, Dirac und Co. zumindest teilweise gelesen hast. In welcher Arbeit siehst du einen Fehler und an welcher Stelle?

[Skeltek]

Wer kann wenigstens ansatzweise, ein Argument gegen obige Feststellung vorlegen.
Wer?

ich

[seeker]

Es ist ganz einfach:
Entweder du fügst dich den Wünschen der Allgemeinheit und beantwortest an dich gestellte Fragen -dann kommt eine Diskussion zustande- oder du tust es nicht und es wird keiner mehr mit dir reden wollen - dann kommt keine Diskussion zustande.

Es ist allein deine Wahl!

Falls du weiterhin das Letztere wählst wünschst du offensichlich gar keine Diskussion!
In dem Fall ist darüber nachzudenken, was du hier überhaupt willst und es ist dann fraglich ob diese Ziele (es mag jeder Mitleser seine eigenen Schlussfolgerungen ziehen, worin diese in dem Fall dann wahrscheinlich bestehen) mit unserer Forumskultur verträglich sind und wie lange wir das noch dulden können.

Wir haben nicht irgendwelche belanglose Fragen gestellt. Wenn du dich weigerst solche einfachen Fragen zu beantworten, die sehr wichtig zum Grundverständnis deines Ansinnens sind, dann haben wir uns nichts mehr zu sagen.


Als Moderator dieses Forums:

Ansonsten wird sich der Admin/Mod-Kreis dieses Verhalten nicht mehr lange ansehen, denn entweder hast du keine Antwort darauf (dann ist an deinem Hintergrundwissen zu zweifeln und dann ist es müßig sich die Mühe zu machen deine anderen Aussagen zu untersuchen, bei dem Ton, den du an den Tag legst) oder du drückst dich um eine Antwort, weil du ganz genau weißt, dass du dann ins Schleudern kommst (dann versuchst du hier die Leute in die Irre zu führen und eine unehrliche Auseinandersetzung zu inszenieren, die wir nicht unterstützen wollen) oder du willst hier einfach nur Unruhe im Forum stiften und Aufmerksamkeit erhalten, bist also ein Internet-Troll (in dem Fall müssen wir dich früher oder später sowieso sperren).
Und nur dass du es weißt: Ich bin nicht etwa dein Gegener hier im Forum, sondern derjenige, der dich im Hintergrund lange Zeit noch am meisten protegiert hat um eine Eskalation zu vermeiden und in der Hoffnung doch noch auf eine sinnvolle Ebene zu kommen. Andere Leute hätten da schon lange viel weniger Federlesens gemacht.


Die Frage lautet immer noch:

Wenn du ein konkretes Experiment nennen kannst, das der RT widerspricht, dann haben wir einen konkreten Ausgangspunkt für eine Diskussion.

Wir haben Zeitdilatationen zu unseren Satelliten gemessen, wir haben verlängerte Zerfallszeiten von schnellen Teilchen gemessen, usw., usw.
Wir haben Millionen positive Befunde, bisher keine einzige widerlegende Beobachtung.
Wie stehst du zu diesen Befunden? Wie erklärst du sie?
Leugnest du diese Befunde oder akzeptierst du sie und interpretierst sie nur anders?

Grüße
seeker