Diskussion:Spezielle Relativitätstheorie

Dieser Artikel war am 4. Dezember 2012 der Artikel des Tages.

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Archiv

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Dieser Artikel wurde ab Dezember 2012 in der Qualitätssicherung Physik unter dem Titel „Spezielle Relativitätstheorie“ diskutiert. Die Diskussion kann im Archiv nachgelesen werden.

Zeitdilatation

Betrifft Abschnitt: "Der Beobachter im Zug setzt seine Uhr in Gang, wenn er das hintere Bahnsteigende passiert, also gleichzeitig mit dem Start der dortigen Bahnsteiguhr, und stoppt sie, wenn er das vordere Bahnsteigende passiert, gleichzeitig mit dem Stoppen der dortigen Bahnsteiguhr. Nach seinem Gleichzeitigkeitsbegriff geht die Uhr am vorderen Bahnsteigende gegenüber der am hinteren Bahnsteigende und damit auch gegenüber seiner Uhr vor, da nach seinem Längenbegriff der Zug länger ist als der Bahnsteig. Die Zeitspanne, die er für seine Fahrt vom hinteren bis zum vorderen Ende des Bahnsteigs misst, ist also kleiner als die Dauer, die von der Uhr am vorderen Bahnsteigende angezeigt wird, wenn er diese passiert."

1. Im zweiten Satz wird der Umstand beschrieben, dass die Uhr am vorderen Bahnsteig eine andere Zeit anzeigt als die Uhr im vorderen Zugteil (vom Zug aus betrachtet). Dies wird begründet mit: "da nach seinem Längenbegriff der Zug länger ist als der Bahnsteig." Diese Begründung scheint mir nichts zur Klärung beizutragen und tautologisch zu sein. Der Zug ist ja, vom Zug betrachtet, deshalb länger als der Bahnsteig, weil die Gleichzeitigkeit von Ereignissen vom Zug aus eine andere ist.

2. Zum letzten Satz: "Die Zeitspanne, die er für seine Fahrt vom hinteren bis zum vorderen Ende des Bahnsteigs misst, ist also kleiner als die Dauer, die von der Uhr am vorderen Bahnsteigende angezeigt wird, wenn er diese passiert." Dies ist m.E. keine Folge des Umstands, dass die Uhren unterschiedlich synchronisiert sind. Das umschriebene Phänomen der Zeitdilatation ist natürlich korrekt; aber nur, weil Uhren unterschiedlich eingestellt sind, müssen sie nicht unterschiedlich schnell laufen. Das beschriebene Szenario erklärt, inwiefern vom Zug aus gesehen die Uhr am vorderen Bahnsteig langsamer geht, aber m.E. nicht, wieso vom Bahnsteig aus gesehen die Uhren im Zug langsamer laufen. (Wenn ich hier etwas übersehe, sagt bitte Bescheid.) --ZukunftNeu (Diskussion) 01:08, 16. Jan. 2021 (CET)

Ich habe die Beschreibung des Gedankenexperiments heute leicht überarbeitet. Hoffentlich wird es so etwas klarer. --Buecherdiebin (Diskussion) 12:29, 30. Jun. 2023 (CEST)

Fehler

"Aus Sicht des Ruhesystems des Empfängers vergeht aufgrund der Zeitdilatation die Zeit im System der Quelle langsamer. Das bedeutet, dass er in seinem System eine niedrigere Frequenz misst als ein Beobachter, der relativ zur Quelle ruht, er misst also eine Rotverschiebung. "

völlig falsch- jeder misst im eigenen System normal- aus Sich des Erdlings aber sit an Bordalles langsamer also rote- und aus Sicht des Raumfahrers ist alles auf der Erde schneller- blauer-

--158.181.83.173 12:23, 28. Jan. 2021 (CET)

Ich habe den Absatz im Abschnitt Dopplereffekt mit Einzelbeleg neu erstellt --Buecherdiebin (Diskussion) 16:41, 30. Jun. 2023 (CEST)

Gleichzeitigkeit

Mir als einem Laien scheint die Beschreibung der Gleichzeitigkeit und die dazugehörige Grafik zumindest mißverständlich. Es wäre besser, wenn die klaren Formulierungen und die Grafik aus Einsteins Buch "Über die spezielle und die allgemeine Relativitätstheorie" verwendet würden. Es geht doch darum, dass zwei Ereignisse von einem ruhenden Beobachter als gleichzeitig, von einem bewegten Beobachter aber als ungleichzeitig registriert werden. Das wird aus der Beschreibung überhaupt nicht klar.

Aus meiner Sicht wären folgende Konkretisierungen erforderlich:

• Die Zuglänge muß gleich der Bahnsteiglänge sein, was in der Grafik nicht der Fall ist.
• Der Beobachter im Zug sitzt genau in der Mitte des Zuges
• Am Zuganfang und -ende befinden sich Sensoren, die das von der Lampe eintreffende Lichtsignal registrieren und über den im Zug gleichlangen Weg (halbe Zuglänge) zum Beobachter senden (z. B. auch als Lichtsignal)
• Das Ereignis "Lampe einschalten" erfolgt , wenn sich Zuganfang und -ende (die Sensoren) im Bereich des jeweiligen Bahnsteigendes befinden
• Der im Zug befindliche Beobachter wird also das Signal vom Zuanfang eher empfangen als das vom Zugende und somit eine Ungleichzeitigkeit registrieren (im Gegensatz zum ruhenden Beobachter)

Ich könnte den Text und die Grafik ändern, würde aber gerne meine Einwände von einem oder mehreren Experten auf ihre Richtigkeit überprüfen lassen.

--Manfredgoellner (Diskussion) 17:24, 19. Dez. 2021 (CET)

Im Grunde passiert das Gleiche auch mit zwei Boten/Läufern die gleichzeitig und im selben Tempo losrennen. Dazu braucht man das Licht und die Lichtgeschwindigkeit nicht zu bemühen. Es handelt sich also um eine Binse.

Der einzige Unterschied ist wohl nur, dass man die Lichtgeschwindigkeit für eine Konstante hält, während man bei Läufern annehmen könnte, der eine ist wohl doch langsamer gelaufen. Das schöne bei der Lichtgeschwindigkeit ist, dass man, egal wie weit die Lichtquelle entfernt ist, ob sie nun gleichzeitig oder zu unterschiedlichen Zeitpunkten ausgelöst wird, feststellen kann, dass man sich bewegt. (Rotverschiebung) Das funktioniert sogar, wenn die Lampen sich im Zug selbst befinden, denn auch dann muss das Licht im hinteren Ende des Zuges zum Beobachter einen längeren Weg zurücklegen, als das Licht von vorderen Ende des Zuges. Aber auch das wäre eine Binse, denn auch normale Alltagsgegenstände verhalten sich genauso, selbst wenn man die Eigengeschwindigkeit des Zuges hier scheinbar addieren kann. Kann man? Wie verhält sich das für den Beobachter im Zug? Für ihn ist der Zug doch ein "unbewegliches" System, an dem der Bahnsteig vorbei fährt. Der Beobachter im Zug wird von einer Pistolenkugel die von der Spitze des Zuges abgefeuert wird, früher getroffen, als von der Kugel vom Ende des Zuges. Auch im Vakuum, während der arme Beobachter auf dem Bahnsteig von beiden Pistolenkugeln gleichzeitig getroffen wird. Es sei denn, jemdn msst genau und stellt dabei fest, der Bahnsteig befindet sich auf einen um sich selbst drehenden Planeten, in Drehrichtung des Planeten, der sich um die Sonne und im expandierenden Universum bewegt. Mit einer Taschen lampe oder einer Pistole und einem guten Auge, einem sehr gutem Auge, könnte man also auch in einer dunklen Höhle messen, dass man sich bewegt, wenn man sich bewegt. --77.22.248.78 20:29, 15. Jun. 2022 (CEST)

Zunächst: werft mich hier raus, wenn ich am falschen Ort diskutiere.

Also, hier kann es sich nur um eine Fehldeutung handeln. Wenn sich Lampe und Beobachter zum Zeitpunkt des Einschaltens im selben Bezugssystem befinden, findet keine Rotverschiebung statt. Sonst wäre das Michelson-Morley-Experiment nicht fehlgeschlagen.

Nur wenn die Lichtquelle sich in Relation zum Beobachter bewegt hat, ist eine Rotverschiebung durch ihn erkennbar. Die relative Bewegung ist fundamental für diesen Effekt. --Banzano (Diskussion) 12:05, 18. Apr. 2023 (CEST)

Einleitung redigiert

Ich habe mal versucht, die Einleitung mit den Augen eines wissbegierigen Laien zu lesen und dabei ein paar Stolperstellen gefunden, die ich ziemlich spontan ausgebessert habe, um einem guten Enzyklopädie-Artikel näher zu kommen. Sicher sind Verbesserungen möglich. --Bleckneuhaus (Diskussion) 21:39, 27. Mär. 2023 (CEST)

☺ -- Wassermaus (Diskussion) 16:55, 28. Mär. 2023 (CEST)

Ich habe auch noch dran rum gefummelt.--Hfst (Diskussion) 17:48, 28. Mär. 2023 (CEST)

Einführung - Verbesserungsvorschlag

Ich bin am Anfang der Einführung eben über den Halbsatz "hatte bereits Isaac Newton definiert" gestolpert, der m.E. in diesem Zusammenhang nicht ganz zutrifft. Der Begriff Inertialsystem wurde erst nach Newton eingeführt.

Ich habe deshalb einen Änderungsvorschlag:

• === Einführung ===
• Ein Inertialsystem ist ein Bezugssystem, das sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegt. In einem solchen System gilt das erste Newtonsche Gesetz: jeder kräftefreie Körper bewegt sich geradlinig und gleichförmig oder verharrt im Zustand der Ruhe. In jedem Inertialsystem gelten gleichermaßen die Gesetze der klassischen Mechanik. Bereits Galileo Galilei hatte das Relativitätsprinzip formuliert, wonach relativ zueinander gleichförmig bewegte Beobachter ihren absoluten Bewegungszustand nicht bestimmen können.

Danach unverändert weiter ab:

• Aus dem Relativitätsprinzip folgt, dass wir...

Ich warte ein paar Tage auf Rückmeldungen. Wenn ich bis dahin keine Rückmeldungen erhalte, baue ich das so ein. --Buecherdiebin (Diskussion) 13:35, 24. Jun. 2023 (CEST)

Der beanstandete Satz ist tatsächlich nicht ganz glücklich. Insgesamt wirkt der ganze Abschnitt auf mich vom Stil her nicht sehr enzyklopädisch, aber das zu verbessern wäre eine größere Aufgabe. Dennoch macht es Dein Verbesserungsvorschlag nicht wirklich besser, denn im Eingangssatz "Ein Inertialsystem ist ein Bezugssystem, das sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegt." muss die Frage "... gegenüber was?" zwangsläufig unbeantwortet bleiben. Du implizierst einen absoluten Raum, in dem es relativ zueinander gleichberechtigte Inertialsysteme gäbe, aber es ist ja gerade der Clou, dass es diesen absoluten Raum nicht gibt. Das hat man aber erst später erkannt und rückblickend Newton zugeschrieben. --Pyrrhocorax (Diskussion) 08:17, 27. Jun. 2023 (CEST)

Ich habe an zwei Stellen nachgeschaut, bevor ich meinen Vorschlag gemacht habe. An beiden Stellen steht eine einfache Aussage zur gleichförmigen Bewegung.

1) Bertelsmann Lexikon, 1996, im Eintrag Relativitätstheorie: "Nach dem Relativitätsprinzip der Mechanik ist es für einen Beobachter innerhalb eines sich gleichförmig bewegenden Bezugssystems (-> Inertialsystem) nicht möglich,...

2) Randy Harris, Moderne Physik, 2013, in Spezielle Relativitätstheorie, Grundlagen: "Es (Inertialsystem) ist definiert als ein Koordinatensystem, in dem sich ein Objekt, auf das keine resultierende Kraft wirkt - ein sogenanntes freies Objekt - mit konstanter Geschwindigkeit bewegt. In der klassischen Physik ist dies jedes Bezugssystem, das sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegt."

Ich finde die Verwendung des Begriffs Inertialsystem ohne den Hinweis auf die gleichförmige Bewegung schwierig. Ich möchte einem Leser, der davon vorher noch nichts gehört hat, die Chance geben, den Begriff in die ihm bekannte Welt einzuordnen, ohne sich erst mit den Newtonschen Gesetzen und Fixsternen auseinander zu setzen. Die Konsequenzen aus der speziellen Relativitätstheorie sind spannend genug, und die werden erklärt mit Hilfe des Gedankenexperiments von einem fahrenden Zug und einem Bahnsteig, was die Frage "gegenüber was" hinreichend beantwortet.

Deshalb denke ich, dass die einfache Definition an dieser Stelle wirklich eine Verbesserung darstellt. Ansonsten gibt es ja noch den Artikel Inertialsystem.

Anmerkung: Laut Geschichte der speziellen Relativitätstheorie hat Newton selber den absoluten Raum noch angenommen. --Buecherdiebin (Diskussion) 19:41, 27. Jun. 2023 (CEST)

Ich denke, wir sollten hier Inertialsystem nicht näher erklären. Wer was wann wie eingeführt hat ist in Inertialsystem besser aufgehoben. Dort findet sich eine Definition, die die Probleme mit absoluten Raum vermeidet. Daher kann ich mit der aktuellen Version gut leben.—Hfst (Diskussion) 22:13, 27. Jun. 2023 (CEST)

OK. Ich finde auch die aktuelle Version immer noch sehr sperrig zu lesen, lasse aber meine Finger davon. Bei den letzten beiden Absätzen konnte ich es aber nicht lassen :-) --Buecherdiebin (Diskussion) 22:53, 27. Jun. 2023 (CEST)

Axiome / Postulate

Im Artikel heißt es:

Erstes Postulat: Jedes physikalische Gesetz gilt in allen Inertialsystemen gleichermaßen. Es gibt kein bevorzugtes, „absolut ruhendes“ System.

Zweites Postulat: Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist für alle Beobachter identisch.

Folgt denn nicht das zweite Postulat aus dem ersten oder umgekehrt, wenn man das erste Postulat auf die Maxwellschen Gleichungen anwendet? --Hfst (Diskussion) 14:36, 20. Sep. 2023 (CEST)

In dem Zusammenhang irritiert mich auch der Anfang des Abschnitts Spezielle Relativitätstheorie#Lorentztransformationen

Da die Gesetze der Elektrodynamik in jedem Bezugssystem gleichermaßen gelten, das ist das erste Postulat

gilt insbesondere auch ihre Vorhersage einer konstanten Vakuum-Lichtgeschwindigkeit. damit ist das zweite Postulat doch eine Vorhersage?

Oder hat Einstein "zur Sicherheit" zwei Postulate eingeführt, wo auch eins genügt hätte?

--Hfst (Diskussion) 15:00, 20. Sep. 2023 (CEST)

Ich glaube, ich habe eine Antwort gefunden.

Die beiden oben genannten zentralen Postulate − das Relativitätsprinzip und die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit − sind zwar logisch voneinander unabhängig, hängen aber dennoch auf eine vielleicht unerwartete Weise zusammen. Aus dem Relativitätsprinzip allein lässt sich zeigen, dass die Formeln für die Umrechnung von Ereigniskoordinaten zwischen verschiedenen Inertialsystemen dieselbe Form wie die Lorentztransformation haben müssen, wobei die Konstante c nicht bestimmt ist und (als Grenzfall) auch unendlich sein kann. Bewegt sich ein Objekt in einem Inertialsystem mit dieser Geschwindigkeit c, so hat seine Geschwindigkeit in allen anderen Systemen denselben Wert! Ist die Konstante c also endlich, hat sie die Bedeutung einer universellen Geschwindigkeit, ist sie unendlich, ergibt sich die Galileitransformation (die ebenfalls im Abschnitt über die Lorentztransformation besprochen wird). Insofern steckt das Postulat von der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit bereits zum Teil im Relativitätsprinzip!

Franz Embacher Spezielle Relativitätstheorie / Argumentationen zur Herleitung der wichtigsten Aussagen, Effekte und Strukturen

Eine Einarbeitung muss ich allerdings zurück stellen.

--Hfst (Diskussion) 15:50, 20. Sep. 2023 (CEST)

Die Postulate sind schlicht falsch zitiert. Bei Einstein heißt es wörtlich: "2. Jeder Lichtstrahl bewegt sich im "ruhenden" Koordinatensystem mit der Geschwindigkeit $V$ [Anm.: heutige Schreibweise: $c$] unabhängig davon, ob der Lichtstrahl von einem ruhenden oder bewegten Körper emittiert wird." Das bedeutet zunächst nur, dass die Lichtgeschwindigkeit unabhängig von der Bewegung der Lichtquelle einen bestimmten Wert $c$ hat. Wenn man beide Aussagen zusammennimmt, folgt daraus, dass dieser Wert $c$ für jeden Beobachter denselben Wert hat. Das ist eine andere Aussage, und zwar eine Folgerung aus beiden. Ich werde das ändern. Wenn diese Aussage unmittelbar aus den Maxwell-Gleichungen folgen würde, dann hätte man das Michelson-Morley-Experiment nicht gebraucht, um den Äther zu widerlegen. --Pyrrhocorax (Diskussion) 16:59, 20. Sep. 2023 (CEST)

Dann aber bitte auch in Einsteinsche Postulate ändern, denn da steht es genauso drin. --Hfst (Diskussion) 17:03, 20. Sep. 2023 (CEST)