Wenn ich mit etwa 60 km/h in einem Auto fahre und ein Licht anstrahle, bedeutet das, dass sich das Licht schneller als die Lichtgeschwindigkeit fortbewegt?

Der Titel sagt alles.

Wenn ich mit 60 km/h in einem Bus saß und anfing, im Bus mit einer konstanten Geschwindigkeit von 5 km/h zu laufen, würde ich mich technisch gesehen mit 65 km/h bewegen, richtig?

Also stellte mir mein Sohn heute eine interessante Frage: Da sich Licht so schnell fortbewegt wie alles, was wäre, wenn ich Licht anstrahlen würde, wenn ich mich in einem Auto bewege?

Wie soll ich seine Frage beantworten?

Wenn Ihnen diese Frage gefällt, können Sie auch diesen Phys.SE-Beitrag lesen.
Das ist das Erstaunliche an der Relativität, dass sich die Lichtgeschwindigkeit nicht in der gleichen Weise addiert wie kleine Geschwindigkeiten! Ihr Sohn befindet sich auf dem Weg, der Einstein zur Entwicklung der Relativitätstheorie führte.
Dies sollte Ihre Frage in weniger als fünf Minuten beantworten: youtube.com/watch?v=vVKFBaaL4uM
Genau diese Frage stellte Einstein, die ihn zur Entdeckung der speziellen Relativitätstheorie führte.
Bisher hat noch niemand das Michelson-Morley-Experiment erwähnt - erstaunlich, da dies die empirische Grundlage für alles Folgende ist und für ein Kind einfach genug ist, um die Ergebnisse (wenn nicht die Techniken) von zu verstehen: en.wikipedia.org/wiki/Michelson%E2 %80%93Morley_experiment

Antworten (8)

Wenn ich mit 60 km/h in einem Bus saß und anfing, im Bus mit einer konstanten Geschwindigkeit von 5 km/h zu laufen, würde ich mich technisch gesehen mit 65 km/h bewegen, richtig?

Nicht ganz richtig. Sie hätten Recht, wenn die Galileische Transformation die Beziehung zwischen sich bewegenden Referenzrahmen korrekt beschrieben hätte, aber das tut sie nicht.

Stattdessen ist der empirische Beweis, dass die Lorentz-Transformation verwendet werden muss und durch diese Transformation Ihre Geschwindigkeit in Bezug auf den Boden etwas weniger als 65 km/h betragen würde. Gemäß der Lorentz-Geschwindigkeitsadditionsformel ist Ihre Geschwindigkeit in Bezug auf den Boden gegeben durch:

60 + 5 1 + 60 ⋅ 5 c 2 = 65 1 + 3.333 ⋅ 10 − fünfzehn km / h ≈ 64.9999999999998   km / h

Sicher, das ist nur sehr wenig weniger als 65 km/h, aber das ist wichtig für Ihre Hauptfrage, denn wenn wir die Geschwindigkeit des Lichts relativ zum Boden berechnen, erhalten wir:

60 + c 1 + 60 ⋅ c c 2 = c

Die Lichtgeschwindigkeit relativ zum Boden bleibt c !

Stimmt, aber normalerweise halten wir die Tatsache, dass die Lichtgeschwindigkeit konstant ist, für ein physikalisches Gesetz, und die Lorentz-Transformation ist nur eine Folge dieses Gesetzes.
@200_success, das passende Wort hier wäre eher invariant als konstant. Aber tatsächlich hat die allgemeinste Koordinatentransformation, wenn man nur das Relativitätsprinzip* verwendet, eine unveränderliche Geschwindigkeit. Dies reduziert das 2. Postulat einfach auf "die unveränderliche Geschwindigkeit ist c ". arxiv.org/abs/physics/0302045
Eine richtige Antwort, aber für einen 6- oder 8-Jährigen kaum nachvollziehbar.
@PieterGeerkens Nein, aber die Idee von Alfreds Antwort ist etwas, was Kinder in diesem Alter gerne hören - ich denke, es wäre eine großartige und angemessene Sache, ihnen zu sagen, dass "es tatsächlich ein bisschen weniger als 65 km / h ist und je schneller Sie fahren , desto mehr wird die Regel gebrochen, dass sich Geschwindigkeiten nach kindlichem Verständnis addieren“.
@WetSavannaAnimalakaRodVance: Glaubst du wirklich, dass aufgeweckte Kinder es mögen, wenn man sie so herunterredet? Schäm dich!
@PieterGeerkens In einigen Fällen ja: Kinder sind alle sehr unterschiedlich. Die Bildungsforschung zeigt, dass dieses Alter genau das Alter ist, in dem die abstrakten Eigenschaften eines Systems gerade erst beginnen, in ihren Köpfen Fuß zu fassen - siehe hier -, so dass algebraische Erklärungen viele Kinder verwirren. Es ist wichtig, Ihren Schüler gut zu kennen und seine Reaktion auf Sie genau zu beobachten – Geek-Mädchen oder -Jungs werden Ihnen eine zu einfache Antwort eindeutig nicht verzeihen, also müssen Sie bereit sein, in Sekundenbruchteilen den Gang zu wechseln. Aber angesichts dessen, was wir über Kinder wissen ...
@PieterGeerkens ..... Verständnis von Systemeigenschaften, die Sprache von Regeln und Mustern ist völlig angemessen. Der allgemein beste Weg, dies zu tun, besteht darin, zu versuchen, mit Fragen aufzufordern – „Glauben Sie, dass sich Geschwindigkeiten immer so addieren?“ und so weiter - die Antwort "Ja" selbst eines aufgeweckten Kindes wird fast sicher sein, weil diese Art von Zeug sehr weit von der alltäglichen Erfahrung entfernt ist.
@PieterGeerkens Auch hier ist es wichtig zu bedenken, dass dies genau das Alter ist, in dem ein Mittel für Allegorie, Metapher und bildliche Sprache blüht, und Kinder lieben es, Dinge aus der Sicht der Sache zu betrachten, als ob ein Bus leben würde und dass alle Dinge im Universum Regeln aufstellen müssen, damit sie zusammenleben können. Man könnte sagen, dass solche Themen ohne allzu große Übertreibung die Grundlage für einen Großteil der beliebtesten Kinderliteratur bilden: Schauen Sie sich die Arten von Ideen und Themen bei Elisabeth Beresford, Roald Dahl, Astrid Lindgren und so weiter an. ...
@PieterGeerkens Einer der Freunde meiner Tochter hat eine außergewöhnliche Fähigkeit, selbst die abstraktesten Dinge zu verstehen, aber im Alter von sieben Jahren ist sie fast eine lebende Version von Lauren Childs Lola – ein Kind, das buchstäblich in der Lage war, das Konzept eines Minimal zu verstehen Oberfläche im Wissenschaftsraum unserer Schule, aber gleichzeitig würde ich mir viel lieber vorstellen und darüber sprechen, "wie es sich anfühlen würde, die Luft in einer Blase zu sein, wie wäre das Leben, wenn Sie in einer Blase leben müssten. .."
@ 200_success : Unter Annahme von Linearität (Translationsinvarianz) und Rotationsinvarianz können Sie Lorentz-Transformationen ableiten, indem Sie die Ein-Parameter-Untergruppen von betrachten S L ( 2 , R ) (es gibt fünf davon) und schließe 4 davon aus, mit physikalischen Einschränkungen wie Positivität der Energie (Invarianz des Zeitpfeils) und anderen grundlegenden physikalischen Axiomen. Sie werden Lorentz-Transformationen finden, ohne das Postulat einer konstanten Lichtgeschwindigkeit verwendet zu haben.
@Trimok WoW! Hast du dafür eine Referenz? Oder könntest du etwas mehr erklären? Ich könnte das als Frage stellen - das klingt super interessant!
@WetSavannaAnimalakaRodVance: Nein, leider. Es ist ein persönliches Denken, also könnte es falsch sein ... Aber das Thema ist interessant. Ein Punkt ist, dass ich mich eher auf die Transformationen von Impuls/Energie als auf die Transformation von Raumzeit konzentriere, weil die Beschränkungen direkter ausnutzbar sind.

Sie sollten Ihrem Sohn sagen, dass genau diese Frage von einigen der klügsten Physiker des 19. Jahrhunderts gestellt, erforscht und schließlich beantwortet wurde. Schließlich entwickelten zwei Wissenschaftler namens Michelson und Morley ein Experiment , um diesen Effekt zu messen, und stellten erstaunt fest, dass es ihn nicht gab! Eher:

Licht breitete sich in alle Richtungen mit genau der gleichen Geschwindigkeit aus, unabhängig von der Geschwindigkeit seines Emitters.

Dieses Ergebnis erstaunte die Physiker der Welt und führte zur Entwicklung der Speziellen Relativitätstheorie durch Einstein.

+1 Tolle Antwort. Ich liebe es, wie es die Wissenschaftsgeschichte, die empirische Methode und die Geschichte dieser Entdeckung berührt. Sicher, um dazu zu führen, dass der Sohn von OP mehr herausfinden möchte.
Sie überprüften tatsächlich die Geschwindigkeit des Emitters in Bezug auf den Äther , was sie beweisen wollten. Nur um festzustellen, dass es keinen Äther gab.
@FrankPresenciaFandos: Ja, durch Messen der erhöhten Lichtgeschwindigkeit in der Richtung, in der sich die Erde relativ zum Äther bewegt.
„Genau diese Frage wurde von einigen der klügsten Physiker des 19. Jahrhunderts gestellt, erforscht und schließlich beantwortet.“ Mit anderen Worten: Mit dieser Frage befand sich OPs Sohn in sehr guter Gesellschaft!

Aus technischen Gründen glaube ich, dass das Leuchten von einem sich bewegenden Fahrzeug auf der Erde tatsächlich schneller* sein wird als das Licht, das von einem stehenden Fahrzeug auf der Erde scheint, aber beide Lichtformen würden sich langsamer als die Lichtgeschwindigkeit bewegen ( c), was sich auf die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum bezieht.

Dies liegt daran, dass das Medium, durch das sich das Licht bewegt (Luft), das Licht um etwa 88 km/s verlangsamt ( laut Wikipedia ).

Das Licht in einem Vakuum, das von einem sich bewegenden Objekt emittiert wird, sollte sich jedoch aus den Gründen, die in allen anderen Antworten auf diese Frage aufgeführt sind, mit der gleichen Geschwindigkeit fortbewegen wie Licht in einem Vakuum, das von einem stationären Objekt emittiert wird.

* solange sich das Licht in der Luft ausbreitet, die mit dem Fahrzeug mitfährt, wie z. B. die Luft zwischen der Scheinwerferlampe und dem Scheinwerfergehäuse

Der erste Absatz ist falsch. Auch in Medien, in denen die Lichtgeschwindigkeit geringer ist als c , ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit immer noch unabhängig von der Geschwindigkeit der Quelle.
@ChrisWhite, ich würde meine Antwort gerne aktualisieren, wenn Sie näher erläutern würden, warum dies der Fall ist. Meine Physikkenntnisse sind bestenfalls oberflächlich, daher hätte ich lieber mehr gute Informationen, als die Leute in die Irre zu führen, wenn ich falsch liege.
Wellen – ob Schall, Licht oder Wasser – sind lokale Phänomene, was bedeutet, dass die Art und Weise, wie sich die Welle bewegt, von ihrer unmittelbaren Umgebung bestimmt wird, nicht von dem, was die weit entfernte Quelle möglicherweise getan hat. Die Geschwindigkeit der Quelle beeinflusst die Frequenz der Welle, aber zwei Wellen derselben Frequenz im selben Medium bewegen sich mit derselben Geschwindigkeit, was für Licht in Luft, wie Sie sagten, etwas langsamer ist als c .
@ChrisWhite, dann in diesem Fall: Wenn sich zwei Lichtwellen in zwei getrennten Medien derselben Substanz in dieselbe Richtung ausbreiten würden und sich diese Medien in dieser Richtung relativ zueinander bewegen würden, würden sich die Lichtwellen nicht ausbreiten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten in Bezug aufeinander?
@ChrisWhite, ich versuche herauszufinden, ob das zugrunde liegende Problem meiner Antwort darin besteht, dass sich das vom Fahrzeug strahlende Licht im selben Medium bewegt wie das neben dem Fahrzeug strahlende Licht und daher nicht von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs beeinflusst wird Fahrzeug, oder ob es etwas ganz anderes ist.
Wenn sich die Luft mit dem Auto bewegt, könnte die Lichtgeschwindigkeit höher sein als die Lichtgeschwindigkeit durch ruhende Luft. Bewegt sich aber nur das Auto und nicht die Luft, dann leuchten stehende und fahrende Taschenlampen mit der gleichen Geschwindigkeit, also c minus 88 km/s.
@MarkLakata, ChrisWhite, danke für die Erklärungen! Ich habe meine Antwort aktualisiert, um dieses Problem zu beheben. Lassen Sie mich wissen, wenn es weitere Probleme gibt.

Sie können mit der Beantwortung seiner Frage beginnen, indem Sie die Doppler-Verschiebung für akustische Wellen erklären .

Der Doppler-Effekt (oder Doppler-Shift), benannt nach dem österreichischen Physiker Christian Doppler, der ihn 1842 in Prag vorschlug, ist die Änderung der Frequenz einer Welle (oder eines anderen periodischen Ereignisses) für einen Beobachter, der sich relativ zu seiner Quelle bewegt. Es ist häufig zu hören, wenn sich ein Fahrzeug, das eine Sirene oder ein Horn ertönen lässt, einem Beobachter nähert, vorbeifährt und sich von ihm entfernt. Die empfangene Frequenz ist im Anflug höher (im Vergleich zur abgestrahlten Frequenz), im Moment der Vorbeifahrt ist sie gleich und während der Rezession niedriger.

Die relativen Frequenzänderungen können wie folgt erklärt werden. Wenn sich die Quelle der Wellen auf den Beobachter zubewegt, wird jeder nachfolgende Wellenberg von einer Position emittiert, die dem Beobachter näher ist als die vorherige Welle. Daher benötigt jede Welle etwas weniger Zeit, um den Beobachter zu erreichen, als die vorherige Welle. Daher wird die Zeit zwischen dem Eintreffen aufeinanderfolgender Wellenberge beim Beobachter verkürzt, was zu einer Erhöhung der Frequenz führt. Während sie unterwegs sind, verringert sich der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Wellenfronten; so "bündeln" sich die Wellen. Wenn sich umgekehrt die Wellenquelle vom Beobachter wegbewegt, wird jede Welle von einer Position emittiert, die weiter vom Beobachter entfernt ist als die vorherige Welle, sodass die Ankunftszeit zwischen aufeinanderfolgenden Wellen erhöht wird, wodurch die Frequenz verringert wird.

Die Erwartung Ihres Sohnes funktioniert auf diesem intuitiven Hintergrund.

Aber Lichtwellen brauchen im Gegensatz zu Schallwellen, die Luft brauchen, um unsere Ohren zu erreichen, kein Medium, um unsere Augen zu erreichen. Dies zeigt sich darin, dass das Licht der Sterne uns durch das Vakuum des Weltraums erreicht, wo es kein Medium gibt. Die Leute nahmen früher ein Medium für Licht an, Äther , aber Experimente bewiesen, wie die anderen Antworten richtig sagen, dass die Lichtgeschwindigkeit c konstant war, unabhängig von der Bewegung des Emitters oder Absorbers. Also nein, es wird keine Änderung der gemessenen Geschwindigkeit des emittierten Lichts geben, egal ob wir auf dem Boden sitzen, vorwärts oder rückwärts oder seitwärts oder im Auto selbst.

Es gibt jedoch eine Wirkung. Licht, das von einer sich auf uns zubewegenden Quelle emittiert wurde, ändert nicht seine Geschwindigkeit, aber es ändert seine Frequenz zu einem höheren Wert; wenn er zurückgeht, auf einen niedrigeren Wert. Da die Energie der Photonen durch E=h*nu gegeben ist, bedeutet dies, dass sie aufgrund der relativen Bewegungen von Beobachter und Emitter eine zusätzliche Energie gewinnen oder etwas verlieren.

Dies war sehr nützlich für die Astrophysik. So kennen wir zum Beispiel die relativen Bewegungen der Sterne in Bezug auf uns. Licht kommt von Spektren von Atomen und wir kennen sie hier im Labor. Sie sind unverwechselbar und identifizieren, ob wir Licht von Eisen oder Sauerstoff oder Wasserstoff im Gaszustand sehen. Die Frequenzänderung der Spektrallinien verrät uns die Bewegung des Sterns relativ zu uns. Es gibt viele Anwendungen dieser Methode .

Zweites Postulat (Invarianz von c) der speziellen Relativitätstheorie lautet wie folgt:

Licht breitet sich, gemessen in einem beliebigen Inertialbezugssystem, im leeren Raum immer mit einer bestimmten Geschwindigkeit c aus, die unabhängig vom Bewegungszustand des emittierenden Körpers ist.

Oder dass sich Objekte, die sich in einem Referenzrahmen mit der Geschwindigkeit c fortbewegen, zwangsläufig in allen Referenzrahmen mit der Geschwindigkeit c fortbewegen. Dieses Postulat ist eine Teilmenge der Postulate, die Maxwells Gleichungen bei der Interpretation zugrunde liegen, die ihnen im Zusammenhang mit der speziellen Relativitätstheorie gegeben wird. Im Grunde existiert also eine absolute Konstante 0 < c < (unendlich) mit der obigen Eigenschaft. Sie können also Licht strahlen lassen, während Sie mit Lichtgeschwindigkeit reisen, und es wird immer noch bei c gehen, nicht mehr und nicht weniger. Bezug: Wiki .

Ein wesentliches Postulat der speziellen Relativitätstheorie ist, dass sich Licht in allen Bezugssystemen mit der gleichen Geschwindigkeit bewegt . Jemand, der neben dem fahrenden Bus steht, wird das sich bewegende Licht genauso schnell beobachten wie jemand, der im Bus sitzt, es sieht. Es mag nicht intuitiv sein, aber es stimmt sowohl mit dem Experiment als auch mit dem mathematischen Rahmen der Theorie überein.

Sollte lauten " ... in allen Trägheitsreferenzrahmen . ".

Ihr Sohn hat recht, aus der Perspektive eines außenstehenden Beobachters, der nicht im Bus sitzt. Genauso verhält es sich mit dem Licht. Während 65 km/h im Verhältnis zur Lichtgeschwindigkeit vernachlässigbar sind, hat er recht. Wenn ich mit 90 % c unterwegs bin und ein Licht vor mich leuchte, wird mich das Licht mit Lichtgeschwindigkeit verlassen. Wenn Sie mich im Stehen beobachten würden, würde das Licht meine Taschenlampe immer noch bei c verlassen. Seltsamerweise muss etwas nachgeben, um dies auszugleichen, und dies ist die Zeit. Was in meinem Beispiel bedeutet, jemand ist auf Zeitreise. Denken Sie daran, dass Sie alles, was Sie mit Ihren Augen sehen, in der Vergangenheit sehen, nicht jetzt im genauen Moment. Einstein erkannte dies, als er mit dem Zug fuhr und auf die Uhr an einem Gebäude schaute.

Diese Frage wurde in PSE unzählige Male beantwortet. Ein bisschen Recherche in PSE schadet nicht.

Ok, das ist also eine klassische Frage, die darstellt, wie falsch wir über die Realität denken oder wie sehr sich die Realität von unserer Vorstellung unterscheidet.

Jedes Objekt bewegt sich in der Raumzeit mit einer und nur einer Geschwindigkeit. Die Geschwindigkeit von C=1ls/s (aka: eine Lichtsekunde pro Sekunde, auch bekannt als „Lichtgeschwindigkeit“, aber in Wirklichkeit ist es die Geschwindigkeit von allem, was sich in der Raumzeit bewegt).

Der einzige Unterschied zwischen Licht und sagen wir einem Auto ... Besteht darin, dass sich Licht mit der Geschwindigkeit C ausschließlich im Raum bewegt . Wo sich ein Auto in Raum und Zeit zusammen mit der Geschwindigkeit C bewegt .

Diese Kombination von Geschwindigkeiten (Ihre Geschwindigkeit in Zeit und Raum) wird Ihre Geschwindigkeit in der Raumzeit genannt und hängt mit dem Lorentz-Faktor γ zusammen.

γ   =   1 1 − u 2 c 2

wo:

  1. v ist die Relativgeschwindigkeit zwischen Trägheitsreferenzrahmen
  2. c ist die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum
  3. β ist das Verhältnis von v zu c
  4. t ist die Koordinatenzeit
  5. τ ist die Eigenzeit für einen Beobachter (Messung von Zeitintervallen im eigenen Rahmen des Beobachters)

Nun... Werfen wir einen Blick auf ein Photon und ein Auto.

Ein Auto bewegt sich mit 60 km/h (oder 16,6 m/s) im Raum und unter Verwendung des Lorentz-Faktors können wir sehen, dass sich das Auto AUCH zeitlich mit (299.247.994,113 m/s) bewegt. Wenn wir 16,6 und 299.247.994,113 für die Raumzeit kombinieren, erhalten wir 299.792.458 m/s, was genau der Geschwindigkeit von C (oder der „Lichtgeschwindigkeit“) in der Raumzeit entspricht. Ihr Auto bewegt sich also mit Lichtgeschwindigkeit in der Raumzeit .

Jetzt ist ein Photon noch einfacher!

Ein Photon bewegt sich mit 299.792.458 m/s im Weltraum. Und mit dem Lorentz-Faktor können wir feststellen, dass sich das Photon zeitlich genau mit 0 m/s bewegt!

Wenn wir also 299.792.458 und 0 für die Raumzeit kombinieren, erhalten wir 299.792.458 m/s, was die Geschwindigkeit ist, mit der sich das Photon in der Raumzeit bewegt.

Sowohl das Photon als auch das Auto bewegen sich in der Raumzeit exakt mit derselben Geschwindigkeit! Die Geschwindigkeit von C. Das Auto bewegt sich hauptsächlich in der Zeit, das Photon bewegt sich NUR im Raum, das ist der einzige Unterschied zwischen ihnen.

Ihre Frage lautete also: "Wenn ich in einem Auto mit etwa 60 km/h fahre und ein Licht anstrahle, bedeutet das, dass sich das Licht schneller als die Lichtgeschwindigkeit fortbewegt?"

Lassen Sie uns diese Frage umformulieren, um sie genauer zu machen:

„Wenn ich in einem Auto mit etwa 60 km/h IM RAUM (und 299.247.994,113 m/s in der Zeit) unterwegs bin und ein Licht anstrahle, bedeutet das, dass sich das Licht schneller als die Lichtgeschwindigkeit im Weltraum fortbewegt ?“

NEIN

Ihr Auto bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit, aber hauptsächlich in der Zeit und ein wenig (16,6 m/s) im Raum. Die Photonen Ihrer Taschenlampe bewegen sich mit genau der Lichtgeschwindigkeit in der Raumzeit, aber NUR im Raum und nicht in der Zeit. Sowohl Sie als auch die Photonen werden sich weiterhin mit genau Lichtgeschwindigkeit in der Raumzeit bewegen, Ihre getrennten Flugbahnen werden jedoch nicht dieselben sein. Ihr werdet weiterhin hauptsächlich in der Zeit reisen und die Photonen werden nur im Raum reisen und die Zeit wird nicht vergehen.

Das ist die wahre Realität. Die Realität, die wir beobachten, ist falsch, weil wir das wahre Bild nicht sehen (oder nicht sehen können). Wir können nicht sehen, dass die Raumzeit um uns herum vierdimensional und hyperbolisch ist. Außerdem vergessen wir, dass sich die Dinge auch in der Zeit bewegen und nicht nur im Raum. Deshalb sehen wir all diese Effekte der Relativitätstheorie (wie Zeitdilatation und Längenkontraktion). Wenn wir die Raumzeit aus der Vogelperspektive sehen könnten, würden wir sehen, dass das einzige, was Sie wirklich tun können, darin besteht, Ihre "Trajektorie" in der Raumzeit zu ändern (durch eine hyperbolische Drehung). Sie können in der Raumzeit nicht wirklich beschleunigen, denn je mehr Sie im Raum beschleunigen, desto mehr verlangsamen Sie die Zeit, das Nettoergebnis wird weiterhin immer die Geschwindigkeit von C sein!

Das scheint größtenteils nur Unsinn zu sein, aber selbst wenn es Sinn machen würde, wäre es nicht hilfreich. Soweit es überhaupt etwas aussagt, scheint es zu sagen, dass man in der Relativitätstheorie eine Weltlinie immer so parametrisieren kann, dass alle ihre Tangentenvektoren die Länge 1 haben. Das stimmt. Es stimmt auch, dass man in der Newtonschen Physik eine Weltlinie immer so parametrisieren kann, dass alle Tangentenvektoren die Länge 1 haben. Wenn also diese Beobachtung irgendwie den Unterschied zwischen Newton und Einstein erhellen soll, versagt sie vollends.
Ich verstehe ehrlich gesagt nicht, warum das Unsinn ist ... Welcher Teil speziell als Beispiel ist Unsinn? Nein, diese Erklärung deutet nicht darauf hin, dass Sie eine Weltlinie so parametrisieren können, dass alle ihre Tangentenvektoren die Länge 1 haben. Wenn meine Erklärung nicht klar war, können Sie sich zur Verdeutlichung auch dieses Video ansehen youtu.be/ au0QJYISe4c?t=290
Zunächst einmal, was bedeutet "sich in der Raumzeit bewegen"? Bewegung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Ortsveränderung als Funktion der Zeit. Mit anderen Worten, Bewegung findet im Raum statt, nicht in der Raumzeit. Ein Objekt wird durch eine Kurve in der Raumzeit dargestellt. Kurven sind mathematische Objekte, die sich nicht mehr ändern, als sich die Zahl 3 ändert. Die einzige entfernt plausible Definition der Geschwindigkeit in diesem Zusammenhang ist der Tangentenvektor zu dieser Kurve, der vollständig davon abhängt, wie Sie diese Kurve parametrisieren. Sie wählen eine Parametrisierung (um alle Tangentenvektoren fortzusetzen
FORTSETZUNG haben die Länge 1, also gilt Ihre Schlussfolgerung, dass alles eine Geschwindigkeit der Größenordnung 1 hat, nur, weil Sie Ihre Definition so gewählt haben. In der klassischen Mechanik könnten Sie genau dasselbe tun, indem Sie Ihre Parametrisierung richtig wählen. Der Punkt ist, dass a) "Geschwindigkeit eines Objekts in der Raumzeit" an sich bedeutungslos ist, b) Sie sich dafür entschieden haben, ihm eine völlig willkürliche Definition zuzuweisen; c) Sie sind zu dem Schluss gekommen, dass wir etwas aus der von Ihnen gewählten Definition lernen können – aber alles, was wir tatsächlich erfahren, ist, dass Sie zufällig diese bestimmte Wahl getroffen haben.
Außerdem --- das ganze Gerede über "die Zeit verlangsamen" ist natürlich lächerlich. Du gehst immer mit einer Geschwindigkeit von 1 Sekunde pro Sekunde durch deine eigene Uhr durch die Zeit. Wenn Sie sich relativ zu mir bewegen, tickt Ihre Uhr in meinem Rahmen langsamer als in Ihrem. Das ist eine Tatsache über Rahmen, nicht Uhren. Deine Uhr wird nicht anders ticken, nur weil ich mich entscheide, mich relativ zu dir oder du relativ zu mir zu bewegen.
Ja, ich verstehe deinen Punkt! Ich denke, dass Ihr Ansatz versucht, die Relativitätstheorie zu einer Theorie zu machen, mehr als nur ein mathematisches Modell, das wir entwickelt haben, um Vorhersagen über die reale Welt zu treffen. Sie stellen die Relativitätstheorie im Wesentlichen auf ein größeres Podest, das sie verdient. In der Quantenmechanik zum Beispiel: Wir sprechen von Teilchen, die im Wesentlichen rein mathematische abstrakte Kontrakte sind, die wir verwenden, um unsere Theorie zu formulieren ... Zu argumentieren, dass all diese Teilchen wirklich existieren, liegt außerhalb des Bereichs der Quantenmechanik ...
Auch hier liegt die Behauptung, dass Raumzeit existiert, außerhalb des Geltungsbereichs der Relativitätstheorie ... Ob "die Bewegung in der Zeit" eine physikalische Bedeutung hat oder nicht, ist irrelevant; Kann unsere Theorie Vorhersagen über das Universum treffen? Dann ist es eine nützliche Theorie. Die Newtonsche Mechanik sprach von einer unsichtbaren Kraft, die von weit her auf Objekte wirkt... Relativitätstheorie, die Raumzeit krümmt sich im Druck der Energiedichte, Quantenmechanik, unendlich kleine "Teilchen" können gleichzeitig an 2 Orten sein, Elektromagnetismus, an unendlich großes unsichtbares Feld aus nichts, durchdringt den ganzen Raum etc...
Alles mathematische Ideen, die nur Werkzeuge sind, um die Ideen hinter der Funktionsweise einer bestimmten Theorie zu formulieren. Ich verwechsle Philosophie nicht mit Physik. Die Physik erstellt mathematische Modelle, die funktionieren können, wie wir wollen! Wir haben virtuelle Partikel, die auftauchen und wieder verschwinden, denn wen interessiert das? Es ist unsere Theorie, wir können es machen, was wir wollen! Wenn es genaue Vorhersagen erstellt, dann ist es eine nützliche Theorie ... Und das ist alles, was wir beweisen können. Der ganze Rest spielt keine Rolle. Der Versuch, einer physikalischen Theorie eine philosophische Bedeutung aufzuzwingen, ist ein Thema der Philosophie, nicht der Physik.
In diesem aufgelockerten Rahmen können wir also die Zeit als eine Dimension behandeln (nennen Sie sie eine virtuelle Dimension, wenn Sie sie wirklich nicht als eine physische betrachten möchten). Und wir können diese zusätzliche Dimension nutzen, um ein Modell zu erstellen, in dem sich Dinge unabhängig voneinander im Raum und in der Zeit bewegen können, mit beliebiger Geschwindigkeit, solange diese Geschwindigkeiten zusammen die Geschwindigkeit von C ergeben. Was letztendlich die Kausalität in der Theorie bewahrt. Wenn wir nun Ereignisse verfolgen wollen, müssen wir nicht Zeit-, sondern Raumzeitintervalle verwenden. Das ist die neue "Zeit" für uns, denn das ist das einzige, was nicht variabel oder relativ ist.
Und jetzt können wir jeden Aspekt der Relativitätstheorie von einem Standpunkt aus erklären, wie zum Beispiel die Raumzeit "von oben" zu betrachten und all die Verrücktheiten wie Zeitdilatation und Längenkontraktion loszuwerden ... Zeitdilatation bedeutet, dass wir die Zeit verlangsamen (nicht die Zeit verlangsamen unten für uns) und Längenkontraktion sind wir, die eine hyperbolische Rotation in der Raumzeit ausführen. Müssen all diese Dinge eine philosophisch ansprechende Bedeutung haben? Nein, es ist nur eine Theorie, es muss nicht philosophisch ansprechend sein, nur genau!
"Zeitdilatation bedeutet, dass wir die Zeit verlangsamen". Wenn ich also eine Million Meilen von Ihnen entfernt bin und meine Geschwindigkeit ändere, verlangsamt die resultierende Zeitdilatation (aufgrund meiner Änderung des Rahmens) wirklich Sie in der Zeit --- wegen etwas, das eine Million Meilen entfernt passiert ist? Und Sie reagieren irgendwie sofort (auf gleichzeitige, aber widersprüchliche Weise) auf jede Geschwindigkeitsänderung überall im Universum?
Ich habe versucht, meine Antwort in diesem Link docs.google.com/document/d/… zusammenzufassen.
Wenn ich mit etwa 60 km/h in einem Auto fahre und ein Licht anstrahle, bedeutet das, dass sich das Licht schneller als die Lichtgeschwindigkeit fortbewegt?
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