Raumschifffrage

Hallo Leute

Ich habe eine relativ dumme Frage.
Wenn man in einem Raumschiff, dass mit Lichtgeschwindigkeit fliegt,
die Scheinwerfer anschaltet.
Sieht man das Licht vor eienem oder nicht?

oke, ich geb mich geschlagen...

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KEINE Materie (z. B. dein Raumschiff) kann sich mit Lichtgeschwindigkeit vortbewegen, denn der Energieaufwand dafür währe unendlich hoch.

Hi Funcky,
am besten wir betrachten die Lichtgeschwindigkeit c als einen Grenzwert. Als einen Grenzwert an den wir uns mit unserm Raumschiff beliebig annähern können, den wir aber nie erreichen werden. Die Differenz von c und der Geschwindigkeit v des Raumschiffes kann also beliebig klein nie aber Null werden.
Wir fliegen nun mit unserem Raumschiff stetig beschleunigend an einem Laserstrahl entlang. Wir messen regelmäßig die Frequenz des laserlichtes und stellen fest, daß mit wachsendem v die Frequenz des Lichts abnimmt, d.h.: die Wellenlänge nimmt zu.
Wenn nun v gegen c strebt, strebt die Frequenz (und damit auch die Energie) des Lichtes gegen Null, die Wellenlänge gegen Unendlich. Das heißt das von hinten kommende Licht wird immer energieärmer von unserem Raumschiff aus betrachtet. Könnten wir den Grenzprozess vollenden, verschwände das Licht.
Allerdings wie schon gesagt wurde: keine Masse kann auf c beschleunigt werden; v = c ist unmöglich

So und nun drehen wir unser Raumschiff um und fliegen dem Laserstrahl entgegen. Mit v gegen c wird nun die Frequenz immer höher, die Wellenlänge immer kürzer, d.h. die Energie eines einzelnen entgegenkommenden Photons geht gegen unendlich. Auch dieser Grenzwert kann natürlich nur näherungsweise erreicht werden. v= c ist immer noch unmöglich.

Zara.t, das stimmt zwar so, aber Funckys Frage bezog sich ja auf die Scheinwerfer des Raumschiffs.

Die Antwort ist in dem Fall einfach: Wenn man bei dem Raumschiff die Scheinwerfer einschaltet, sehen diese immer gleich aus, vollkommen egal wie schnell das Raumschiff fliegt.
Denn die Differenzgeschwindigkeit zwischen Raumschiff und Scheinwerfer ist ja 0. Das abgestrahlte Licht fliegt vom Raumschiff mit der normalen Lichtgeschwindigkeit davon.

Funcky, man darf die Effekte bei Lichtgeschwindigkeit und Schallgeschwindigkeit nicht vergleichen, da sie etwas vollkommen anderes sind. Deine Frage würde Sinn machen, wenn man von einem Flugzeug nach vorne mit einem Lautsprecher einen Ton abstrahlt. Diesen kann man tatsächlich "überholen". Bei Licht geht das nicht, das entfernt sich immer mit Lichtgeschwindigkeit, egal was das Raumschiff sonst noch macht.

Hi Kurt, du hast recht, da war ich unkonzentriert.

Ich habe heute per email vom Zeitforum eine Frage zur Konstanz der Lichtgeschwindigkeit erhalten. Da ich den Absender aber nicht unter den Usern finden kann, kann ich auf diese Frage nur hier öffentlich antworten. Passt ja auch ganz gut hier her.

Frage: Ist es bewiesen daß die Lichtgeschwindigkeit c die höchstmögliche Geschwindigkeit ist?

Nein! Die Physik kann gar nichts beweisen.

Die Existenz einer Grenzgeschwindigkeit und deren Identifikation mit c folgt aus der speziellen Relativitätstheorie SRT A. Einsteins.
Auch diese Theorie kann man nicht beweisen. Man kann sie experimentel verifizieren. Das ist in hohem Maße geschehen. Die SRT ist theoretisch plausibel und experimentel bestätigt. Mehr geht nicht.

Grundpfeiler der Theorie ist das RELATIVITÄTSPRINZIP, das besagt daß alle Inertialsysteme gleichberechtigt sind, wenn es darum geht physikalische Gesetze zu formulieren. Das zwingt die Physiker dann auch dazu, Naturgesetze so zu formulieren, daß sie in allen Inertialsystemen die gleiche Form annehmen. Man sagt: Naturgesetze müssen kovariant formuliert werden.
Allein aus diesem Relativitätsprinzip folgt zwingend die Struktur der ganzen Theorie. Symmetriegruppe ist zwingend die Lorentz oder Poincarégruppe. Zwingend folgt die Existenz einer unter der Poincaregruppe invarianten Grenzgeschwindigkeit. Was nicht folgt, ist die Höhe dieser Geschwindigkeit. Theoretisch könnte sie auch unendlich hoch sein. Dann ginge die Poincaregruppe in die Gallileigruppe über. Wir würden wieder bei der Physik Newtons landen.
Aus physikalischen Überlegungen sah Einstein sich aber gezwungen als Grenzgeschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit zu einzusetzen.
Was hat ihn dazu "gezwungen"?
Maxwell hatte bereits im 19Jhd die nach ihm benannten Maxwellschen Gleichungen aufgestellt, die das Verhalten elektrischer und magnetischer Felder beschreiben. Aus diesen Gleichungen ergab sich mathematisch zwingend die Existenz elektromagnetischer Wechselfelder, die sich mit c ausbreiten sollten.
Nach dem Relativitätsprinzip ist nun der Physiker in jedem Inertialsystem berechtigt Naturgesetze zu formulieren. Also müssen die Maxwellschen Gleichungen in jedem Inertialsystem gelten. Das aber würde bedeuten, daß die Lichtgeschwindigkeit in jedem Inertialsystem c sein muss!
Das schien unerklärlich bis unvernünftig, wurde aber durch das Experiment bestätigt (Michelson Morley). Lorentz konnte mit seiner Elektronentheorie eine Erklärung geben. Die war aber nicht unbedingt elegant und beruhte auf der Existenz des Äthers. Diese Theorie ist bis heute nicht widerlegt.
Einsteins SRT ist aber viel eleganter und "mächtiger".

Stimmt des dass des Licht bei einem Scheinwerfer von einem Raumschiff mit der Geschwindigkeit v _Schiff +c sich bewegt (ausbreitet). Mein Physiklehrer war der Meinung dass sich Licht immer gleich schnell bewegt egal wie schnell sich die Quelle bewegt.

Krugi schrieb in Beitrag Nr. 753-7:

Stimmt des dass des Licht bei einem Scheinwerfer von einem Raumschiff mit der Geschwindigkeit v _Schiff +c sich bewegt (ausbreitet). Mein Physiklehrer war der Meinung dass sich Licht immer gleich schnell bewegt egal wie schnell sich die Quelle bewegt.

wenn du die oben stehenden Beiträge liest, findest du die Antwort. Dein Lehrer hat natürlich recht (nach derzeitigem Wissensstand).

Zitat:

Zara.t. schrieb in Beitrag Nr. 753-6:
Die Existenz einer Grenzgeschwindigkeit und deren Identifikation mit c folgt aus der speziellen Relativitätstheorie SRT A. Einsteins.

ich hatte es bisher so verstanden, dass es umgekehrt war. Man hat zuerst die Lichtgeschwindigkeit c postuliert, und daraus ergab sich die Relativitätstheorie.
Aber ich habe damit sowieso meine Probleme. Aus der Existenz der immer konstanten Lichtgeschwindigkeit werden die merkwürdigsten Dinge abgeleitet (z.B die Nichtexistenz einer "Gleichzeitigkeit" bzw einer gemeinsamen Gegenwart im Universum).
Ich kann mir nicht vorstellen, dass das Universum wirklich so kompliziert ist, wie es derzeit gesehen wird. Aber bei der Relativitätstheorie ist sicher das letzte Wort noch nicht gesprochen, irgendwann kommt ein kluger Kopf der das ganze neu aufrollt.

Hi Kurt,
wie es sich nun historisch korrekt zugetragen hat, wage ich nicht nachzuvollziehen. Ich glaube Einstein sagte er habe das Experiment von Michelso&Morley beim Verfassen der SRT nicht gekannt.
Theoretisch steht aber eindeutig das Relativitätsprinzip an erster Stelle. Aus ihm folgt die Existenz einer invarianten Grenzgeschwindigkeit.
Das ist doch große Einfachheit! Aus einem einzigen Prinzip fogt die Struktur der gesamten Theorie. Einer Theorie die den Rahmen setzt für alle Physik.

Hi@all
also ich versuche meine Antwort so zu formulieren das man das versteht ;) mal probieren also...

Ich bin der Meinung wenn das Licht an dem Raumschiff angeht und dieses fliegt wirklich mit Lichgeschwindigkeit, dann müsste doch das Licht dort auftreffen und in dem Moment wo das Raumschiff ist, doch soweit ich weiß können 2 Stoffe verschiedener Art nicht zur gleichen Zeit am gleichen Ort existieren oder vertue ich mich dort grade ? Wer Antwort weiß bitte weiterposten.

Zitat:

Aber ich habe damit sowieso meine Probleme. Aus der Existenz der immer konstanten Lichtgeschwindigkeit werden die merkwürdigsten Dinge abgeleitet (z.B die Nichtexistenz einer "Gleichzeitigkeit" bzw einer gemeinsamen Gegenwart im Universum).

Gegenwart bezieht sich doch ohnehin auf das Gegenwärtige, oder? ;-)

Davon abgesehen kann ich mir die SRT und ART nicht mehr wegdenken, wenn selbst alltägliche Phänomene, wie der niedrige Schmelzpunkt von Quecksilber und die goldene Farbe von Gold relativistische Effekte sind.

Zitat:

Ich habe eine relativ dumme Frage.
Wenn man in einem Raumschiff, dass mit Lichtgeschwindigkeit fliegt,
die Scheinwerfer anschaltet.
Sieht man das Licht vor eienem oder nicht?

Dein Raumschiff fliegt mit Lichtgeschwindigkeit... innerhalb der Gültigkeit der SRT kann dies nicht passieren. Du brauchst also auch keine Antwort im Rahmen dieser Theorie auf deine Frage erwarten.

Decepter schrieb in Beitrag Nr. 753-10:

Hi@all
also ich versuche meine Antwort so zu formulieren das man das versteht ;) mal probieren also...

Ich bin der Meinung wenn das Licht an dem Raumschiff angeht und dieses fliegt wirklich mit Lichgeschwindigkeit, dann müsste doch das Licht dort auftreffen und in dem Moment wo das Raumschiff ist, doch soweit ich weiß können 2 Stoffe verschiedener Art nicht zur gleichen Zeit am gleichen Ort existieren oder vertue ich mich dort grade ? Wer Antwort weiß bitte weiterposten.

Das gilt nur für identische Teilchen (z.B. zwei Elektronen), wegen des Pauli-Prinzips. Daß zwei makroskopische Körper nicht gleichzeitig am gleichen Ort sein können, liegt daran, daß all diese Körper letztlich aus Elektronen, Protonen und Neutronen aufgebaut sind. Vor allem die Elektronen verhindern über die Pauli-Abstoßung, daß sich zwei Körper überlappen können.
Ein Photon und ein Neutrino z.B. können beide denselben Raum durchqueren, ohne etwas voneinander zu merken (außer über Prozesse höherer Ordnung, z.B. indem sich das Photon in ein virtuelles Elektron-Positron-Paar aufspaltet, und das virtuelle Elektron dann ein virturelles Z-Boson mit dem Neutrino austauscht).

In der Tat muß Licht, um mit Materie wechselwirken zu können, sich genau dort befinden, wo auch die Materie ist. Was ganz problemlos ist, wenn man in klassischen Teilchen und Feldern denkt: Das Elektron als klassisches Teilchen erfährt eine Kraft aufgrund des klassischen elektromagnetischen Feldes an genau jenem Ort, an dem es sich befindet, Quantenmechanisch ist natürlich das Elektron kein klassisches Teilchen, und das elektromagnetische Feld kein klassisches Feld, aber das Prinzip gilt weiter: Die Wechselwirkung zwischen Elektron (Quant des Elektronenfeldes) und Photon (Quant des elektromagnetischen Feldes) ist lokal (Photon und Elektron müssen sich "an derselben Stelle befinden").

Tja, auch hier passiert wieder das übliche: das Raumschiff das mit fast c unterwegs ist ( ganz c geht ja nicht) schaltet sein Licht an und mißt wie schnell sich das Licht vom Raumschiff wegbewegt. UNd stellt fest: mit c ! Und gleichzeitig mißt ein ruhender Beobachter, der auf einem Planenten steht an dem das Raumschiff gerade vorbeisaust und mißt auch "c". Der Grund dafür ist, daß die beiden unterschiedliche Zeiten messen. Ihre Uhren gehen anders. Eines der wesentlichen Postulate aus der ART ist eben, daß das Licht sich mit der höchsten erlaubten Geschwindigkeit bewegt und war immer und überall und egal von wo aus man mißt.

Grüße,
vanilla