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[quote="Ingö"]Danke, soweit klar. Doch was passiert nun mit der fiktiven masselosen Uhr? Bleibt sie stehen oder geht sie weiter? Und wie würde das Photon die Umwelt "wahrnehmen "?[/quote]
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TomS
Verfasst am: 15. Aug 2025 14:21
Titel:
Ingö hat Folgendes geschrieben:
Gut, danke, dass hilft nun schon mal für das Verständnis!
Und gemäß spezieller Relativitätstheorie geht nun eine Uhr, die so präzise ist, dass die Prozesszeit der Eigenzeit entspricht, umso langsamer, je höher die Geschwindigkeit ist, korrekt?
Sie geht nicht langsamer im Bezug zu weiteren mit ihr mitbewegten Uhren, Prozessen und Beobachtern. Sie scheint nur aus Sicht einer anderen Uhr bzw. eines anderen Beobachters, bzgl. derer sie sich bewegt, langsamer zu gehen. D.h. am Prozess oder Mechanismus der Uhr ändert sich nichts.
Nehmen wir einen unbeschleunigten Beobachter B. Für ihn vergehe eine Zeit T, die er auf seiner Armbanduhr abliest. Zu den Zeitpunkten
fliege an ihm sehr dicht ein Raumschiff mit einem Beobachter B' vorbei, sodass er dessen Armbanduhr bzw. Borduhr direkt ablesen kann. Diese zeige die Zeiten
Für die Zeiten dazwischen, also
kann B mittels Radar und Dopplereffekt die Relativgeschwindigkeit v von B' bzgl. B bestimmen *. Damit kann er berechnen, welche Bordzeit von B' beide beim zweiten Vorbeiflug ablesen werden:
(wobei ich die Lichtgeschwindigkeit c=1 setze)
Wie genau sich B' bewegt ist irrelevant; er kann beliebige Flugmanöver ausführen. Da B' zu B zurückkehrt, ist B' sicher kein unbeschleunigter Beobachter; deswegen ist seine Formel zur Berechnung von T mittels T' wesentlich komplizierter, aber natürlich stimmen die Aussagen überein.
Letztlich kann man zeigen, dass das o.g. Integral einer rein geometrischen Größe entspricht.
* in der Praxis ist das ziemlich kompliziert, wenn sich die Flugrichtung von B' ändern kann
Ingö
Verfasst am: 15. Aug 2025 13:22
Titel:
Gut, danke, dass hilft nun schon mal für das Verständnis!
Und gemäß spezieller Relativitätstheorie geht nun eine Uhr, die so präzise ist, dass die Prozesszeit der Eigenzeit entspricht, umso langsamer, je höher die Geschwindigkeit ist, korrekt?
TomS
Verfasst am: 15. Aug 2025 12:37
Titel:
Du misst zunächst immer "Ticks", also Anzahl der Pendelschwingungen, Anzahl der Zerfälle. Daraus folgt eine "Prozesszeit", z.B. "eine Sekunde für 7 Pendelschwingungen" oder "eine Sekunde für im Mittel 361 Zerfälle".
Wenn die Uhr unempfindlich gegen Beschleunigung ist, wenn diese sehr genau gemessen und der Effekt herausgerechnet werden kann, oder wenn kräftefreie = unbeschleunigte Bewegung vorliegt, dann liefert dir das auch die Eigenzeit als geometrische Größe = Länge der Weltlinie.
Es ist wie früher in der Seefahrt: die geometrische Größe ist die Streckenlänge auf der Karte bzw. dem Globus, die tatsächliche Messgröße liefert dir z.B. das Abrollen der Logleine.
Ingö
Verfasst am: 15. Aug 2025 12:21
Titel:
Okay, aber welche Zeit messen ich nun mit einer Uhr? Die Eigenzeit? Die Prozesszeit?
TomS
Verfasst am: 15. Aug 2025 10:45
Titel:
Zu masselosen Uhren:
Zunächst mal habe ich mir überlegt, dass es tatsächlich Effekte geben könnte, die ausschließlich auf Basis masseloser "Teilchen" funktionieren. Man diskutiert in der Physik hypothetische Teilchen, sogenannt Axionen, die möglicherweise verschiedenen Probleme lösen könnten (dark matter, strong CP problem). Diese Axionen könnten masselos sein, sie koppeln an Photonen, nicht jedoch direkt an gewöhnliche Materie; daher könnten sich Photonen (in einem externen starken elektromagnetischen Feld, nicht im Vakuum) in Axionen umwandeln (und diese wieder zurück in Photonen, was ich als Effekt zweiter Ordnung erst mal vernachlässige). Würde man nun entlang eines Photonenstrahls die "Anzahl der Photonen" messen, so fände man mit zunehmender Strahlläge eine leichte Abnahme.
Nehmen wir an, die Umwandlung von Photonen in Axionen erfolge wieder nach einem exponentiellen Gesetz. Dann gilt völlig analog zu oben, nun jedoch mittels Eliminierung der Strahllänge
D.h. der Prozess der Umwandlung von Photonen in Axionen definiert völlig analog eine Referenzgröße, die als Zeit verwendet werden kann.
Allerdings haben wir damit noch keine Uhr, die die Photonen mitführen könnten
Ingö
Verfasst am: 15. Aug 2025 10:10
Titel:
Zitat:
Wenn man beschleunigt, um sich der Lichtgeschwindigkeit zu nähern (und unter der Voraussetzung, dass die Beschleunigung gering genug ist, um den Gang einer Uhr nicht zu stören, was für den Neutronenzerfall sicher zutrifft), dann passiert für eine Uhr wie die mittels Anzahl mitgeführter Neutronen als Referenzgröße nichts. Der Beobachter im Raumschiff und die Uhr = die mitgeführten Neutronen teilen die selbe geometrische Größe tau, und diese tritt in w(N) nicht auf, also bleibt der anhand dieser und anderer idealer Referenzgrößen ermittelte Zeitverlauf unverändert.
Deswegen bezeichnet man tau als Eigenzeit, weil sie sozusagen eine universelle geometrische Größe ist, die man mittels derartiger idealer Uhren mit deren deren Prozesszeit assoziieren und messen kann.
Also, heißt das jetzt, dass in diesem Fall trotz Lichtgeschwindigkeit die Uhr ganz normal weiter läuft?
Und nochmal kurz zur Eigenzeit: wann ist die Eigenzeit die Zeit, die ich auf einer Uhr ablesen kann? Bzw welche Zeit lese ich generell von einer Uhr ab?
TomS
Verfasst am: 15. Aug 2025 09:42
Titel:
Nee, nicht ganz, man muss sie nur sinnvoll formulieren.
Wenn man beschleunigt, um sich der Lichtgeschwindigkeit zu nähern (und unter der Voraussetzung, dass die Beschleunigung gering genug ist, um den Gang einer Uhr nicht zu stören, was für den Neutronenzerfall sicher zutrifft), dann passiert für eine Uhr wie die mittels Anzahl mitgeführter Neutronen als Referenzgröße
nichts
. Der Beobachter im Raumschiff und die Uhr = die mitgeführten Neutronen teilen die selbe geometrische Größe tau, und diese
tritt in w(N) nicht auf
, also bleibt der anhand dieser und anderer idealer Referenzgrößen ermittelte Zeitverlauf
unverändert
.
Deswegen bezeichnet man tau als Eigenzeit, weil sie sozusagen eine universelle geometrische Größe ist, die man mittels derartiger idealer Uhren mit deren deren Prozesszeit assoziieren und messen kann.
Die Wahrnehmung der Umgebung, ggü. der man sich mit hoher Geschwindigkeit bewegt, ist tatsächlich berechenbar, allerdings ist das mathematisch aufwändig, da verschiedenen Effekte zu berücksichtigen sind.
https://en.wikipedia.org/wiki/Relativistic_Doppler_effect
https://en.wikipedia.org/wiki/Relativistic_aberration
Ingö
Verfasst am: 15. Aug 2025 08:56
Titel:
Danke für die Erläuterung!
Das ein Elementarteilchen die Umwelt mangels Bewusstsein nicht wahrnehmen kann, ist ja klar. Es war nur ein Gedankenexperiment meinerseits.
Und klar, masselose Uhren kann es auch nicht geben. Es kam halt bei mir nur die Frage auf: wie würde man seine Umwelt bei Lichtgeschwindigkeit wahrnehmen und bliebe dann die Uhr stehen?
Ich deute mal deine Antwort auch so, dass die Frage sinnlos ist.
TomS
Verfasst am: 15. Aug 2025 07:43
Titel:
Ingö hat Folgendes geschrieben:
Danke, soweit klar. Doch was passiert nun mit der fiktiven masselosen Uhr? Bleibt sie stehen oder geht sie weiter? Und wie würde das Photon die Umwelt "wahrnehmen "?
Ein Elementarteilchen nimmt seine Umwelt nicht wahr.
Und du musst dich davon verabschieden, dass ein Elementarteilchen einen intrinsischen Zeitbegriff hätte. Die sogenannte "Eigenzeit" ist eine rein geometrische Größe, da tickt nichts, da passiert nichts. Insofern ist der Begriff verwirrend.
Eigenzeit wird erst dadurch zu einer messbaren Größe, indem man eine gewöhnliche Uhr verwendet, bei der etwas passiert, die tickt.
"
Zeit ist das, was man an der Uhr abliest
".
(Albert Einstein)
Es gibt zwei Probleme:
Erstens ist der Übergang zur Lichtgeschwindigkeit singulär; die geometrische Größe der Eigenzeit ist entlang einer lichtartigen Weltlinie konstant, d.h. die obigen Formeln mit Ableitungen nach tau sind in diesem Grenzfall undefiniert. Man müsste das ganze also mathematisch völlig anders aufziehen.
Zweitens müsste man verschiedene masselose Uhren bauen, deren Gang man untereinander vergleichen könnte.
Ich denke mal nach …
TomS
Verfasst am: 15. Aug 2025 07:34
Titel:
Aruna hat Folgendes geschrieben:
Teilchen gibt es ja nicht, nur einigermaßen lokalisierte Detektorereignisse …
Was immer es auch ist, dieses Elektron, für sich alleine "tut es nichts".
Aruna hat Folgendes geschrieben:
Aus was besteht die Strahlung, die beim Übergang zwischen zwei Hyperfein-Niveaus des Grundzustands des Cäsium-133-Atoms emittiert wird?
Entsteht der Eindruck einer Schwingung nur dadurch, dass sich ein in sich stabiles Objekt an einem Beobachter vorbeibewegt?
Man benutzt bei Atomuhren nicht die Schwingung direkt, also nicht die Frequenz isolierter Photonen, der Strahlung o.ä., sondern letztlich einen herkömmlichen Oszillator. Dieser wird lediglich anhand der Frequenz des Hyperfeinübergangs sehr stabil ausgerichtet.
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Atomic_clock
Aruna
Verfasst am: 15. Aug 2025 07:13
Titel:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Ingö hat Folgendes geschrieben:
Zitat:
Der rein geometrische Unterschied, dass für ein isoliertes Photon keine Eigenzeit "vergeht", für ein isoliertes Elektron dagegen schon, liefert keinen irgendwie gearteten messbaren Unterschied, da für beide tatsächlich nichts "vergeht" und nichts "passiert"; sie liefern beide keine Prozesszeit bzw. Referenzgröße.
Aber warum vergeht keine Prozesszeit?
Was soll denn in einem stabilen Elementarteilchen für ein Prozess ablaufen? Was soll sich ändern?
Teilchen gibt es ja nicht, nur einigermaßen lokalisierte Detektorereignisse.....
Aus was besteht die Strahlung, die beim Übergang zwischen zwei Hyperfein-Niveaus des Grundzustands des Cäsium-133-Atoms emittiert wird?
Entsteht der Eindruck einer Schwingung nur dadurch, dass sich ein in sich stabiles Objekt an einem Beobachter vorbeibewegt?
Ingö
Verfasst am: 15. Aug 2025 06:46
Titel:
Danke, soweit klar. Doch was passiert nun mit der fiktiven masselosen Uhr? Bleibt sie stehen oder geht sie weiter? Und wie würde das Photon die Umwelt "wahrnehmen "?
TomS
Verfasst am: 15. Aug 2025 06:30
Titel:
Ingö hat Folgendes geschrieben:
Zitat:
Der rein geometrische Unterschied, dass für ein isoliertes Photon keine Eigenzeit "vergeht", für ein isoliertes Elektron dagegen schon, liefert keinen irgendwie gearteten messbaren Unterschied, da für beide tatsächlich nichts "vergeht" und nichts "passiert"; sie liefern beide keine Prozesszeit bzw. Referenzgröße.
Aber warum vergeht keine Prozesszeit?
Was soll denn in einem stabilen Elementarteilchen für ein Prozess ablaufen? Was soll sich ändern?
Ingö hat Folgendes geschrieben:
Also ganz blöd gefragt: wenn man mit Lichtgeschwindigkeit durch den Raum fliegen könnte … würde einfach eine imaginäre Uhr, die ich beim Flug dabei hätte, stehen bleiben, während alle Geschehnisse weiter gehen?
Das ist eine ganz andere Frage. Nun nimmst du an, du hättest einen Prozess und eine funktionierende Uhr, und du möchtest diese auf Lichtgeschwindigkeit bringen. Für letzteres müsste die Uhr masselos sein, dann bewegt sie sich aber immer mit Lichtgeschwindigkeit.
Hättest du dagegen eine massebehaftete Uhr, könntest du sie immer nur beliebig nahe an die Lichtgeschwindigkeit bringen.
Schauen wir uns deine Körperfunktionen an, z.B. das Längenwachstum des Haares pro Eigenzeit, also die Größe
Als Referenzgröße diene die Anzahl mitgeführter Neutronen, d.h.
Damit erhält man
Das beinhaltet nun eine Prozesszeit, wobei der Prozess der Neutronenzerfall ist. Die geometrische Größe tau ist verschwunden, du vergleichst das Längenwachstum mit einem Prozess. Das ist etwas ungewohnt und unpraktisch, aber es zeigt das Prinzip: man eliminiert ein rein geometrische und für sich betrachtet unbeobachtbare Größe zugunsten einer messbaren Größe, der Anzahl der Neutronen.
Soweit klar?
Die nächste Frage wäre dann, was nahe der Lichtgeschwindigkeit geschieht, und warum soetwas für masselose Objekte scheitert.
Ingö
Verfasst am: 14. Aug 2025 23:43
Titel:
Zitat:
Der rein geometrische Unterschied, dass für ein isoliertes Photon keine Eigenzeit "vergeht", für ein isoliertes Elektron dagegen schon, liefert keinen irgendwie gearteten messbaren Unterschied, da für beide tatsächlich nichts "vergeht" und nichts "passiert"; sie liefern beide keine Prozesszeit bzw. Referenzgröße.
Aber warum vergeht keine Prozesszeit? Also ganz blöd gefragt: wenn man mit Lichtgeschwindigkeit durch den Raum fliegen könnte, bewegt sich dann die Welt um mich herum normal weiter oder bleibt sie stehen? Oder würde einfach eine imaginäre Uhr ,die ich beim Flug dabei hätte, stehen bleiben, während alle Geschehnisse weiter gehen?
Teflonmann
Verfasst am: 14. Aug 2025 22:12
Titel:
Photonen haben keine Eigenzeit weil sie sich immer mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, es gibt keinen Bezug in dem das Photon ruht.
TomS
Verfasst am: 14. Aug 2025 22:05
Titel:
Es gibt mehrere Zeitbegriffe.
Die
Koordinatenzeit
ist in der ART zunächst eine reine Hilfsgröße, die keine unmittelbare physikalische Bedeutung haben muss. Die
Eigenzeit
ist zunächst eine rein geometrische Größe. Zuletzt haben wir eine "
Prozesszeit
", z.B. die Tatsache, dass sich die Position eines Pendels bzgl. der senkrechten Wand ändert, wobei die Position des Pendels d.h. dessen Auslenkwinkel als Referenzgröße dienen könnte, um andere Messgrößen damit zu vergleichen.
Der rein geometrische Unterschied, dass für ein isoliertes Photon keine Eigenzeit "vergeht", für ein isoliertes Elektron dagegen schon, liefert keinen irgendwie gearteten messbaren Unterschied, da für beide tatsächlich nichts "vergeht" und nichts "passiert"; sie liefern beide keine Prozesszeit bzw. Referenzgröße.
Eine Schar von freien Neutronen, die sich mit konstanter Geschwindigkeit mit dem Elektron mitbewegen, liefert aufgrund des Neutronenzerfalls dagegen eine Referenzgröße, nämlich die Anzahl der Neutronen. Das ist nun aber keine Frage der Geometrie.
Ingö
Verfasst am: 14. Aug 2025 20:34
Titel:
Danke! Wie kann man sich dann das "Darsein" eines Photons in etwa vorstellen? Es vergeht einfach keine Zeit beim Durchqueren des Raumes? Ist es klar, was ich meine?
Corbi
Verfasst am: 14. Aug 2025 18:39
Titel:
nein wenn du den Ereignishorizont überschreitest bleibt die Zeit nicht stehen, sie vergeht für dich ganz normal weiter. Von außen sieht es jedoch so aus wie wenn die Zeit stehen bleibt und man wird niemals sehen wie du wirklich hineinfällst auch wenn du es tatsächlich tust.
und ja entlang lichtartiger Wege vergeht keine Zeit.
Ingö
Verfasst am: 14. Aug 2025 17:15
Titel: Bleibt in einem schwarzen Loch die Zeit stehen?
Meine Frage:
Guten Tag,
ich habe eine Frage: und zwar, bleibt eigentlich in einem schwarzen Loch die Zeit stehen, wenn man dort hypothetisch hinein gelangen könnte?
Oder sieht es nur für einen Außenstehenden, der dies beobachtet, so aus?
Ebenfalls in die Richtung gehend: bleibt für mich die Zeit still stehen, wenn ich mich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen würde? Falls ja, vergeht für Photonen keine Zeit?
Meine Ideen:
Danke für die Hilfe!