Zeitdilatation - Spezielle Relativitätstheorie 4
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- Опубликовано: 14 окт 2024
- Bewegte Uhren gehen langsamer! Diese Zeitdehnung oder Zeitdilatation ist einer der Kerneffekte der Speziellen Relativitätstheorie. Ich zeige im ersten Teil des Videos, dass sich diese Zeitdilatation direkt aus den beiden Postulaten der SRT ableiten lässt. Dass ein so spezieller und abgefahrener Effekt aus zwei so einfachen und allgemeinen Annahmen folgt, das finde ich extrem faszinierend.
Im zweiten Teil des Videos leite ich die Gleichung für die Zeitdehnung her. Dazu braucht man zusätzlich nur noch den Satz des Pythagoras. Es gibt meiner Meinung nach keine andere Gleichung in der modernen Physik, die so transparent und einfach herzuleiten ist wie diese hier.
Das ist das vierte Video einer Serie über die Spezielle Relativitätstheorie (SRT). Die Videos sind durchnummeriert und bauen aufeinander auf. Ideen und Begriffe, die aufgeworfen werden, werden also in den nachfolgenden Videos wieder verwendet. Um also den maximalen Lerngenuss zu kommen ist es kein Schaden, sich die Videos der Reihe nach anzusehen. 😅Im nächsten Video geht es um das Zwillingsparadoxon.
Hier ist der Link zum nächsten Video: ruclips.net/video/VbPkUvjAjmg/видео.html
Beeindruckend einfach dargestellt 👍
Danke sehr! 😊
Einer der besten Physikerklärer, danke 👍.
Ohhh! ☺️
Du bist Klasse und Deine Videos sehr anschaulich.
🙏🏻☺️
Kurz, knackig, nachvollziehbar - wieder ein echter Apolin. Danke dafür. 👍
Ich bin gespannt auf das nächste Video. Dort wird geklärt, wer der bewegte und wer der unbewegte Zwiliing ist. Daran haben sich schon Kollegen wie Gaßner, Kroll, Freistetter oder Ganteför die Zähne ausgebissen, aus meiner bescheidenen Sicht zumindest. Wirklich restlos überzeugt hat mich in dieser speziellen Frage bislang noch keiner der sehr geschätzten Physikerklärer.
Martin Apolin, auf geht's, wir warten ungeduldig, good luck 🙂
Ui, da legen Sie die Latte jetzt aber ziemlich hoch! 😅 Nachdem ich den Text schon eingesprochen habe, kann ich jetzt auch gar nichts mehr ändern 😬
@@MartinApolindas wird schon !
Das sehe ich ähnlich. Ein Raumschiff, das die Erde verlässt und zwar entgegen der Richtung der Umlaufbahn um die Sonne, könnte im All "warten" und dann nach einem Jahr wieder auf der herannahenden Erde landen. Wer ist nun das sich bewegende System, wo verging die Zeit langsamer? Vielleicht kommt man mit der verbrauchten Energie weiter? Bin auch gespannt auf das vermutlich wie immer super anschaulich erarbeitete Video. Danke und weiter so.
@@hjung668 : Wenn Sie sich die Frage stellen, welches System bewegt "ist", dann geht das immer einher mit der Frage "für wen" es als bewegt betrachtet werden soll oder nicht. Eine absolute gleichförmige Bewegung ohne eine Referenz gibt es nicht. Das relativ zur Sonne still stehende und "wartende" Raumschiff ist für die Erde (und alle anderen Himmelskörper außer der Sonne) ganz klar bewegt. Am Energieverbrauch können Sie das nicht erkennen. Das "wartende" Raumschiff wird sehr viel Energie aufwenden müssen um nicht in die Sonne zu stürzen. Würde man es dagegen in einen Orbit um die Sonne bringen, bräuchte es im stationären Fall keine Energie mehr.
@Astro-Peter Doch, es gibt schon eine absolute Bewegung, und zwar dann, wenn man beschleunigen muss. Das erkläre ich im nächsten Video dann genau. Genau das ist nämlich beim Zwillingsparadoxon der Fall.
Ich habe nach wie vor als Laie große Probleme mit der Mathematik hinter der Physik. Aber dieses Video hat mir sehr weitergeholfen. Danke hierfür. Gerne würde ich ein Video von Ihnen mit der Zeitdilatation durch Gravitation sehen.
Ich finde es gar nicht unbedingt notwendig, dass man die Herleitung der Gleichung in allen Details versteht! Viel wichtiger ist es, dass man die Idee dahinter versteht, und die kann man sich mithilfe der zwei Lichtuhr und der Zickzackbahn gut verstehen. Und wenn man dann bedenkt, dass die Relativitätstheorie eine der am exaktesten bestätigten Theorien überhaupt ist, dann kann man die Gleichungen einfach auch so vom Himmel fallen lassen und auf die Physikerinnen und Physiker vertrauen! 😎
Ja, die Idee ist natürlich genial, weil so oft auch bestätigt.
Dennoch, scheint diese Vielen, innerlich zu widerstreben, auch renommierten Fachleuten und deshalb konnte Einstein eben für diese Arbeiten keinen Nobelpreis einfahren 🤷♂️
Stelle ich mich einfach ganz dumm und nehme an, das Zeit, wie alles irgendwie ihren Ursprung hat. Sie kann ja wissenschaftlich gesehen nicht einfach da sein, es sei denn man betrachtet ihre Existenz religiös.
Dem zufolge ist es erstaunlich und gleichzeitig faszinierend, daß Zeit durch bewegte Uhren gemessen langsamer vergeht, als in unbewegten Uhren. Betrachter und Uhr müssen synchron bewegt sein, daß eine Übereinstimmung in der Zeit gewährleistet ist.
Bewegt man also nichts, weder die Lichtuhr, noch das darum herum, geht für alles die Zeit gleich schnell. Ein Zustand, der der Trägheit von Objekten entspricht, die "gemütlichste" Position bei zu behalten.
Wenn ich also Objekte beschleunige, egal welche, bewege ich diese nicht nur durch den Raum, sondern auch die Zeit.
Ich messe also in Zern nicht die Auswirkung der Teilchen durch Hypergeschwindigkeitsbeschuss auf andere Teilchen in derselben Raumzeit, sondern in einer ganz anderen, für sehr kurze Momente, weniger als ein Wimpernschlag, dann verschwindet der gemessene Erfolg, hat keinen Bestand.
Ein weiteres:
Da Lichtgeschwindigkeit die Zeit verlangsamt, sogar bis auf 0 und alle Beobachter, das schließt sämtliche Materie mit ein, relativ viel langsamer sind, dürften diese es gar nicht wahrnehmen können. Es wäre einfach viel zu schnell und damit in einer anderen Zeit unterwegs.
Es müssen somit noch andere, nicht bekannte Komponenten berücksichtigt werden oder aber, es vergeht gar keine Zeit im Universum und wir befinden uns seit, nach unseren Berechnungen, 13 Milliarden Jahre lang im Urknall..
@@holgerlensing2783 : In den ersten 20, vielleicht 30 Jahren nach der Veröffentlichung der ART gab es für Einstein viel Gegenwind. Das ist richtig. Wir müssen bedenken, dass er damit nichts weniger als das komplette Lebenswerk und die Kenntnisse seiner fachlichen Kollegen auf den Prüfstand stellte. Das will man als etablierter Naturwissenschaftler im fortgeschrittenen Alter eigentlich nicht erleben müssen. Deshalb der Gegenwind. Spätestens eine Wissenschaftler-Generation danach, war die Validität der SRT und der ART aber so evident, dass es sich kein Wissenschaftler leisten konnte, sie zu ignorieren. Nobelpreise hätte Einstein ein Dutzend verdient. Das wissen wir heute ... aber das wusste man vor 100 Jahren noch nicht.
Sie müssen vorsichtig sein, wenn Sie eine Kausalkette ins Leben rufen. In der Regel beginnt alles mit einer Beobachtung in der Natur bzw. einem Experiment. Eine Annahme, dass "alles irgendwie einen Ursprung haben muss" wäre eine reine Hypothese ... kein Axiom. Anders herum wird IMO ein Schuh draus. Wir haben in der Physik (z. B. in der Kosmologie) viele wirklich fundierte Theorien, die in ihren Grenzen wunderbar funktionieren. Aber viele verwechseln wissenschaftliche Theorien mit der Realität oder gar mit einer metaphysischen "Wahrheit" und interpretieren in Modelle mehr hinein, als enthalten sein kann. Gerade wenn man an die Ränder einer Theorie geht, werden diese oft unscharf. Die Unendlichkeiten, Zeitpunkte vor dem Urknall oder Orten jenseits des Universums ... sind alles Themen, die sich einer seriösen Naturwissenschaft entziehen, da wir darüber nur mutmaßen können.
Es ist (offensichtlich) ein inhärenzes Prinzip der Zeit, variabler zu sein, als uns das unser statischer Alltag mit seinen fehlenden, nennenswerten Relativgeschwindigkeiten weiß machen will. Eine Geschwindigkeit ist keine Eigenschaft eines Objektes, sondern eine seines Betrachters. Deshalb "hat" ein Objekt nie eine bestimmte Geschwindigkeit unabhängig von einem Betrachter. Herr Apolin will uns im nächsten Video zwar das Gegenteil erklären, aber bis es so weit ist, ist das meine beste Arbeitshypothese.
Die Teilchen im LHC des Cern verschwinden deshalb nach einem Wimpernschlag, weil es so in ihrer Natur angelegt ist. Der Erfolg für die Forscher ist, Messwerte zu erhalten. Und diese haben Bestand, auch wenn die Teilchen längst verschwunden, absorbiert oder annihiliert sind. Es besteht IMO kein Anlass zur Verzweiflung 🙂.
unglaublich wie gut das video ist !!!!!!!!!
Dankeeeee!!!!!
Danke Apolin, wieder mal ein sehr gelungenes Video. Diese ergänzen deine Bucher super.
Eine Anmerkung: Am "Introbild" steht "Zeitdehung" anstatt Zeitdehnung. LG
Danke für das Lob… und auch den wichtigen Hinweis 😅 Muss ich bei nächster Gelegenheit gleich ändern.
Heute brennen Sie für die Physik aber schon ganz schön!!
Ich habe immer schon für die Physik gebrannt! 😎
Bei einem Lichtstrahl werden Photonen gleichmäßig nach allen Richtungen abgestrahlt.
Das sich schräg nach oben bewegende Photon ist nicht das, das wir ständig zu sehen glauben, sondern nur dem Wellencharakter des Lichtes geschuldet.
Auch bei einem Stein der ins Wasser fällt und sich die Wellen kreisförmig ausbreiten, kommen z.B. Teile des gleichen Wellenberges zu unterschiedlichen Zeiten an anderen Orten des Ufers an.
Das am Anfang im bewegten System vom Boden direkt nach oben "geschossene" Photon erreicht den Spiegel an der oberen Uhrendecke nie, da sich dieser mit dem System bereits nach rechts aus dem des Zielbereich hinausbewegt hat.
Es handelt sich um ein anderes Photon des gleichen Wellenringes, das sich bereits am Anfang schräg nach oben bewegt und somit einen längeren Weg zur Decke hat.
Man könnte die Lichtuhr mit den 30 cm Höhe in ihrer Breite vergrößern, also 2 parallele sehr breite Spiegel platzieren.
Würde man nur die beiden Photonen beobachten (gerade hoch bzw. schräg), müsste man erkennen, dass das senkrecht nach oben "geschossene" Photon den oberen Spiegel früher trifft als das nach schräg oben "gewanderte" Photon.
Dies wäre auch so, wenn sich das gesamte Spiegelsystem, wenn es sehr breit wäre, nach rechts bewegt.
Ohne mitwandernde Markierungen könnte dies eh nicht erkannt oder gar auseinander gehalten werden. Also kein Unterschied von bewegtem zu stehendem Sytem.
Niemand käme auf die Idee, dass die Lichtuhr im oberen "bewegten" System langsamer ginge. Das ursprünglich senkrecht nach oben gerichtete Photon würde weiterhin mit der unterhalb stehenden Lichtuhr synchron laufen, solange sich das Spiegelsystem nach rechts irgendwann aus dem Zielsystem bewegt hat.
Ob ein Laserstrahl (gebündelte Lichtwellen) einen solchen Versuchsaufbau mit nur einer einzigen Welle punktförmig nachbilden könnte, würde ich eher bezweifeln.
Auch ein noch so kurzer Strahl hat eine gewisse Länge. Anfang und Ende würden zu verschiedenen Zeiten und Orten den Spiegel erreichen.
Oder sehe ich das ganz falsch?
Da haben Sie schon recht mit ihren Argumenten, in der Praxis kann eine solche Lichtuhr schon alleine deshalb nicht funktionieren, weil jedes Photon früher oder später vom Spiegel absorbiert wird. Kein Spiegel reflektiert zu 100 %. Alle diese Lichtuhrgeschichten sind letztlich der Versuch, die Ableitungen der Gleichungen zu visualisieren, die man sonst nur ganz furztrocken mit der Lorenz-Transformation herleiten könnte. Und deshalb finde ich diese Verbildlichung trotzdem legitim und auch wichtig - vor allem für visuell denkende Menschen. Und sie sind ja auch nicht falsch, sondern nur sehr idealisiert.
@hjung668 : Ich fürchte, es geht in Ihrer Analyse schon einiges durcheinander. Bei diesem Lichtuhr-Experiment gehen wir davon aus, dass jeweils einzelne Photonen betrachtet werden. Einem einzelnen Photon kann zu jedem Zeitpunkt ein (hinreichend) genauer Ort im Raum zugeordnet werden, den es mit seiner ureigenen (Licht-) Geschwindigkeit geradlinig verändert. Ihre anderen Interpretationen sind nicht Bestandteil dieses Experiments. Es geht hier nicht um einen Lichtstrahlen und nicht um Laserlicht und es geht auch nicht darum, dass Photonen in alle nur erdenklichen Richtungen abgestrahlt werden. Einzelne Photonen "zerfließen" auch nicht wie die Wellen die ein ins Wasser geworfene Stein verursacht. Das Experiment ist viel einfacher, als Sie annehmen. Ja, Photonen haben auch Wellencharakter, aber auch darum geht es hier gerade nicht. Stellen Sie sich - nur für dieses Experiment - das Photon als Teilchen vor, dass wir beobachten können (was wir in der realen Welt natürlich nicht so einfach können) und ihm einen bestimmten, zeitlich veränderlichen Ort im Raum zuordnen können. Der gelbe Kreis bei 4:33 ist kein "Wellenkreis", sondern es handelt sich um sie Summe aller Orte, an denen sich ein Photon aufhalten könnte (!), wenn es mit seiner Geschwindigkeit in die jeweilige Richtung geschickt worden wäre.
@holgerlensing2783 Sie müssen das so sehen: beide Beobachter schießen in ihrer Uhr wenn sie auf gleicher höhe sind ein Photon aus ihrer Sicht senkrecht in die Höhe. Aus meiner Sicht fliegt das Photon in der bewegten Uhr aber dann schräg, sonst würde es den oberen Spiegel ja nicht treffen. Wenn die Uhr beschleunigt werden würde, dann würde das Photon die Uhr seitlich verlassen.
Der Bart is auch cool
Finde ich eigentlich auch! 😎
Die Zeit wird nicht gedehnt , sondern die Geschwindigkeit der Bewegungen innerhalb von Prozessen wird verlangsamt ( Uhrenlauf , Zellteilung etc.) , wenn diese sich in einem Bezugssystem ereignen , welches der Lichtgeschwindigkeit nahe kommt.
Die Zeit ist die endliche , konstante und maximale Kausalgeschwindigkeit , welche dafür verantwortlich ist , dass Ereignisse in einer festen Reihenfolge , ausgehend von einem Ursprung ( Urknall) auftreten.
Diese endliche , konstante und maximale Kausalgeschwindigkeit ist vermutlich identisch mit der Lichtgeschwindigkeit.
Zumindest ist die Lichtgeschwindigkeit die maximale Informationsgeschwindigkeit durch die wir überhaupt Kenntnis von solchen kausalen Zusammenhängen erlangen können.
Sie ist in allen Bezugssystemen immer gleich.
In der Relativitätstheorie nennt man die Zeit, die Eigenzeit.
In der Kosmologie nennt man sie, die
kosmologische Zeit ( seit dem Urknall).
Diese Zeit als die feste Kausalgeschwindigkeit in Einheiten der Lichtgeschwindigkeit , wird nicht irgendwie verändert , sondern die Bewegungen in Prozessen verlangsamen sich automatisch, wenn die Eigenbewegung des Bezugssystems in dem diese Prozesse stattfinden, sich signifikant dieser Lichtgeschwindigkeit annähert.
Die Verlangsamung ist auch völlig logisch, weil die Lichtgeschwindigkeit als Kausalgeschwindigkeit sowohl innerhalb , als auch außerhalb dieses Bezugssystems ja eben genau die gleiche Geschwindigkeit besitzt.
Würde man nämlich zur Kausalgeschwindigkeit die Geschwindigkeit der Eigenbewegung noch hinzuaddieren können, so würde man die kausale Reihenfolge von Ereignissen durch Eigenbewegung einfach überspringen können , was natürlich absurd ist.
Man könnte dann Wirkungen in der Zukunft erzeugen , ohne das sie eine Ursache in der Vergangenheit gehabt hätten.
Das ist ja gerade der Witz der Relativitätstheorie , dass sich das Endergebnis numerisch identischer Ereignisse und deren kausale Reihenfolge ( Ursache erzeugt Wirkung) nicht verändern lassen.
Deshalb müssen ALLE anderen physikalischen Parameter wie Abfolgen , Geschwindigkeit , Längen , Massen, Kräfte , Ladungen usw.usw. offensichtlich variabel sein und von dieser grundlegenden Tatsache dominiert werden.
Trotzdem habe ich da ein Verständnisproblem. 2 Raketen fliegen mit 0,6c aneinander vorbei. Dabei sollte es ja unerheblich sein, ob Rakete A steht und Rakete B 0,6c schnell ist oder ob beide jeweils ca. 0,3c aneinander vorbeifliegen. Meine Frage, welche der beiden Raketen altert schneller????
Nein, das ist nicht unerheblich! Wenn ich in der Rakete bin dann sehe ich, dass die Zeit in der Rakete B langsamer vergeht (mit 80 %). Wenn ich in der Rakete bin, sehe ich die Zeit in A langsamer laufen. Und Wenn ich ein dritter Beobachter, an dem sich beide Raketen mit 0,3 C vorbei bewegen, dann laufen aus meiner Sicht die Uhren in den Raketen gleich schnell. Alle Ansichten sind richtig, wenn es sich um einen symmetrischen Fall handelt. Die Auflösung, die man die Lorenz-Kontraktion und die Relativität der Gleichzeitigkeit mit einbeziehen. Ich erkläre das im nächsten Video genauer, wenn ich über das Zwillingsparadoxon spreche.
@@MartinApolin Jaja, Einstein, kaum denkt man, man hat es halbwegs verstanden, stellt man fest, dass man gar nichts verstanden hat. Ist zum Haare-Raufen. Und wenn ich an Quanten-Radierer denke, wird mir ganz übel. Danke für die Antwort.
@Thomas: Sie gehen vermutlich davon aus, dass es (trotz Relativitätstheorie) einen übergeordneten Ort / ein absolutes Bezugssystem gibt, von dem aus wir die "wahren Zusammenhänge" sehen können, die evtl. den beteiligten Parteien in ihrem Bewegungszustand verborgen bleiben. Aber so einen Ort gibt es nicht. Jeder Beobachter in den beiden Raketen sieht die Uhren im jeweils anderen Raumschiff langsamer ticken. Diese Beobachtung entzieht sich völlig unserer Alltagserfahrung und erscheint uns paradox ... aber dennoch ist das so. Ein dritter Beobachter ist in diesem Sinne nicht übergeordnet, sondern auch er hat eine Relativgeschwindigkeit zu den Raumschiffen und beobachtet dort langsamere Uhren entsprechend der Größe seiner Relativgeschwindigkeit.
Ich habe inzwischen gelernt, dass die einzigen Videos dieses Kanals aufeinander aufbauen. Wie allerdings mit dem bisher vorgestellten Wissen das Zwillingsparadoxon gelöst werden kann ... da bin ich schon sehr neugierig. In den mir bekannten Lösungen ist da irgend eine Form von Minkowski-Diagramm erforderlich (gerne auch extrem vereinfacht). Und alleine dieses vorzustellen, bedarf einiger Videos. Bin schon sehr gespannt.
@@thomasblang6478 : Ich fand Ihren Einwand absolut berechtigt. Als die SRT im Jahr 1905 vorgestellt wurde, entfesselte sie einen Sturm der Entrüstung und der Widersprüche. Als dann zehn Jahre später das neue Weltbild mit der ART komplettiert wurde, wurde es nicht besser. Es wurde damals ein Büchlein veröffentlicht mit dem Titel "100 Autoren gegen Einstein", das heute im Internet kostenlos als PDF zur Verfügung steht. Damals wurden alle diese Widersprüche auch schon adressiert. Es ist ein wunderbares Zeitzeugnis zeigt wie man in der Wissenschaft damals miteinander umging.
@thomasblang6478 😂 Jaja, mir ist auch manchmal zum Haare raufen - obwohl ich ja gar keine mehr mehr habe
Einfach und anschaulich erklärt 👍
Auch sehr interessant zu diesem Thema:
ruclips.net/video/waHB9VrT5oY/видео.htmlsi=XoYbi0MgEwR8UDrb
🙏🏻
beeindruckender unsinn einsteins :) der pseudophysiker meinte tatsächlich die zeit (konzept) ist das was die uhr (objekt) zeigt. Als pseudophysiker hat er seine zeit nicht einmal definiert. Es gibt keine Dilatation sondern die Objekte (alle uhren) interagieren mit anderen Objekten und werden beeinflusst. Echte Physik ;)
Sie sind da etwas ganz Großem auf der Spur!
@@MartinApolin nein, einfaches wissenschaftliches Denken,) Ohne Einsteins Phantasien, gehüllt in mathematischen Käse. Physik eben. Nicht Einsteins Tand