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2.2.1 Die Zeit ist gebeugt

Erstellt ab Sommer 2003

Damals dachte man noch, dass die Erde eine Scheibe sei ...

Aber unter uns gesagt: 

Es war halt eine ganz andere Zeitepoche, die ja nun dann doch schon etwas länger her ist.

Also machen wir uns doch einmal ein paar einfache Gedanken über seine Relativitätstheorie, die überliefert wurde und "stricken" einfach mal mit ganz simplen mitteln daran herum, um einmal ein wenig Gefühl dafür zu bekommen.




Und wir fangen an:


"Alles ist relativ" sagt man so.


Oder man meint es sogar so. In diesem Zusammenhang hast du sicherlich schon einmal von Albert Einstein gehört oder sogar etwas über ihn gelesen, vielleicht "Die kleine Geschichte der Zeit" von Steven Hawkins.

Es wird dann immer davon geredet, dass es eine Raumzeit gäbe oder dass der Raum gebeugt sei (von den Gravitationsfeldern der Materieanhäufungen "verbogen")

Nun, wie dem auch sei:

Wenn es also nur eine Raumzeit gibt und Zeit und Raum untrennbar miteinander verbunden sein sollen und man ferner der Auffassung ist, dass alles relativ ist, so kann man sehr gut auch den Gedanken herausarbeiten, dass die Zeit "gebeugt" ist.

  • Setzt man also den Raum als linear (wo ist eigentlich der Nullpunkt der 3 Achsen im Universum ?) fest, so muss die Zeit "gebeugt" sein.
  • Setzt man hingegen die Zeit als linear (wo ist der Nullpunkt der Zeit ?) fest, so wird der Raum "gebeugt" sein.
  • Da es sich um eine Raumzeit handeln soll, wäre ferner noch die Möglichkeit gegeben, das beides "gebeugt" ist, also sowohl der Raum als auch die Zeit.


Vermutlich wird es auch so sein.

Wen man jetzt etwas für sich selber erarbeiten will, so sollte man die Bedingungen so legen, dass einem persönlich ein möglichst klares Bild bietet, in diesem man die Parameter übersichtlich handhaben kann. Schön und gut, das machen einem ja so im Laufe der Lebensjahre viele Lehrer schön zurecht. Wenn man dann ein paar Jahre aus der Schule raus ist, ist fast alles wieder vergessen.

Ich habe hier mal die tolle Sache mit dem Zug im Bahnhof, dem Beobachter und seinem Helfer angenommen. Diese Geschichte wird immer ein wenig anders erzählt, insgesamt aber stets eine verblüffende Sache, die kaum jemand so richtig verstehen kann.

Es geht darum, dass unter bestimmten Bedingungen die Zeit "gebeugt" sein muss.

(Um es einmal humorvoll auszudrücken: Jeder kennt das Phänomen, dass die Zeit auf der Arbeit langsamer zu vergehen scheint als zuhause, besonders in der letzten Viertelstunde der Arbeitszeit ist das deutlich spürbar ;-)

Also hier mal meine Philosophie von der gebeugten Zeit:

Wir stellen uns folgendes Bild vor:

Auf dem Bahnsteig eines Bahnhofes steht ein Beobachter. Er beobachtet vom Bahnsteig aus den vorbeifahrenden Zug.  In diesem Zug  steht  sein  Helfer  und wirft einen Ball im Abteil in Fahrtrichtung des Zuges.

Welche Ballgeschwindigkeit  wird der Beobachter auf dem Bahnsteig wohl messen können ?

Richtig  !

Zuggeschwindigkeit  plus  Ballgeschwindigkeit  =  beobachtete  Geschwindigkeit. Beide Geschwindigkeiten  addieren sich also.

Dazu hier erst einmal zur Auflockerung ein paar Grafiken:


Wir zeichnen uns ein Weg-Zeit-Diagramm. An die X-Achse legen wir die Zeit und an die Y-Achse kommt mal der Weg. Pro Sekunde legt nun der vorbeifahrende Zug  einige Meter mehr zurück. Das ergibt dann eine  Gerade, die ansteigend ist.  Der Winkel, der sich zwischen der ansteigenden Gerade und der X-Achse bildet ist übrigens ein Maß für die Zuggeschwindigkeit (Meter pro Sekunde  -->  m/s).


Jetzt wirft jemand den Ball und sagen wir mal, der ist schneller als der Zug. Also ergibt sich für den Ball eine zweite Gerade mit einer steileren Steigung. Gleichzeitig setzen wir mal einen Messpunkt einfach auf 1 Meter und 1 Sekunde. (Ganz einfach, wie es auch im Einheitskreis  bei der Winkelmathematik oft gemacht wird.)

Nun haben wir also schon mal den Ball und den Zug erfasst.
Jetzt müssen wir nur noch mal sehen, was der Beobachter auf dem Bahnsteig misst:


Wir addieren also die Momentangeschwindigkeit des Zuges am Punkt unserer Einheitssekunde zur Ballgeschwindigkeit am Einheitssekundenpunkt. Es ergibt sich sofort eine dritte ansteigende Gerade, nämlich die resultierende beoachtete Geschwindigkeit des Balles.

Soweit alles klar ? Ist einleuchtend oder ?

Apropos "leuchten":

Jetzt machen wir einen fiesen Trick:

Der Helfer in dem Zugabteil nimmt nun anstatt des Balles eine Taschenlampe und leuchtet in Fahrtrichtung des Zuges innerhalb des Abteils.

Was wird der Beobachter auf dem Bahnsteig wohl messen ? Ist das Licht nun schneller als die Lichtgeschwindigkeit ?  (nämlich  z.B.  Lichtgeschwindigkeit plus  Zuggeschwindigkeit ?)

Momentan sind sich alle einig:

Nein ! Das Licht  flitzt auch für den Beobachter außerhalb des Zuges nur mit Lichtgeschwindigkeit nach vorn, denn man sagt:

Nichts ist schneller als das Licht.

Aber wo bleibt die "restliche Geschwindigkeit" ?
Wird der Zug schneller oder wie oder was ?

Gucken wir erst einmal auf die nächste Grafik:


Anstatt  der Ballgeschwindigkeit  setzen wir nun einfach die Lichtgeschwindigkeit ein, der Rest bleibt gleich.  Einheitssekunde, Einheitsmeter.

Die rote Geschwindigkeit darf ja nun nach Stand der Wissenschaft nicht erreicht werden, denn bei der Lichtgeschwindigkeit ist Schluss. Also können wir auch nicht die Momentanstrecke des Zuges am Zeitpunkt der Einheitssekunde  addieren, logisch, oder ?
(blauer Pfeil)

Die rote Gerade ist also nur in unseren Gedanken vorhanden, man sagt "imaginär". Um nun logisch weiter zu machen, müssen wir aber auf den Einheitsmeter kommen, denn unser Messgerät (Beobachter auf dem Bahnsteig) misst eben nun einmal genau über diesen Einheitsmeter. Und das tut es genau eine Einheitssekunde lang.

Was nun also ?

Wir lehnen uns zurück, von mir aus kannst du jetzt eine qualmen, wenn Du dir das immer noch nicht abgewöhnt hast, aber nach den Regeln der derzeitigen "Kunst" kann es also nicht anders sein, als dass unsere Einheitssekunde  irgendwie  und irgendwo  "verbogen" werden muss, um auf den Einheitsmeter zu kommen.

Sollte der Raum kurmm sein, so wäre natürlich analog unser Einheitsmeter "verbogen". Das sieht man dann an dem roten Doppelpfeil, der ebenfalls irgendwie "fehlt" und nicht eingezeichnet werden darf. Aber wir wollen hier ja die Zeit betrachten und den Raum als linear annehmen.

Also holen wir uns nun noch einen "MUG", einen Pott Kaffe also, und überlegen jetzt mal, wie man das nun verdeutlichen könnte:
 


Wir dürfen also partout nicht über die Lichtgeschwindigkeit kommen, denn das war lange Zeit das Allerheiligste  der Physiker  der  Erde.

Bleibt also nur  die Möglichkeit,  über die Imaginärgeschwindigkeit (rote Gerade)  zu "loten" und rigendwie einen  Vektor parallel zu verschieben, was ja immer wieder in der Physik erlaubt ist.

Dazu bilden wir ein Vektorparallelogramm, dessen Diagonale aus einem Stückchen unserer Imaginärgeschwindigkeit besteht.  Das ergibt aber unweigerlich  eine  gestauchte Einheitssekunde (nach links, grün), wenn man den Einheitsmeter  als  linear ansieht, was Voraussetzung war.

Die gedehnte Einheitssekunde (nach rechts, grün) habe ich eigentlich nur der Vollständigkeit halber eingezeichnet, damit man nicht nur eine Richtung der Zeitdehnung/stauchung betrachtet.

Unsere Einheitssekunde ist also irgendwo im gesamten "Versuchsaufbau" (Bahnhof, Bahnsteig, Beobachter, Helfer, Lichtstrahl, Zugabteil, Messuhr) gedehnt oder gestaucht.

Nun, ich hoffe, zumindest ein wenig Interesse geweckt zu haben, wer es genau und richtig nach dem derzeitigen Stand haben möchte, der sollte wohl mal besser die Physiklehrerin seines Vertrauens fragen.

 

 

Vielen Dank,



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