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Nachricht |
Nifi
Anmeldungsdatum: 02.06.2016
Beiträge: 1
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 Nifi Verfasst am: 02. Jun 2016 14:34 Titel: Verhalten eines Photons im Vergleich zu einer Gewehrkugel |
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Meine Frage:
Hallo Zusammen,
ich habe mal eine theoretische Frage.
Wenn man eine Gewehrkugel 90° zur Flugrichtung eines Raumschiffs abschießt,
entfernt sich die Kugel vom Raumschiff, bleibt aber immer auf der gleichen Höhe.
Wenn man den gleichen Versuch mit einem Photon macht, frage ich mich, ob das Photon
auch auf der Höhe des Raumschiffs bleibt oder ob es auf der Höhe des Abschusses (Zeitpunkt 1) bleibt?
Da ich nicht vom Fach bin, würde ich mich über eine leicht Verständliche Erklärung sehr freuen.
Vielen Dank für Eure Hilfe.
Gruß
Nils
Meine Ideen:
Da das Photon noch nicht existierte, als das Raumschiff beschleunigt wurde, gehe ich davon aus, dass das Photon nicht den Impuls des Raumschiff hat und daher immer auf der Abschusshöhe bleibt. |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18113
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| TomS Verfasst am: 02. Jun 2016 23:44 Titel: |
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Dieses Problem kann man mittels der Lorentz-Transformation exakt lösen.
Man betrachtet dabei zunächst das Ruhesystem des Raumschiffs. Die Weltlinien von Raumschiff (R) sowie des abgeschossenem Objektes (O = Gewehrkugel, Photon durch die 4-dim. Raumzeit werden mittels der Koordinaten
)
beschrieben.
Für Raumschiff sowie das abgeschossene Objekt gilt
)
)
Das Objekt wird dabei zum Zeitpunkt t = 0 vom Ursprung x = y = z = 0 aus mit einer Geschwindigkeit u in z-Richtung abgeschossen.
Für einen mit Geschwindigkeit v in x-Richtung bewegten Beobachter müssen diese Weltlinien in die Koordinaten
 = \gamma (t - vx,x-vt,y,z))
umgerechnet werden; dies entspricht einer Lorentz-Transformation.
Angewandt auf das Raumschiff sowie auf das abgeschossene Objekt folgt
 = (t^\prime, -vt^\prime,0,0))
 = (t^\prime, -vt^\prime,0,ut^\prime) )
Dass das Objekt sich zu jedem Zeitpunkt t' neben dem Raumschiff befindet, ist gleichbedeutend damit, dass die Richtung vom Raumschiff zum Objekt immer in Richtung der z- bzw. der z'-Achse weist. Dies ist für beide Koordinatensysteme sowie unabhängig von der Geschwindigkeit u der Fall, insbs. auch für u = 1 = Lichtgeschwindigkeit. |
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Nifi1
Gast
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| Nifi1 Verfasst am: 03. Jun 2016 11:05 Titel: |
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Hallo TomS,
vielen Dank für Deine Antwort.
Leider bin ich kein Physik- oder Mathematikstudent und verstehe daher Deine mathematische Antwort nicht wirklich. Ich würde die Frage lieber an praktischen Beispielen diskutieren.
Bitte entschuldige meine vielleicht etwas unprofessionelle Herangehensweise an das komplexe Thema, aber die Frage interessiert mich einfach schon eine Weile.
Du gehst also davon aus, dass sich das Photon in diesem Fall wie die Gewehrkugel verhält und auf der Höhe des Raumschiffs bleibt und sich nur mit der jeweiligen Geschwindigkeit entfernt.
Meine Annahme ist folgende. Ein Photon entsteht u.a. bei eine Quantensprung eines Elektrons zwischen verschiedenen Zuständen. Das passiert vermutlich augenblicklich.
Also in einem Moment ist es nicht da und im nächsten Moment bewegt es sich mit Lichtgeschwindigkeit in eine bestimmte Richtung.
Da zum Zeitpunkt der Entstehung keine Zeit vergeht, steht die Zeit und damit das Raumschiff still. Das Photon „weiß“ also nicht, in welche Richtung und mit welcher Geschwindigkeit sich das Raumschiff bewegt.
Da es auch keine Ruhemasse hat, kann es keine Impulse von einem bewegten Bezugssystem übernehmen. Aus diesen beiden Gründen kann Licht auch nie schneller sein als c und hat im Vakuum immer die gleiche Geschwindigkeit.
Das ist auch so, wenn z.B. ein Laserstrahl nach vorne aus dem Raumschiff abgeschossen wird. Bei einer Gewehrkugel ist das ja bekanntlich anders.
Was hältst Du von meiner Annahme?
Gruß
Nils |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18113
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| TomS Verfasst am: 03. Jun 2016 11:27 Titel: |
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| Nifi1 hat Folgendes geschrieben: | | Meine Annahme ist folgende. Ein Photon entsteht u.a. bei eine Quantensprung eines Elektrons zwischen verschiedenen Zuständen. Das passiert vermutlich augenblicklich. |
Mach's nicht zu kpmpliziert und lass' die Quantenmechanik hier weg
| Nifi1 hat Folgendes geschrieben: | | Das Photon „weiß“ also nicht, in welche Richtung und mit welcher Geschwindigkeit sich das Raumschiff bewegt. |
Doch, weil sich das Atom, das das Photon emittiert, mit dieser Geschwindigkeit bewegt.
| Nifi1 hat Folgendes geschrieben: | | Da es auch keine Ruhemasse hat, kann es keine Impulse von einem bewegten Bezugssystem übernehmen. |
Doch. Ein Photon der Frequenz f hat Energie E = hf und Impuls p = E/c = hf/c.
Argumentiere doch auschließlich mit dem Relativitätsprinzip:
1) Aus Sicht des Raumschiffs als Ruhesystem wird das Photon nach rechts abgeschossen. Ein Passagier, der den Start des Raumschiffs miterlebt hat, weiß, dass es sich nach vorne bewegt - relative zur Erde. Ein Passagier, der den Start verschlafen hat, weiß nur, dass er schwerelos im intergalaktischen Raum schwebt; bewegt sich das Raumschiff oder nicht? Für ihn macht diese Frage keinen Sinn.
2) Aus Sicht eines Platenbewohners fliegt das Raumschiff nach vorne an ihm vorbei, das Photon bewegt sich wiederum nach rechts. OK?
1) Der Raumschiffinsasse sieht das Photon immer rechts; es bleibt nie hinter ihm zurück.
2) Der Planetenbewohner sieht das Photon auch immer rechts vom Raumschiff, es bleibt ebenfalls nicht hinter dem Raumschiff zurück, d.h. es bewegt sich zusammen mit dem Raumschiff auch nach vorne.
Die x-Koordinate des Photons und des Raumschiffs sind für beide Beobachter identisch
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Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago. |
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