Existiert absolute Geschwindigkeit?

Chris, Sie stehen tatsächlich kurz davor zu verstehen, wie die spezielle Relativitätstheorie funktioniert. Du bist ganz in der Nähe. Sie müssen nur einen zusätzlichen Schritt machen.

Zu sagen, dass alle Geschwindigkeit relativ zu einem Objekt ist, bedeutet im Wesentlichen zu sagen: "Geschwindigkeit existiert nicht, sondern ist nur relativ zu einem Beobachter."

Das ist richtig. Absoluter Raum, wie in der Newtonschen Physik, existiert nicht. Gleiches gilt für die absolute Zeit. Beide sind nur Beziehungen zwischen Objekten und zwischen Ereignissen.

Solange Sie an den Vorstellungen von absolutem Raum und absoluter Zeit festhalten, kann die Relativitätstheorie nicht verstanden werden. Lässt man sie los, erscheint die Relativitätstheorie tatsächlich natürlich.

Einstein hat einfach folgendes bemerkt:

A) Alle bisherigen Experimente (wie Michelson-Morley) haben gezeigt, dass man immer das gleiche Ergebnis erhält, wenn man die Lichtgeschwindigkeit misst, egal was passiert.

B) Die Maxwell-Gleichungen für elektromagnetische Felder (wie Licht) beinhalten die Lichtgeschwindigkeit, und der Wert dieser Geschwindigkeit ist rahmenunabhängig. Das heißt, sie zeigen immer die gleiche Lichtgeschwindigkeit, egal wie sich der Beobachter bewegt.

Sowohl A als auch B sagen dasselbe: Lichtgeschwindigkeit ist immer gleich. Aber wie kann das sein, wenn sich verschiedene Beobachter mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch den absoluten Raum bewegen?

Die Antwort ist - absoluter Raum ist kein Ding. Der Raum ist nur ein Hintergrund für eine spezielle Art von Beziehung zwischen Objekten, die als "Entfernung" bezeichnet wird. Die Zeit ist nur ein Hintergrund für eine spezielle Art von Beziehung zwischen Ereignissen, die als "Dauer" bezeichnet wird. Aber weder Raum noch Zeit sind Dinge, die von Objekten und Ereignissen getrennt sind. Nur wenn Sie eine ganze Reihe von Beziehungen vom Typ "Distanz" zusammenstellen, scheint Raum zu erscheinen.

Das wirklich Wichtige ist die Lichtgeschwindigkeit. Es ist eine grundlegende Naturkonstante, wie die Planck-Energie usw. Dieses Universum ist so aufgebaut, dass die Lichtgeschwindigkeit und andere Konstanten gleich bleiben, egal was passiert.

Aber Raum und Zeit sind abgeleitete Begriffe. Sie sind keine ursprünglichen Realitäten wie die Lichtgeschwindigkeit. Sie sind also auf den Beobachter angewiesen. Für mich sieht das Bündel von Distanzbeziehungen, das wir "Raum" nennen, so aus. Für Sie sieht das gleiche Bündel etwas anders aus. Das ist in Ordnung, weil der Raum nicht absolut ist; es ist von vielen anderen Dingen abgeleitet.

Wenn Sie die Taschenlampe werfen, ist die Lichtgeschwindigkeit von ihr für alle gleich. Aber wie kann das sein, da sich verschiedene Beobachter unterschiedlich bewegen? Ganz einfach: Sie alle sehen die Bündel von Distanzrelationen unterschiedlich; Diese Unterschiede sind so groß, dass die Lichtgeschwindigkeit immer gleich bleibt.

Und das ist kurz gesagt die spezielle Relativitätstheorie.

Anscheinend ist die Geschwindigkeit von (sichtbarem) "Licht" für jeden Beobachter bei jeder gegebenen relativen Bewegung zu anderen Beobachtern gleich, da die Definition von sichtbarem Licht ein spezifischer Energiezustand ist, der seine Geschwindigkeit für jeden Beobachter definiert. Wenn es sich um einen höheren oder niedrigeren Energiezustand handeln würde, würde es in einen anderen Teil des elektromagnetischen Spektrums verschoben und wäre kein „sichtbares“ Licht mehr.

So dass zwei Beobachter, von denen sich einer mit einer relativen Bewegung von Null zu einer Lichtquelle bewegt und der andere sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit auf die Lichtquelle zubewegt, jeweils das von der Quelle ausgehende "sichtbare" Licht mit einer Konstante sehen würden. Dies setzt eine Breitbandemission voraus. Das ändert sich jedoch, wenn die Lichtquelle nur eine bestimmte Wellenlänge hat. In diesem Fall tritt eine Phasenverschiebung auf und das sich bewegende Objekt (relativ zur Quelle) würde das sichtbare Licht nicht bei derselben Wellenlänge "sehen" wie der Beobachter, der keine relative Bewegung zur Quelle hat. Und wenn sich der Beobachter, der eine relative Bewegung hat, schnell genug bewegt, kann sich die Quellenemission durchaus vollständig außerhalb des sichtbaren Lichtspektrums verschieben.

Existiert absolute Geschwindigkeit?

Ja tut es.

Es scheint, dass alle auf derselben Seite sind, dass es keine "absolute Geschwindigkeit" gibt, da alles relativistisch ist.

Ich bin ein "Relativist", aber ich bin nicht auf dieser Seite. Wegen der CMBR. Google im CMBR-Referenzrahmen und schau dir die CMBR-Dipolanisotropie an . Es ist kein absoluter Rahmen im eigentlichen Sinne des Wortes. Aber Sie können es verwenden, um Ihre Geschwindigkeit durch das Universum zu messen. Und das Universum ist so absolut wie es nur geht.

Dies lässt mich jedoch verwirrt zurück. Dies scheint nicht mit dem Konzept zusammenzuhängen, dass die Lichtgeschwindigkeit tatsächlich eine unveränderliche Konstante ist.

Ich fürchte, das ist es nicht. Siehe Ist die Lichtgeschwindigkeit überall gleich? auf der PhysicsFAQ-Website:

"Ändert sich die Lichtgeschwindigkeit in Luft oder Wasser? Ja. Licht wird in transparenten Medien wie Luft, Wasser und Glas verlangsamt."

„Diese Gyroskope senden Licht um eine geschlossene Schleife, und wenn sich die Schleife dreht, misst ein Beobachter, der auf der Schleife fährt, das Licht langsamer, wenn es die Schleife in einer Richtung durchquert, als wenn es die Schleife in die entgegengesetzte Richtung durchquert.“

„Einstein spricht in dieser Passage nicht von einem frei fallenden Koordinatensystem, sondern von einem relativ zu einer Gravitationsquelle ruhenden Koordinatensystem. In einem solchen Koordinatensystem kann die nicht ganz genau definierte „Lichtgeschwindigkeit“ abweichen c, im Grunde wegen der Wirkung der Schwerkraft (Raumzeitkrümmung) auf Uhren und Lineale.“

Die Antwort ist nein. Die Lichtgeschwindigkeit ist nicht überall gleich. Aber Sie messen die lokale Lichtgeschwindigkeit als gleich, weil Sie unsere Sekunden und Ihre Meter mit Licht definieren. Wenn Sie sie also verwenden, um die Geschwindigkeit dieses Lichts zu messen, erhalten Sie immer die gleiche Antwort. Siehe Kommentare zu „Hinweis zu Theorien der Lichtgeschwindigkeit“ von Joao Magueijo und John Moffat.

Aber zu sagen, dass alle Geschwindigkeit relativ zu einem Objekt ist, bedeutet im Wesentlichen zu sagen: "Geschwindigkeit existiert nicht, sondern ist nur relativ zu einem Beobachter".

Geschwindigkeit existiert. Es könnte relativ zu etwas anderem sein, selbst wenn dieses Etwas das Universum ist. Aber auch wenn es nur relativ ist, ist das kein Grund zu sagen, dass es nicht existiert. Eine Kugel ist nur ein harmloser Bleiklumpen, den man in der Hand wiegen kann. Aber eine rasende Kugel wird dich töten. Denken Sie darüber nach, wie das mit „Geschwindigkeit existiert nicht, sondern ist nur relativ zu einem Beobachter “ zusammenhängt.

Dennoch ist die Lichtgeschwindigkeit eine berechenbare Konstante, die sich nie ändert. Wie können wir dann sagen, dass es keine absolute Geschwindigkeit gibt?

Wir können nicht. Wir können sagen, dass es so etwas wie einen absoluten Referenzrahmen nicht gibt, sodass Sie nicht feststellen werden, dass Ihre experimentellen Ergebnisse in Ihrer versiegelten Box von der Geschwindigkeit dieser Box beeinflusst werden. Aber wie gesagt, das Universum ist so absolut wie es nur geht, und Sie können Ihre Geschwindigkeit relativ zum Universum messen.

Wenn ich eine eingeschaltete Taschenlampe mit 80 km/h in den Weltraum werfe, erhöht sich dann die Geschwindigkeit des von der Taschenlampe ausgestrahlten Lichts um 50 km/h in die Richtung, in die ich sie geworfen habe? Natürlich nicht. Wir wissen das.

Richtig. Weil Licht eine E=hf-Wellennatur hat. Die Geschwindigkeit einer Welle hängt vom Medium ab, das sie durchdringt, nicht von der Geschwindigkeit des Senders.

Aber wenn dies wirklich der Fall ist, wie kann es dann keine absolute Geschwindigkeit geben, die durch Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit in Bezug auf das Objekt, das wir messen, berechnet werden könnte (da die Lichtgeschwindigkeit konstant ist)? Bitte helft mir, denn das nervt mich.

Es ist einfacher als Sie denken. Schauen Sie sich die Definition der Sekunde und die Definition des Meters an :

Die SI-Definition von Sekunde ist die Dauer von 9 192 631 770 Strahlungsperioden ...

Der Meter ist die Länge des Wegs, den Licht im Vakuum während eines Zeitintervalls von 1/299792458 Sekunde zurücklegt.

Sie messen die lokale Lichtgeschwindigkeit als konstant aufgrund der Art, wie Sie Ihre Sekunden und Ihre Meter definieren, und aufgrund der Wellennatur der Materie . Sehen Sie sich Dinge wie Paarbildung und Elektronenbeugung an . Fragen Sie sich Folgendes: Wenn Sie und Ihre Stäbe und Uhren aus Schallwellen bestehen würden, sodass Sie Ihre Meter und Sekunden anhand der Bewegung von Schallwellen definieren würden, wie würden Sie jemals die lokale Schallgeschwindigkeit auf etwas anderes als 340 m messen? /s?

Änderung vom 14.09.2017:

Um zu überprüfen, was ich oben gesagt habe, siehe dies in den digitalen Papieren von Einstein aus dem Jahr 1920:

„Wie eine einfache geometrische Betrachtung zeigt, tritt die Krümmung von Lichtstrahlen nur in Räumen auf, in denen die Lichtgeschwindigkeit räumlich veränderlich ist . Zeitbereiche, in denen Gravitationsfelder (unter geeignet gewählten Koordinatensystemen) abwesend sind."

Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum variiert. Siehe auch diese PSE-Antwort , die Professor Douglas Scott zitiert :

„Die entscheidende Annahme von Einsteins Theorie ist jedoch nicht, dass es keine speziellen Koordinatensysteme gibt, sondern dass es keine speziellen Koordinatensysteme gibt, in denen die Gesetze der Physik unterschiedlich sind. Es gibt eindeutig ein Koordinatensystem, in dem das CMB ruht, und das ist gewissermaßen das Ruhesystem des Universums . Aber für jedes Physikexperiment ist jedes andere System so gut wie dieses. Der einzige Unterschied besteht also darin, dass Sie im CMB-Ruhesystem keine Geschwindigkeit in Bezug auf die CMB-Photonen messen, aber das impliziert keinen grundlegenden Unterschied in den Gesetzen der Physik.

Die spezielle Relativitätstheorie war älter als die CMBR. Siehe auch dies in den digitalen Nachlässen von Einstein , wiederum von 1920:

„Zusammenfassend können wir sagen, dass nach der allgemeinen Relativitätstheorie der Raum mit physikalischen Eigenschaften ausgestattet ist; in diesem Sinne existiert also ein Äther “.

Siehe Wikipedia und oben für die Definition der Sekunde und die Definition des Meters . Sie werden beide mit Licht definiert.