Relativitätstheorie

[Sebastian Hauk]

Hallo,

ich möchte hier mal meine Probleme zur Relativitätstheorie vorstellen:

SRT

Bitte widerlegen oder und verbessern, beantworten und vervollständigen


Ich werde hier vier Fragen/Behauptungen aufstellen. Ich möchte, dass diese Fragen/Behauptungen
widerlegt, bestätigt oder beantwortet werden. Es werden später noch weitere Fragen/Behauptungen
(z. B. Sanduhren in der Nähe von Schwarzen Löchern: Fällt der Sand? Fällt die Sanduhr?, die Licht-
brechung und was wäre, wenn sich Higgsteilchen und Materieteilchen anziehen könnten, wobei sich die
Materieteilchen sich nicht gegenseitig anziehen könnten, aber dafür die Higgsteilchen) hinzukommen.

1. Frage/Behauptung

Zeit bedeutet für mich, dass sich etwas verändert. Ohne Veränderung gibt es keine Zeit.


Zeit = Weg / Geschwindigkeit

oder auch

Zeit = Arbeit / Leistung


Das bedeutet die Zeit ist relativ. Dinge können sich schneller oder langsamer verändern. Sie ist genauso
relativ wie die Geschwindigkeit, die Größe (von Gegenständen), die Temperatur oder das Einkommen.
Sie geht langsamer, wenn sich die Geschwindigkeit verlangsamt oder der Weg vergrößert. Sie geht
schneller, wenn sich die Geschwindigkeit erhöht oder der Weg verkürzt. Ein gutes Beispiel hierfür ist die
Chemie. Das Stichwort wäre hier die Reaktionsgeschwindigkeit. Milch wird zum Beispiel in einem
Raumschiff oder in einem Kühlschrank aus den gleichen Gründen langsamer sauer

2. Frage/Behauptung

Was heißt das bezogen auf die Relativitätstheorie?

a) Senkrecht



Eine Sanduhr befindet sich in einem Raumschiff, dass mit fast Lichtgeschwindigkeit fliegt. Die Sand-
körner fallen senkrecht nach unten. Da die Lichtgeschwindigkeit konstant ist, muss die
Fallgeschwindigkeit der Sandkörner kleiner sein, als sie ohne die Geschwindigkeit des Raumschiffes
wären.

Da es wegen der Sanduhr sehr große Kritik gab, befindet sich in diesem Raumschiff nun auch ein Pfeil
mit Bogen. Er wird senkrecht zur Bewegungsrichtung gespannt. Der Pfeil wird einmal abgeschossen,
wenn sich das Raumschiff im Orbit der Erde befindet und einmal, wenn das Raumschiff 200.000 km in
der Sekunde schnell ist. Der Pfeil muss nun langsamer fliegen. Denn sonst könnte ein Jogger in einem
Raumschiff, dass mit fast Lichtgeschwindigkeit fliegt, schneller sein als 300.000 km in der Sekunde.
Nämlich seine Geschwindigkeit + die Geschwindigkeit des Raumschiffs.

Senkrecht gilt die Formel a² + b² = c². Nämlich das rechtwinklige Dreieck. Umgeformt ergibt sich
1 / Wurzel aus 1 - c² / v². Ich beziehe das Ganze mal auf das Licht. Das Raumschiff fliegt nun mit
200.000 km in der Sekunde und es wird eine Lampe angemacht, die senkrecht nach oben auf einen
Spiegel scheint. Der Spiegel ist 1 Million Kilometer entfernt. Das Licht würde normalerweise 2 Million
km / 300.000 km in der Sekunde = 6,66666 Se-kunden brauchen. Natürlich ist es jetzt langsamer.
Gäbe es keine Höchstgeschwindigkeit für das Licht, dann wäre die Lichtgeschwindigkeit identisch
mit c. Da es aber eine gibt beträgt die Lichtgeschwindigkeit nur a. a ist die Geschwindigkeit des Lichtes
unter Berücksichtigung relativistischer Aspekte. b steht für die Geschwindigkeit des Raumschiffs. Also
gilt a² = c² - b². Das heißt a = Wurzel aus c² - b². a = Wurzel aus 300.000 zum Quadrat - 200.000
zum Quadrat = 223.606,80 km in der Sekunde. Das heißt das Licht würde für die 2 Million km jetzt
2 Million km durch 223.606,80 km in der Sekunde = 8,94427 Sekunden brauchen. Natürlich messen die
Forscher in der Raumstation eine Lichtgeschwindigkeit von 300.000 km in der Sekunde. Warum? Die
Forscher haben mit der Sanduhr gemessen. Für die Sanduhr gilt natürlich das gleiche. Auch hier fallen
die Sandkörner langsamer. Und wenn alles gleichmäßig langsamer geht, dann gehen auch die Uhren
langsamer.

Natürlich kann auch mit dem Pfeil gemessen werden. Der Pfeil brauchte im Orbit der Erde 6,67 Sekunden
um die Wand über im zu erreichen. Bei einer Geschwindigkeit von 200.000 km braucht er nun 8,94
Sekunden. Aber das Licht und der Pfeil kommen beide gleichzeitig an. Das bedeutet die Crew muss
davon ausgehen, dass das Licht immer noch genauso schnell ist. Denn alles verlangsamt sich um den
gleichen Faktor.

Denn es gilt das Additionstheorem der Geschwindigkeiten.

Senkrecht lautet es: w = w' * Wurzel aus (1 - v² / c²) durch (1 + u'v / c²)



3. Frage/Behauptung

b) waagerecht


Waagerecht verkürzt sich der Weg um den Faktor 1 / Wurzel aus 1 - c² / v² und auch die Zeit geht
um diesen Faktor langsamer. Michelson und Morley, Lorentz und Poincare haben dieses anhand
folgender Gleichung hergeleitet:

D durch (c - v) + D durch (c + v).

Dieses könnte richtig sein. Es basierte auf den Rücken- und Gegenwind. Es gibt aber keinen Rücken-
und Gegenwind, wie es ja auch keinen Lichtäther (wobei das Wort Licht sehr wichtig ist).

Es ist aber vielleicht auch mit der Massenverringerung möglich. Wenn Materie schnell bewegt wird,
dann nimmt seine Masse zu (wobei hier die Frage wäre, ob das Higgsteilchen welches für die Masse
verantwortlich sein soll, dazu in der Lage ist). Bei Lichtgeschwindigkeit wird die Masse der Materie
unendlich groß. Es könnte nun sein, dass die Materie, wenn sie sehr schnell bewegt wird und dann in
Gegenrichtung gebracht wird an Masse verliert.

Beispiel: In einem Raumschiff, dass mit fast Lichtgeschwindigkeit, gibt es einen Ball. Die Masse des Balls
hat durch die Bewegung des Raumschiffs enorm zugenommen. Die Formel lautet: m' = m / Wurzel aus
1 - v² / c². Wenn der Ball in diesem Raumschiff in Bewegungsrichtung geworfen wird, dann fliegt er
langsamer, als wenn er mit gleicher Kraft auf der Erde geworfen würde. Gegen die Bewegungsrichtung
könnte der Ball an Masse verlieren. Bei einer Geschwindigkeit des Raumschiffes von 150.000 km in der
Sekunde würde folgendes passieren.:

Ein Lichtstrahl in Bewegungsrichtung würde sich um 50% (Faktor 2) langsamer nach vorne bewegen.
Auch der Ball würde sich um 50% verlangsamen, wie alles andere im Raumschiff auch. Der Ball hätte
auf der Erde eine Geschwindigkeit von 20 km in der Stunde und hätte nun im Raumschiff eine
Geschwindigkeit von 10 km in der Stunde (Umrechnungsfaktor: Ball zum Licht = 54.000.000).

Gegen die Bewegungsrichtung würde das Licht in Bezug auf das Raumschiff nun 450.000 km in der
Sekunde fliegen und der Ball (Umrechnungsfaktor: Ball zum Licht = 54.000.000) 30 km in der Stunde.
Natürlich würden die Beobachter im Raumschiff nur eine Lichtgeschwindigkeit von 300.000 km in der
Sekunde messen. Sie würden nur eine Lichtgeschwindigkeit von 300.000 km in der Sekunde messen,
weil sich alles um den gleichen Faktor gegen die Bewegungsrichtung (hier 1,5) schneller bewegt. Und
wenn sich alles um den gleichen Faktor verändert, ist es nicht bemerkbar.

Waagerecht lautet das Additionstheorem der Geschwindigkeiten folgendermaßen:

u = (u' + v) durch (1 + u'v / c²)


Es könnte aber auch sein, dass waagerecht folgendes gilt:


D durch (c - v) + D durch (c - v).

Dann geht die Zeit um den Faktor 1 / Wurzel aus 1 - c² / v² langsamer, aber der Weg verkürzt sich um den Faktor 1 / Wurzel aus 1 - c² / v² * (1 + u'c / c²).

Welche Gleichung ist richtig?

Ich bitte um eine Lösung



Diese Frage könnte mit der Higgstheorie beantwortet werden.


ART


1. Die Higgsteilchen

Ich gehe davon aus, dass es Higgsteilchen gibt, die das gesamte Universum ausfüllen. Diese Higgs-
teilchen sollen der Materie Masse verleihen.

Ich gehe ferner davon aus, dass sich die Masse von Materieteilchen erhöht, wenn sie mit mehr
Higgsteilchen in Wechselwirkung treten. Je mehr Higgsteilchen desto größer die Masse. Ich gehe auch
davon aus, dass die Higgsteilchen ungleichmäßig im Universum verteilt sind. Die Materieteilchen sollen
die Higgsteilchen anziehen. Bezogen auf die Erde würde das heißen, dass die Anzahl der Higgsteilchen
quadratisch zu- und abnimmt. Da es eine Grundhiggsdichte gibt, und ich mathematisch überhaupt nicht
begabt bin, kann ich hier leider kein Beispiel zeigen.

Auch die Higgsteilchen sollen in der Lage sein, die Materie mit Hilfe der Gravitonen anzuziehen. Das
würde bedeuten, dass sich unter meinen Füßen mehr Higgsteilchen befinden, als über meinen Füßen.
Das könnte die Ursache der Gravitation sein. Es könnte aber auch sein, dass es die Raumzeitkrümmung
ist, auf die ich in den weiteren Punkten zu sprechen komme.


2. Die Zeit

Ein Joghurt wird in großer Höhe schneller sauer oder schlecht, als in niedriger Höhe. Nach meiner
Meinung wird er schneller sauer, weil sich die Materie in großer Höhe schneller bewegt. Sie bewegt
sich schneller, weil die Masse der Materie durch die geringere Anzahl der Higgsteilchen abnimmt. Die
Materie bewegt sich durch die Higgsteilchen bezogen auf die Masse "quadratisch" langsamer oder
schneller. Die Zeit geht aber nicht quadratisch langsamer, sondern nur bezogen auf den Abstand um
den Faktor r. Gemäß der Gleichung Zeit = Weg / Geschwindigkeit muss sich also der Weg verkürzen.
Er muss sich um den Faktor (bin leider überhaupt nicht mathematisch begabt, daher leider nur ein
sehr vereinfachter Faktor) (r-1) * r verkürzen.


3. Die Lichtbrechung

Wenn das Licht ganz nah an der Sonne vorbei fliegt, dann wird es gekrümmt. Nach meiner Meinung
passiert das durch die Lichtbrechung. Die Anzahl der Higgsteilchen ist in der Nähe der Sonne größer
als weiter weg. Das Licht fliegt also langsamer und wird zur Sonne hin gebrochen. Die Lichtbrechung
müsste r² erfolgen. Sie erfolgt aber nur um den Faktor r. Auch hier muss sich der Weg verkürzen,
damit die Theorie mit der Beobachtung übereinstimmt


4. Schwarze Löcher

In der Nähe von Schwarzen Löchern soll die Zeit still stehen. Nach meiner Meinung geschieht das durch die Higgsteilchen. Das Licht müsste also nach meiner Formel am Schwarzschildradius still stehen.

http://fragenzurrelativitaetstheorie.de/allfragen.html

Gruß

Sebastian

 

[Hartmut]

AW: Relativitätstheorie

Hallo,

ich möchte hier mal meine Probleme zur Relativitätstheorie vorstellen:

SRT

Bitte widerlegen oder und verbessern, beantworten und vervollständigen



ART


http://fragenzurrelativitaetstheorie.de/allfragen.html

Hallo Sebastian,

ich glaube, dass du hier in diesem Forum keine Antworten auf deine Fragen erhältst.

Ich empfehle dir Foren wie http://forum.astronomie.de oder www.astronews.de

Gruss
Hartmut

 

[Muzmuz]

AW: Relativitätstheorie

hallo sebastian,

viele fragen, hier der versuch, einige zu beantworten:

SRT

1) ja, ohne veränderung keine zeit bzw zeit verliert ihre bedeutung

die von dir aufgestellten gleichungen sind mathematisch zwar richtig,
sind aber lediglich mathematische umformungen von definitionen
erstere jene der geschwindigkeitsdefinition (geschwindigkeit ist definiert als weg durch zeit),
zweitere der leistungsdefinition (leistung ist definiert als arbeit pro zeit)

aus diesen gleichungen lässt sich somit keine "neue" information ableiten bzw eigenschaften von zeit ergründen

dass zeit bei geringerer geschwindigkeit langsamer vergeht lässt sich nur feststellen, wenn andere geschwindigkeiten davon unberührt sind
dass milch im kühlschrank langsamer sauer wird kann nur beobachtet werden, weil unser zeitgefühl wie auch übliche uhren umbeeinflusst von der temperatur des joghurts laufen
hätten wir als uhr einen anderen joghurt und definieren die zeiteinheit "muh" als jene zeit, die ein joghurt benötigt, um sauer zu werden und geben diese joghurtuhr mit in den kühlschrank, dann benötigt der zu messende joghurt immer 1 muh, bis er sauer wird; egal ob im kühlschrank oder heraußen

der kniff der zeitmessung ist der, dass man jene takte als definition hernimmt, die möglichst invariant sind

2 a) hier kommt die zeitdehnung ins spiel
in sich bewegenden objekten vergeht die zeit langsamer
hätte der pfeil eine geschwindigkeit von, sagen wir 50 m/s für einen raumschiffinsaßen, verringert sich dessen geschwindigkeit relativ zum raumschiff für einen außenstehenden beobachter, da für ihn alle vorgänge innerhalb des raumschiffes langsamer werden
so auch das zwillingsparadoxon, beim dem die alterung der reisenden zwillings langsamer von statten geht als jene des ruhenden

noch anschaulicher ist das szenario vom jogger, der im fast mit lichtgeschwindigkeit brausenden raumschiff von hinten nach vorne joggt und so die lichtgeschwindigkeit überschreiten soll
die überlichtgeschwindigkeit müsste dann vom außenstehenden beobachter beobachtet werden, da sich geschwindigkeit des raumschiffes und jene des joggers addieren müsste
das tut es aber aufgrund der zeitdehnung nicht
der jogger, der mit 4m/s im raumschiff joggt (aus seiner sicht) ist für einen außenstehenden beobachter fast eingefroren, weil die zeit im raumschiff sehr langsam vergeht
hätte das raumschiff exakt lichtgeschwindigkeit, stünde in ihm die zeit und damit auch der jogger still; daher keine überlichtgeschwindigkeit

zum beispiel mit dem spiegel: hier kommt die raumstauchung zum tragen (ist im prinzip das gleiche phänomen wie die zeitdehnung, nur aus einem anderen blickwinkel)
distanzen sind für unterschiedliche beobachter nicht gleich; der raum krümmt sich, wodurch die gültigkeit von pythagoras insofern außer kraft gesetzt wird, dass sie länge der schenkel für unterschiedliche beobachter unterschiedlich lang sein können, so wie beim beispiel mit dem pfeil

senkrecht addieren sich die geschwindigkeiten dann folgendermaßen:

c=lichtgeschwindigkeit
x=geschwindigkeit des raumschiffes
y=pfeilgeschwindigkeit aus der sicht des schützen
z=pfeilgeschwindigkeit aus der sicht des außenstehenden beobachters

z = wurzel [x^2 + (y*wurzel(1-x^2/c^2)^2]

man sieht, je größer x, desto kleiner der term mit dem y
bei x=c wird der y-term = 0 (der pfeil entfernt sich nicht mehr vom schützen)

waagrecht dann so:

c=lichtgeschwindigkeit
x=geschwindigkeit des raumschiffes
y=pfeilgeschwindigkeit aus der sicht des schützen
z=pfeilgeschwindigkeit aus der sicht des außenstehenden beobachters

z= x + y*wurzel(1-x^2/c^2)

auch hier verringert sich der y-term mit zunehmenden x; wenn x=c wird der y-term 0

ART

1) ich weiß nicht viel über higgsteilchen, denke aber, dass nach der theorie ihr austausch die beobachtete gravitation verursachen soll

ob nun die raumzeitkrümmung eine folge oder die ursache von gravitation ist, kann ich nicht sagen

2) beim beispiel "in großer höhe" kommen 2 faktoren zusammen; jener aus der srt und jener aus der art

die zeit in großer höhe vergeht nach srt langsamer, weil dort die geschwindigkeit größer ist
dabei macht es eine großen unterschied, was der joghurt in großer höhe macht: sitzt er auf einer bergspitze oder hält ihn seine geschwindigkeit in einem orbit ? bei letzterem ist der beitrag der srt natürlich größer

nach art vergeht in großer höhe die zeit schneller, weil die gravitation dort geringer ist

die summe dieser beiden effekte ist für GPS-satelliten enorm wichtig
bei diesen geostationären satelliten haben beide effekte messabre auswirkungen; die genauen zahlen kenne ich nicht mehr
was ich noch weiß ist, dass der art-effekt den srt-effekt hier überwiegt
der reine art-effekt lässt die zeit der satelliten etwa 60µs pro tag schneller laufen, der reine srt-effekt etwa 20µs/tag langsamer
zusammen ergeben sich also ~40µs/tag, die die satellitenuhren schneller laufen als terrestrische uhren, was man in die berechnungen einbeziehen muss

eine einfache formel wird im joghurtbeispiel wohl nicht ausreichen, um den gesamteffekt zu berechnen; schon gar nicht, wenn die speziellen umstände nicht definiert sind

3) lichtbrechung ist ein phänomen, das an grenzflächen von optisch unterschiedlich dichten bereichen statt findet
dabei brechen unterschiedliche wellenlängen unterschiedlich stark (dispersion)
dadurch erhält man die bei prismen erwünscht, bei linsen aber unerwünschte aufspaltung in die spektralfarben
so eine aufspaltung wird aber hier nicht beobachtet, also scheidet lichtbrechung aus
weiters käme es bei lichtbrechung bei genügend kleinem winkel zur totalreflexion
da der winkel, der sich zur beobachtung des phänomens eignet, sehr klein sein muss, müsste man ablenkungen in die genau andere richtung beobachten als man es tatsächlich tut

dabei fliegt das licht nur scheinbar langsamer, denn in der nähe von sternen herrscht eine höhere gravitation, wodurch die zeit dort langsamer als im interstellaren raum vergeht
die raumkrümmung hat die folge, dass die richtung, die das licht einschlägt, sich ändert, obwohl es sich aus seiner sicht immer gerade aus bewegt

4) ob higgsteilchen oder nicht: ja, die zeit am schwarzschildradius steht der theorie nach still
beobachteten, wie jemand in das schwarze loch fliegt, würde er für ins imemr langsamer, je näher er dem schwarzschildradius kommt, und nach unendlich langer zeit am radius still stehen


lg,
Muzmuz