RT

Unterschied zwischen relativ und absolut in der Physik

Die Geschwindigkeit eines Flugzeuges ist für einen Beobachter in einem parallelen Flugzeug langsamer, als für einen Beobachter auf der Erde. Diese ist daher relativ. Die Lichtgeschwindigkeit ist aber für beide Beobachter gleich schnell, daher absolut.

Wenn die gemessenen physikalischen Größen von verschiedenen Initialsystemen verschiedene Größen aufweisen, dann handelt es sich um einen relativen Wert. Wenn die gemessenen Größen vom Initialsystem unabhängig immer die selbe Größe haben, handelt es sich um absolute Größen. Wird eine Uhr bewegt, so vergeht der Zeiger für den ruhenden Beobachter langsamer (genauer die Suksession vergeht langsamer, d.h. Organismen altern langsamer und die Geschwindigkeit der Entrophie nimmt ab, bezogen auf die Suksession die der ruhende Beobachter erfährt bzw der Entropie die er ausgesetzt ist, daraus folgt, dass die physikalische Zeit relativ ist, da die Lichtgeschwindigkeit aber für beide Systeme gleich schnell ist handelt es sich um eine absolute Geschwindigkeit).

Fliegt ein Flugzeug an einem ruhenden Beobachter vorbei, dann ist die Geschwindigkeit bezogen auf diesen höher, als wenn das Flugzeug an einem anderen Flugzeug vorbei fliegt. Fliegt das Flugzeug an einem anderen Flugzeug vorbei, so wird die Geschwindigkeit des Flugzeuges, das überholt wird, von der Geschwindigkeit des vorbeifliegenden Flugzeuges abgezogen, wenn beide Geschwindigkeiten bezogen auf den ruhenden Beobachter gemessen wurden.

Für jemand im Flugzeug müsste eine Wegstreckt eines Photons über eine Zeiteinheit kürzer sein, als für einen ruhenden, dies ist nicht der Fall

Die Geschwindigkeit des Lichtes müsste demnach ebenfalls unterschiedlich sein, da die Person im Flugzeug eine Geschwindigkeit vgl zu dem ruhenden Beobachter zusätzlich aufweist, wodurch diese von der Geschwindigkeit des Lichtes abgezogen werden müsste. Die Geschwindigkeit die die fliegende Person beobachten müsste, wäre die Lichtgeschwindigkeit - seiner Geschwindigkeit. Dies ist aber nicht der Fall, beide Menschen messen die selbe Lichtgeschwindigkeit, d.h. diese ist absolut.

Würde man die Wegstrecke die ein Photon in einer bestimmten Zeiteinheit zurücklegt aufzeichnen, so wäre die Länge für den ruhenden Beobachter "normalerweise" länger als für den der im Flugzeug sitzt, da das Licht für den Fliegenden Beobachter langsamer vergehen müsste. (Lichtgeschwindigkeit - seiner eigenen Geschwindigkeit). Da aber die Lichtgeschwindigkeit konstant ist, währen beide Strecken gleich lang. Daraus folgt, dass die (physikalische) Zeit für den fliegenden Beobachter schneller vergehen muss. Die physikalische Zeit ist relativ, die Lichtgeschwindigkeit absolut.

Da die Berechnung von der Geschwindigkeit c = Weg / Zeit ist, aber c immer eine konstante ist (299.792 km/s), dann muss Weg und Zeit variable sein.

Bewegte Uhren gehen langsamer [Die Zeit dehnt sich -> Zeitdilatation]

Ein Photon das zwischen 2 Spiegeln hin und her pendelt kann als Uhr genutzt werden, da die Lichtgeschwindigkeit immer gleich schnell ist. Beträgt die Strecke zum Spiegel 149.896 km, so muss das Photon 299.792 km zurücklegen, um wieder am Ausgangspunkt anzukommen. Da die Geschwindigkeit mit 299.792 km/s konstant ist, benötigt das Licht 1 Sekunde. Durch dieses Phänomen kann die Entfernung von der Erde zum Mond ermittelt werden, da die Zeit auf der Erde gleich schnell vergeht. Benötigt das Licht länger, so muss die Entfernung des Mondes zur Erde verlängert worden sein.

Da aber für ein an der Erde vorbeifliegendes Raumschiff die Entfernung bei einem solchen Pendelvorgang länger ist als auf der Erde, das Licht aber nur eine Geschwindigkeit hat, so muss das Licht länger benötigen, bis es wieder an der Erde angekommen ist. Das bedeutet die Uhr vergeht für den Beobachter auf dem Raumschiff langsamer, als für den Beobachter auf der Erde, umgekehrt würde die Uhr auf der Erde - würde sie von dem Beobachter auf dem Raumschiff beobachtet werden, schneller vergehen als seine eigene Uhr. Daraus folgt: bewegte Uhren gehen langsamer.

Fliegt ein Raumschiff am Sonnensystem vorbei, sind die waagerechte Strecken verkürzt (Bewegte Körper schrumpfen -> Längenkontraktion)

Wenn ein Beobachter auf einem Raumschiff am Sonnensystem vorbeifliegt, dann würden Photonen die in der Mitte des Sonnensystems auf eine äußere (symmetrische Schale, also Kreis) geschossen werden, die diese reflektieren, zu einem unterschiedlichen Zeitpunkt in der Mitte antreffen, wenn die Wege zur äußeren Schale aus Perspektive des vorbeifliegenden Beobachters gleich bleiben (also weiterhin ein Kreis besteht) und sich die Geschwindigkeit der Photonen nicht verändert. Das liegt daran, dass die senkrechten Photonen einen Zick-Zack Weg zurücklegen müssten, wodurch ihr Weg für den Beobachter länger währe (und die Zeit langsamer verlaufen würde = Zeitdilidation), und die waagerechten Photonen eine noch längere Strecke zurücklegen müssten.. Da nun aber die Photonen für eine längere Strecke sich nicht schneller bewegen können, muss die waagerechte Strecken so stark verkürzt werden, dass diese mit der Senkrechten gleich lang ist, dadurch wird der von dem Beobachter der in der Mitte des Sonnensystems beobachtete Kreis (die Schale in Kreisform) für den Beobachter am Rauschiff als Ellipse gesehen, die Wegstrecke wäre verkürzt. Man nennt dieses Phänomen Längenkontraktion.

Bewegte Objekte schrumpfen

In diesem Beispiel schrumpft allerdings nicht nur die aus dem Mittelpunkt des Sonnensystem beobachtet symmetrische Schale als kreis zu einer Ellipse, für den Beobachter am Raumschiff, sondern das Raumschiff schrumpft selbst auch für den Beobachter im Mittelpunkt der Sonnensystems. Desto näher sich das Raumschiff an die Lichtgeschwindigkeit annähert, desto mehr schrumpft es.

Desto schneller sich ein Körper bewegt, desto mehr Masse hat dieser ( relativistische Massenzunahme)

Die Masse eines Asteroiden wächst mit seiner Geschwindigkeit und dadurch auch der Krater beim Einschlag

Desto schneller sich ein Körper bewegt, desto größer wird seine Masse. Würde sich ein Körper mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, wäre seine Masse unendlich groß. Ein Körper benötigt jedoch umso mehr Energie, desto mehr Masse dieser hat, um zu bescheinigen. Darum benötigt ein Raumschiff mehr Energie, um auf die selbe Geschwindigkeit beschleunigt zu werden, wie ein Astronaut, da seine Masse höher ist. Nimmt nun die Masse eines Objektes immer mehr zu, da sie sich dieser immer schneller bewegt, so wird auch immer mehr Energie benötigt, um den Körper noch zu beschleunigen.

Da das Ausmaß der Energie die zugeführt wird immer so groß sein muss, wie die Trägheit des Objektes ist, diese aber mit zunehmender Masse steigt und diese mit zunehmender Geschwindigkeit, wird die Trägheit des Objektes das sich immer schneller bewegt, irgendwann so groß, dass die Trägheit des Objektes irgendwann nicht mehr überwunden werden kann. Dass die Masse eines Objektes mit zunehmender Beschleunigung steigt liegt daran, dass der Reibungswiderstand steigt und der Widerstand mit der Masse zusammenhängt (dieser Effekt heißt relativistische Massenzunahme).

Die Masse ist nicht konstant, sie nimmt mit der Bewegungsgeschwindigkeit zu

Schlägt ein Asteroid bei einem Planeten ein, dann entspricht der Einschlag der Energiemenge die der Asteroid besitzt, diese Energie ergibt sich aus Gecshwindigkeit und Masse des Objektes (mehr Geschwindigkeit = mehr Schaden, mehr Maße = mehr Schaden). Wenn der selbe Asteroid einmal innerhalb des Sonnensystems beobachtet wird und sich sehr schnell bewegt und er einmal aus einem sehr schnellen (nahe Lichtgeschwindichkeit) Raumschiff beobachtet wird, bei dem er sich sehr langsam bewegt (aufgrund der Zeitdehnung), der Schaden aber gleich groß bleibt, dann muss die Masse des Asteroiden mit zunehmender Geschwindigkeit angewachsen ein.

Die Energie die beim Beschleunigen einer Rakete eingesetzt wird geht nicht verloren, sie überträgt sich auf die Masse der Rakete (mehr Energie -> mehr Masse -> Masse = Energie)

Die Zunahme der Energie einer Rakete, die durch das Beschleunigen zugeführt wird, erfolgt durch die Zunahme der Masse, obwohl die Anzahl der Atome gleich bleibt. Wenn also die Massenzunahme eine Form der Energie ist, dann muss die Masse ebenfalls eine Form der Energie sein. Daraus folgt, dass Masse ein Äquivalent der Energie ist, e =mc²

Die spezielle RT gilt nur in Bezugsystemen die so klein sind, dass die Schwerkraft vernachlässigbar ist und die Raumzeit deshalb kaum gekrümmt ist

Die spezielle RT gilt nur dann, wenn die Gravitation vernachlässigbar die Raumzeit krümmt. Nach der allgemeinen RT wird Raum und Zeit zu einer vierdimensionalen Raumzeit zusammengefasst, diese ist noch nicht gekrümmt. Bei der Gravitation wird diese, durch die Energie des Gravitationsfeldes, gekrümmt. Schiebt man einen Messstab durch die Erde, so wird dieser eine längere Wegstrecke anzeigen, als wenn der Durchmesser von außen vermessen werden würde, da der Raum im inneren der Erde durch die Gravitation gekrümmt wird und somit größer wird. Die Krümmung der Raumzeit konnte erstmals durch die Ablenkung der Lichtstrahlen durch große Massen experimentell bestätigt werden.

In einem frei fallenden Bezugssystem heben sich die Wirkung von Gravitation und Beschleunigung auf

Die Zeitdauer einer Uhr (physikalische Zeit) hängt in der speziellen RT nicht nur von ihrer Geschwindigkeit ab, sondern auch von seiner Position im Gravitationsfeld

Eine Uhr geht in der Nähe eines Gravitationsfeldes langsamer und umso langsamer, umso näher es an das Feld positioniert wird. So geht eine Uhr im Thal langsamer als auf der Bergspitze, da der Raum größer wird