Das Problem ist die "Relativität der Gleichzeitigkeit", wie sie in der Speziellen Relativitätstheorie beschrieben wird. Du hast zwei Bezugssysteme, die sich gleichförmig gradlinig zueinander bewegen. Damit sind aber beide Bezugssysteme gleichberechtigt. A kann sagen "ich ruhe und B bewegt sich" und B kann das entsprechende Gegenteil behaupten.
Wichtig ist, daß ich jede Beobachtung mit dem Bezugssystem verbinde, auf das ich mich beziehe! Es ist nicht ganz richtig zu sagen, "Uhr B läuft langsamer"... korrekterweise "läuft Uhr B langsamer für den Beobachter A" - es gibt keine ABSOLUTEN Angaben.
Da B sich relativ zu A bewegt, nimmt B Gleichzeitigkeit anders wahr als A. Da B zu A aber betragsmäßig gleichschnell ist wie A zu B (halt nur in Gegenrichtung), nimmt B die Ereignisse in A (z.B. die Bewegung von A's Armbanduhr) genau so wahr wie A die Ereignisse in B.
Die Sache klingt nur deshalb so verwirrend, weil die zeitverzerrenden Effekte und die Relativität der Gleichzeitigkeit erst bei Geschwindigkeiten sichtbar werden, die nicht zu unserer Alltagserfahrung gehören. Angenommen, A stünde auf einem Bahnhof und würde zwei Bahnhofsuhren beobachten und feststellen, daß diese Uhren synchron laufen, dann müßte B, der im Transrapid mit 300 km/h vorbeirauscht, feststellen, daß eine Uhr vorgeht.
Würde B's Transrapid mit 250.000 km/s vorbeirauschen, dann wäre die Diskrepanz zwischen beiden Uhren für ihn mit bloßem Auge sichtbar - zumindest für den Sekundenbruchteil bis zum Verglühen ;-)
Wenn beide Bezugssysteme gleichberechtigt sind, wieso kommt es dann zum Zwillingsparadoxon?
Grob vereinfacht deshalb, weil im Fall der Einsteinschen Zwillinge keine zwei Bezugssysteme vorliegen. Bezugssysteme zeichnen sich dadurch aus, daß sich alle physikalischen Beobachtungen mit der Annahme "ich ruhe" vereinbaren lassen. Wenn ich im Zug gleichmäßig mit 200 km/h durch die Landschaft rase, kann ich auch sagen, "die Landschaft bewegt sich mit 200 km/h" und ich kann alle Beobachtungen im Zug und außerhalb physikalisch erklären. Befinde ich mich aber bspw. in einem sich bewegenden Aufzug, dann bildet dieser kein Bezugssystem. Nachdem die Tür zugeht, zieht mich eine Kraft nach unten, einige Zeit später zieht mich eine Kraft nach oben. Für einen Aussenstehenden (und dessen Bezugssystem) sind diese Kräfte leicht erklärbar, der Fahrstuhl beschleunigt und bremst - die Physik funktioniert ;-). Für mich im Fahrstuhl sind diese Kräfte nicht erklärbar, solange ich auf dem Standpunkt "ich ruhe" beharre. Das Gebäude um mich herum beschleunigt nach unten und bremst irgendwann wieder, aber wo kommen diese seltsame Kräfte her?
Mit dem Einsteinschen Zwilling, der nach Alpha Centauri und zurück fliegt, ist es ebenso. Erst ruht er mit seinem Bruder, dann bewegt er sich nach Alpha Centauri (das geht nicht ohne Beschleunigung), dann kehrt er irgendwann die Bewegung um zurück zur Erde (was auch nicht mit gradliniger gleichförmiger Bewegung geht) und schließlich stellt er sich wieder neben seinen Bruder (wozu er gebremst haben muß). Da er also physikalische Effekte (z.B. Beharrungskräfte beim Beschleunigen/Bremsen) feststellt, die sich nicht unter der Annahme "ich ruhe" erklären lassen, bildet der reisende Zwilling kein gültiges Bezugssystem (außer in den Phasen, in denen seine Rakete antriebslos durch das All fliegt! In diesen Phasen - jeweils für sich genommen - greift die Spezielle Relativitätstheorie wieder, aber halt nicht für den gesamten Vorgang des Hin- und Rückfluges!) und die Spezielle Relativitätstheorie greift nicht. Hier hilft nur die Allgemeine Relativitätstheorie weiter, aber das ist eine andere Geschichte ;-)
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Nachtrag:
Du sprichst davon, daß |u|-|v| <> 0 sein soll...
Das funktioniert nur dann, wenn Du einen dritten Beobachter C ins Spiel bringst, der dann feststellt, daß sich A mit u relativ zu ihm bewegt und B entsprechend mit v...
Wenn Du nur A und B hast, macht die Annahme |u|-|v| <> 0 keinen Sinn. A und B bewegen sich konstant, also bilden A und B gültige Bezugssysteme. Wenn aber A feststellt, daß sich B mit 60km/h von ihm entfernt, dann wird auch B zwangsläufig feststellen, daß sich A mit 60km/h von ihm entfernt. Daran ändert auch die Spezielle Relativitätstheorie nicht das geringste. Es gibt keinen ausgezeichneten Punkt im Universum und keine absolute Bewegung. Wenn Du also 2 Personen hast, die jeweils die Bedingungen für ein Bezugssystem erfüllen, dann hast Du immer den Fall, daß einer der beiden als in seinem Bezugssystem ruhender Beobachter die Geschwindigkeit des anderen mißt. Beide sind im selben Universum, für beide gilt dieselbe Physik, also messen beide für den jeweils anderen betragsmäßig dieselbe Geschwindigkeit. Oder, ohne Betragsstriche gesehen, ist folgendes unvermeidlich:
u = -v
Flachländler auf dem Ring sind keine Lösung!
Wenn Deine Flachländler auf dem Kreis laufen, dann nur, weil es eine Kraft gibt, die sie auf dem Kreis festhält, vielleicht eine Schwerkraft des Rings, Adhäsionskräfte, Daumendruck eines garstigen Wissenschaftlers usw. Der Umstand, daß diese 1D-Wesen diese Kräfte nicht messen/wahrnehmen können, ändert nichts daran, daß sie da sind. Wären Deine Flachländler wirklich kräftefrei, würden sie sich tangential vom Ring entfernen. Im Rahmen der Physik liegt jeder gekrümmten Bewegung eine Kraft zugrunde - und damit ist diese Bewegung nicht mehr gleichförmig sondern beschleunigt... Für die Flachländler heißt das: Unwissenheit schützt vor Kräften nicht. ;-)
Wenn man von einem gekrümmten Raum ausgeht, von Möbiusbändern usw., warum kann man dann Theorien verwenden, die von karthesischen Räumen ausgehen? Wenn wir nur kleine Bereiche betrachten, Laborräume, das Sonnensystem, den Raumbereich der lokalen Gruppe, dann ist der Fehler, den wir mit dieser Annahme machen, vernachlässigbar. Eigentlich rechnen wir falsch, aber soooo schlimm ist es nicht, wenn der Winkel nicht 90° sondern 89, 99999999999999999999991267° ist. Der Kosmos als karthesischer Raum ist ein Model, gut vorstellbar, leicht zu berechnen, irgendwie praktisch. Aber jedes Modell hat Grenzen. Sobald Du einen gekrümmten Kosmos als ganzes betrachtest, kannst Du nicht mehr von karthesischen Koordinaten ausgehen. Sieh Dir die Erde an: Solange ich die Oberfläche eines Fußballfeldes ausmessen will, kann ich sagen, "die Erde ist flach", und die Größe des Feldes ist Länge * Breite...
Wenn ich jetzt versuche, die Erdoberfläche unter derselben Prämisse zu bestimmen, also Länge (z.B. am Äquator) * Breite (Pol zu Pol), dann bekomme ich in Erdkunde eine 5... und in Mathe auch... ;-)
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und noch ein Nachtrag ;-)
*Puh.* das wird ja eher eine Diskussion...
Aber auch auf die Gefahr hin, daß ich mich wiederhole...
WENN Du NUR A und B hast, kann es | u | <> | v | nicht geben! (Vorausgesetzt, Du meinst, daß A für B u mißt und B für A v...)
Genau genommen, gibt es ohnehin je Bezugssystem nur eine von beiden Geschwindigkeiten, da der jeweilige Beobachter (A oder B) in seinem Bezugssystem ruht.
Wenn Du aber | u | <> | v | forderst, dann kann das nur funktionieren, wenn Du einen Bezugspunkt einführst, der NICHT identisch mit A und B ist...
Ansonsten ist für A bspw. u = 60 km/h
und B würde dann v = -60 km/h messen
den Fall, daß A für B eine Geschwindigkeit 60km/h mißt , b hingegen für A nur -50 km/h, klappt nicht.
Oder in Kürze: |u| = |v|
Und nun zu den 2 Uhren. Was stört Dich daran, daß A und B beide feststellen "Hey, die Uhr des anderen geht langsamer"?
Angenommen, Du und ich sind die einzigen zwei Bestandteile in einem ansosten leeren, unendlich ausgedehnten Kosmos. Ich stelle fest, daß Du mit 60 km/h von mir wegdriftest und Deine Uhr langsamer als meine geht. Warum solltest Du etwas anderes feststellen, als daß ich von Dir mit 60 km/h wegdrifte und (für Dich!!!) meine Uhr langsamer geht? Das Problem ist völlig symmetrisch und keiner von uns beiden ist physikalisch irgendwie gegenüber dem anderen ausgezeichnet. Warum sollte meine Uhr schneller oder langsamer sein?
Wenn Du nun für A und seine Uhr T - bzw. B und T' die Formeln
A: T' = T / Wurzel(1- v^2 / c^2)
B: T = T' / Wurzel(1- v^2 / c^2)
verwendest,
dann kannst Du nicht einfach die eine in die andere Formel einsetzen und sagen "Oh, ich erhalte T = T / (1- v^2 / c^2)..."
Du mißt auf diese Weise nicht Deine Eigenzeit, sondern sozusagen eine doppelte Zeitdillatation der Information. Angenommen, A's Uhr tickt (im System von A) mit einer Periodendauer T, dann mißt B in seinem System für diese Periodendauer T' = T / Wurzel(1- v^2 / c^2). Jedesmal, wenn B sieht, daß A's Uhr eine Sekunde weiter geht, gibt B ein Blinksignal (mit idealer Reaktionszeit ;-) ). Die Periodendauer dieser Lichtsignale ist unser T'...
Wenn A nun diese Lichtsignale wahrnimmt, dann bestimmt er für sie eine Periodendauer von
T '' = T' / Wurzel(1- v^2 / c^2) = T / (1- v^2 / c^2)...
Das wäre ein Vorgang, wie er hinter einem ineinander Einsetzen der Formeln steht. Aber man beachte: T ist nicht identisch mit T'' !!! Das sind zwei völlig verschiedene Zeiten, einmal hast Du A's Sekundendauer T und dann hast Du das, was rauskommt, wenn Du diese Zeitdauer zweimal durch eine Transformation scheuchst...
Und zu den Flachländern...
Daß diese keine Erfindung von Dir sind, weiß ich, aber Du hattest sie als Beispiel bemüht, daher meine - zugegebenermaßen flapsige - Ausdrucksweise.
Das Problem mit dem "stückweise geraden" Kreis ist, daß Du nicht so ohne weiteres einen endlich großen Ring mit infitesimalen oder unendlichen Phänomenen malträtieren kannst. Sobald Du einen LOKALEN Tangentenraum aufspannst oder den Ring als STÜCKWEISE gerade ansiehst, steckt dahinter, daß der betrachtete Bereich so klein ist, daß der Fehler, den ich mache, vernachlässigt werden kann. Wohlgemerkt: Vernachlässigen heißt, daß der Fehler trotzdem da ist. Wie gesagt, eigentlich müßte ich ein Fußballfeld gemäß spärischer Geometrie handhaben - und selbst dann würde ich einen Fehler machen, da die Erde keine ideale Kugel ist - aber der bei Verwendung von planarer Geometrie gemachte Fehler ist so gering, daß ich sage "Schwamm drüber". ...
Von daher kannst Du mit solchen Gedankenansätzen nicht den Prozeß "Flachländer A und B begegnen sich wieder nach Umrunden des Ringes" beschreiben und die SRT wahren. Natürlich, innerhalb eines "hinreichen kleinen" Ringabschnittes ist die Abweichung zur SRT vernachlässigbar - man kann also in guter Näherung sagen, hier GILT die SRT. Nur, wenn der Ringabschnitt - und damit seine Krümmung - makroskopisch groß wird, greift diese lokale Vereinfachung ins Leere.
Was die Sache mit dem Flachländer und den Kräften betrifft...
Zunächst einmal ist die Zentrifugalkraft keine wirkliche Kraft, sondern eine Scheinkraft, die durch die Massenträgheit hervorgerufen wird. Und die Zentripetalkraft ist nur ein Synonym für eine Kraft, die einen Körper auf seiner Bahn "nach innen" zieht - das kann die Schwerkraft sein, elektrostatische Anziehung usw... Der Flachländer kann nur deshalb auf dem Kreis laufen, weil er zum Kreismittelpunkt gezogen - sprich beschleunigt - wird, also eine Kraft wirkt. Andernfalls würde der Flachländer mit einem beherzten Schritt tangential von Ring wegdriften. Ob die Zentripetalkraft vom Flachländer wahrgenommen werden kann oder ob es sich um skleronome Zwangskräfte (den Begriff habe ich seit mind. 10 Jahren nicht mehr gehört ;-) ) handelt, dürfte m.E. bei der Frage SRT oder ART hier keine Rolle spielen.
2006-07-24 23:07:33
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answer #1
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answered by egima 5
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Also hängt es von der geschwindigkeit und von der entfernung der uhren ab, wie der andere die uhrzeit aufnimmt, , es sit klar dass wenn z.B. 2 uhren, gleich gestellt sind aber um 1 lichminute entfernt sind, sie beide im auge des anderen um eine minute nach gehen, aber das ist in wirklichkeit nicht so,
zu deinem paradoxon, bewegung gibt es nicht, es ist alles bezugsabhängig?? das lernen wir in der schule
aber wenn eine uhr mit lichtgeschwindigkeit wegfliegt, fliegen dann nicht auch im gegensatz die anderen uhren auch mit lichtgeschw. weg, wenn man annimmt dass diese uhr in ruhe ist???? das ist sehr kompliziert, ich habe zwar nicht in diese richtug studirt, aber ich denke dass es zwar keine absolute geschw. gibt, aber wenn man sich ansieht wie das licht sich fortbewegt, nämlich in einer sehr hohen frequenz mit wellen, dann nehme ich an, dass diese wellen, etwas auf das altern zu tun hat, sonst ist das hier für mich genauso ein paradoxom!!
2006-07-26 16:16:10
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answer #2
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answered by Anonymous
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