Relativitätstheorie

Wissenschaft Physik
#1

Hey zusammen

wie kann man sich die Relativitätstheorie vorstellen. Kann man vereinfacht sagen das die Graitation einfluss auf die Schwingungsdauer in den Atomen hat . So das bei einen anderen Gravitationsfeld wie die Erde auch die Schwingungen in dem Atom anderst ist, somit auch die Zeit im Gegensatz der Erde ? Ich hab die Frage schonmal gepostet und als Antwort bekommen nein das wäre falsch die Zeit würde einfach langsamer oder schneller laufen… oder das die Wissenschaftler so schlau waren und keine Pendeluhr genommen haben… Soweit ist mir das schon klar bin nicht komplett auf den Kopf gefallen aber die entscheidende frage für mich ist:

Gibt es die Zeit als solche unabhängig vom Mensch (menschlichen Zeitgefühl) oder lässt Sie sich ohne Kausalität gar nicht erst denken ?

Für kompetente Antworten wäre ich euch dankbar.

Viele Grüße Henry

#10

Die eigentliche Frage ist doch aber bereits beantwortet, Du fandest die Antwort allerdings unlogisch.
Ich wiederhole nochmal: Die Zeit vergeht in einem stark beschleunigten System (oder in einem Feld starker Gravitation) langsamer. Und es gibt keine absolute Zeit.

Nimm ein einzelnes Photon, etwa das erste, dass bei der Explosion der Sonne emittiert wurde, fuer dieses steht die Zeit. Das Photon kann nicht zurueckblicken und die Sonne noch lebend sehen. Das Photon kann auch nicht zur Erde gucken und sehen, wie spaet es bei uns ist, weil es dort noch nicht angekommen ist und die Relativitaetstheorie nicht zulaesst, dass sich etwas schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegt.

Waehrend das Photon nun auf dem Weg zur Erde ist, vergeht bei uns ganz normal die Zeit, ca. 8 min dauert es, bis es ankommt. Nun ja, wenn es denn ankommt, dann berichtet es uns von dem aktuellen Ereignis, dass die Sonne explodiert ist. Nochmal, aus Sicht des Photons ist gerade jetzt die Sonne explodiert, es war ja das erste Photon, was es unmittelbar nach diesem Ereignis gab. Aus Sicht der Erdenbewohner ist dieses Photon allerdings 8 Minuten alt, deren Uhren sind offenbar schneller gelaufen. Soweit die SRT.

Nun zur Allgemeinen Relativitaetstheorie (die mit der Gravitation). Die Voraussetzung ist, dass man erkennt, dass Beschleunigen und Gravitation aequivalent sind. Wenn man also die Lichtgeschwindigkeit als Konstante annimmt (Ergebnis der SRT), dann muss man doch die unterschiedlichen Uhrzeiten irgendwie damit in Einklang bringen, die SRT sagt ja, beschleunigte Systeme entschleunigen die Uhren. Nun ja, Einsteins Idee ist, dass man eben mehr „Weg“ braucht, damit die Geschwindigkeit wieder stimmt. Komplett salopp formuliert: mehr „Weg“ durch normale Zeit ist gleich normaler Weg durch kuerzere Zeit. Wie bekommt man also mehr „Weg“ auf gleichem Raum? Man kruemmt den Weg, man laeuft anschaulich gesagt, eine kleine Schlaengellinie, das ist Einsteins gekruemmte Raumzeit unter Gravitation.

Also zusammengefasst, Gravitation kruemmt die Raumzeit, Lichtgeschwindigkeit ist konstant. Fuer Leute, die auf der Kruemmung leben ist der Weg ja laenger, also muss es auch langer dauern, bis man die Kruemmung durchlaufen hat, heisst also: die Uhren fuer Leute auf der Kruemmung gehen langsamer. Die ganzen Erkenntisse kommen komplett ohne Massen aus, wenn man Gravitation (und damit Massen) nicht will, dann beschleunigt man das ganze System halt und erhaelt das gleiche Ergebnis.

Und nun nochmal die klipp und klare Antwort auf die Originalfrage: Nein, Gravitation wirkt nicht auf die Atome, sondern auf die Zeit. Alle Prozesse, die mit der Zeit gekoppelt sind laufen exakt gleich ab, nur halt mit kuerzerer oder laengerer Zeit. Und nein, es gibt keine Zeit unabhaengig von jedem Bezugssystem.

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#4

Hallo,
welche „Schwingungen“ in Atomen meinst Du? Atome schwingen nicht, und auch in den Atomen schwingt nichts.

Ueberhaupt ist Gravitation um Groessenordnungen (10^32 mal) schwaecher als die elektroschwache Kraft (das sind Kraefte auf der Atomskala), sie hat also keinen nennenswerten Einfluss. Dies ist uebrigens ein offenes Problem, genannt das Hierarchieproblem.

Auf der anderen Seite ist per Relativitaetstheorie die Gravitation mit der Zeit (und dem Raum) verkoppelt. Also Prozesse, die in zeitlichen Dimensionen ausgedrueckt werden, veraendern sich tatsaechlich bei unterschiedlicher Gravitation, einfach weil die Zeit eben schneller und langsamer laeuft. Z.B. die Halbwertszeit oder charakteristische Frequenzen (Frequenz ist das Reziproke der Zeit); deshalb liefe ein Atomuhr z.B. langsamer in einem Feld hoeherer Gravitation; oder falls das Alter von etwas via Halbwertszeit bestimmt werden soll, so ist es in Feldern hoeherer Gravitation auf einmal viel aelter.

#6

Ich habe auf das Originalposting geantwortet und nicht auf Deine Antwort.

Deine makroskopischen Ansichten stimmen auf Quantenebene nicht. Ein Elektron fliegt nicht im Kreis um seinen Kern, sondern ist ueberall auf seiner Bahn (entsprechend seiner Aufenthaltswahrscheinlichkeit) gleichzeitig. Dementsprechend findet auch keine Umkreisung statt, so dass man von einer Frequenz im Sinne von Umkreisungen pro Zeiteinheit reden koennte.
Dein Beispiel ist damit hinfaellig.

Ausserdem lassen sich Elektronen (oder die elektoschwache Kraft) von der Gravitation (oder, gleichwertig, jedweden Beschleunigungen) ueberhaupt nicht beeinflussen, die elektroschwache Kraft ist 10^32 mal groesser als die Gravitation. Um das hinzubekommen, muessten wir ueber Elektronensysteme im Inneren eines schwarzen Loches diskutieren. Auch hier ist leider das Standardmodell nicht mehr anzuwenden und es ist ein offenes Problem, was dann genau passiert.

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#5

Hallo,

Ich habe nicht behauptet, dass Atome „schwingen“.

Bei Atomuhren verändern sich „Strahlungsübergänge“, was faktisch auch wieder „Frequenzen“ oder - laienhaft - „Schwingungen“ sind. Und diese könnten bei Beschleunigung langsamer ablaufen und damit die Zeit „verlangsamen“ lassen …?

Wenn ich in mein Raumschiff eine Atomuhr mitnehme und beschleunige in 1 Stunde auf halbe Lichtgeschwindigkeit (ca. 540 Mio km/h - in 1 s von 0 auf 150.000 km/h) - Warum sollen bei einer solch gigantischen Beschleunigung nicht Elektronen von einer Kreisbewegung in einer ellipsenförmige Bewegung gepresst werden und es vielleicht nur noch schaffen, „relativ zur Flugbewegung“ zurück zu fliegen, den Weg zurück aber nicht mehr (schnell) schaffen?

Ich verstehe mich als „Elektron“ und laufe in einem Eisenbahnwaggon mit verbundenen Augen immer im Kreis um meinen Koffer (Atomkern). Wenn der Zug nun kräftig beschleunigt, so werde ich zwangläufig, wenn ich mich gerade gegen die Fahrtrichtung bewege, schneller laufen, zurück viel langsamer. Meine Kreisbewegung wird auch immer mehr zu einer Ellipse; ggf. schaffe ich es ggf. gar nicht mehr, zum Koffer zurückzukommen, wenn der Zug zu sehr beschleunigt.

Wenn ich die Ellipsenbewegung doch noch schaffe, so werde ich beim Beschleunigen/Bremsen bei gleichem Energieaufwand für eine „Umdrehung“ durchschnittlich langsamer sein, als bei stehendem Zug.

Bei stehendem Zug brauche ich vielleicht 10 Sekunden, bei Beschleunigung etwas länger. Das heißt aber nicht, dass die Zeit langsamer läuft, ggf. stehen bleibt. Nur das Messgerät - ich, „das Elektron“ hat nicht genug „Kraft“.

(Bei einem Zug der kräftig bremst, ist das Phänomen umgekehrt und hat bestimmt schon mal jeder kennengelernt)

#2

Nach meinem Verständnis ist die Schwingungsdauer ebenso relativ wie die Zeit und nur in einem (quasi) geschlossenen System (gleicher Geschwindigkeit) konstant.

#7

Hallo,

das ist nun aber auch ganz schön unlogisch.
Dann wirkt eben die Gravitation vor allem auf die Atomkerne, weil die schwerer sind. Und dann werden die Atomkerne stark beschleunigt, und da die Elektronen da dran hängen, beeinflusst es die Elektronen natürlich genauso.
Wenn die Atomkerne sich bewegen, müssen sich die Elektronen ja gezwungenermaßen auch bewegen. So „überall gleichzeitig“ sind sie nun auch nicht.
Und bevor man überhaupt sagt, dass die Zeit langsamer verginge, müsste man mal klären, was man unter Zeit verstehen will. Und das hat schon etwas mit Schwingungen/Frequenzen/Wellenlängen auf atomarer Ebene zu tun.

Gruß
Olaf

#8

Hat es? Wie sieht’s aus mit dieser Definition: Eine Sekunde ist die Zeit, die vergeht bis Licht (ein Photon, oder wahlweise ein anderes masseloses Teilchen) die Strecke von 299792458 m zurueckgelegt hat. Unabhaengig von der Wellenlaenge, irgendwelchen Schwingungen oder Frequenzen.
Gehst Du da mit?

In Deinem Modell sind also vor allem Atomkerne von der Gravitation betroffen, warum reicht dann die Gravitation der Erde nicht aus, alle Atome auf der Oberflaeche (inklusive mir und Dir) auf einen Punkt (den Mittelpunkt) zusammenzuziehen? Gibt es etwa eine Gegenkraft?

#9

Hm, das Meter wird ja nun inzwischen auch über die Lichtgeschwindigkeit definiert, da beißt sich die Katze in den Schwanz.
Wenn Du die Länge über das Urmeter definieren willst, wäre das OK. Aber wenn das Urmeter beschleunigt wird, ändert sich ja vielleicht auch dessen Länge.

Zu Deiner Frage kennst Du ja selbst die Antwort: Natürlich gibt es eine Gegenkraft. Ich nehme an, hauptsächlich ist es elektrische Abstoßung der Atomkerne.

Der eigentlichen Frage kommen wir damit aber wohl auch nicht näher.

Gruß
Olaf

#3

Ob dies eine vernünftige Antwort auf Deine Frage ist, weiß ich nicht:

  1. Wenn ich in mein Auto eine Pedeluhr stelle; das Pendel bewegt sich von von vorne nach hinten (zur Fahrtrichtung), so wird das Pendel ungleichmäßig pendeln, wenn ich beschleunige (oder bremse). Bei einer starken Beschleunigung (oder starkem Bremsen) wird das Pendel sogar ganz nach hinten (oder vorne) gepresst - und die Uhr (aber nicht die Zeit) bleibt für einige Sekunden stehen.

  2. Bewegt sich das Pendel von links nach rechts (zur Fahrtrichtung), so wird sich das Pendel beim Beschleunigen und Bremsen auch etwas langsamer bewegen, da es nach hinten bzw. vorne gepresst wird und dadurch eine höhere Reibung an der Aufhängung entsteht - die Uhr läuft langsamer. (Bei einem offenen Cabrio wird das Pendel auch bei konstanter Geschwindigkeit durch den Fahrtwind abgebremst.) Auch bei Kurvenfahrten wirken Gravitationskräfte auf das Pendel und bringen es ggf. sogar zum stehen.

Vielleicht passiert so etwas ggf. auch im atomaren Bereich?

Obiges sind ganz einfache physikalische Phänomene, die bestimmt nichts mit Relativitätstheorie zu tun haben.

Ich habe die Relativitätstheorie nicht studiert, ich kann mir aber nur vorstellen, dass „meine“ Zeit schneller läuft, wenn ich mich vom „Startpunkt“ wegbewege, allerdings langsamer läuft, wenn ich mit zum „Startpunkt“ hinbewege:

Eine ganz genau gehende Kirchtumuhr zeigt 8 Uhr. Ich steige in ein Raumschiff und fliege mit 1/4 der Lichtgeschwindigkeit 4 Stunden zu einer Basis, also 1 Lichtstunde von der Erde entfernt. Dabei habe ich immer ein „sehr, sehr gutes“ Fernrohr auf die Kirchturmuhr ausgerichtet. Sobald ich die Basis erreicht habe, zeigt meine Armbanduhr 12 Uhr, die Kirchturmuhr zeigt aber 11 Uhr.

Diese 1 Stunde, liegt aber nur darin begründet, dass das Licht von der Kirchturmuhr zu meiner Weltraumbasis nun 1 Stunde braucht. Wenn ich sehe, dass es auf der Erde 11 Uhr ist, ist es auf der Erde bereits 12 Uhr, wie auf meiner Armbanduhr.

Während des Fluges werde ich demnach die Erfahrung machen, dass die irdische Kirchturmuhr langsamer läuft, als meine Armbanduhr … eigentlich ganz logisch.

Fliege ich wieder zurück, so scheint die Krichturmuhr schneller als meine Armbanduhr zu laufen. Habe ich die Erde erreicht, zeigen beide Uhren wieder die gleiche Uhrzeit an.

Würde ich mich - theoretisch - mit Lichtgeschwidigkeit von der Kirchturmuhr fortbewegen, so bleibt die Kirchturmuhr im Raumschiff „stehen“, sie zeigt - theoretisch - immer die gleiche Uhrzeit an, da ich ja genauso schnell bin, wie das Licht von den Zeigern. (Praktisch würde dies nicht funktionieren, da die Wellenlängen sicht extrem verlängern und schließlich nicht mehr wahrnembar sind.)

Flöge ich mit Überlichtgeschwindigkeit von der Erde weg, so würde sich - theoretisch - die Kirchturmuhr rückwärts bewegen.

Wenn ich mich mit Lichtgeschwindigkeit auf die Erde (Kirchturmuhr) zubewege, scheint die Zeit auf der Erde doppelt so schnell zu vergehen. Ich bin 2 Lichtstunden von der Erde entfernt. Die Kirchturmuhr zeigt 8 Uhr, ich sehe natürlich „6 Uhr“. Fliege ich nun 1 Stunde Lichtgeschwindigkeit Richtung Erde, so ist es auf der Erde 9 Uhr, ich sehe - nun mit 1 Stunde Verzögerung, „8 Uhr“ und komme schließlich nach einer (1) weiteren Stunde um Punkt 10 Uhr auf der Erde an.