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Längenkontraktion und Zeitdilatation im Fall eines Photons
 
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photonxy
Gast





Beitrag photonxy Verfasst am: 26. Jan 2022 12:37    Titel: Längenkontraktion und Zeitdilatation im Fall eines Photons Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Hallo liebe Physiker,

Ich habe eine Frage bzw ein Verständnisproblem bzgl. der Längenkontraktion und der Zeitdilatation im Fall von Photonen. Ich lese immer wieder, dass für Photonen keine Zeit vergeht und der Raum auf die Länge null kontraktiert ist. Aber wie kann man sich das vorstellen? Eine imaginäre massenweise mitbewegte Uhr würde einfach stehen bleiben und der Raum wäre komplett zusammengeschrumpft? Vor allem letzteres verstehe ich überhaupt nicht, da ja dann das Photon in diesem Sinne überhaupt keinen Weg zurücklegen würde. Kann mir jemand Licht ins dunkle bringen?

Meine Ideen:
Eigene Ideen habe ich leider überhaupt nicht. Deshalb frage ich hier.
Zeitlos
Gast





Beitrag Zeitlos Verfasst am: 26. Jan 2022 15:01    Titel: Antworten mit Zitat

Das Thema scheint ja 'n Dauerbrenner zu sein.
Also so wie ich es verstanden haben ist der entscheidene Punkt das der Beobachter bewegt ist und sich so ein gemessener Weg also der Abstand von zwei Punkten durch die Bewegung verkleinert sich immer mehr je schneller es sich bewegt und da sich Licht immer mit der gleichen Geschwindigkeit bewegt wenn der Weg kürzer wird muss dann die Zeit langsamer laufen. Ergibt das Sinn?
photonxy
Gast





Beitrag photonxy Verfasst am: 26. Jan 2022 16:35    Titel: Antworten mit Zitat

Was mir nicht so richtig in den Kopf geht, ist, dass der Raum für die Photonen die Länge null haben soll. Wie kann man sich das vorstellen? Das ganze Universum ist dann wie ein Massepunkt? Irgendwie erschließt sich das mir nicht.
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 3971

Beitrag DrStupid Verfasst am: 26. Jan 2022 16:55    Titel: Antworten mit Zitat

photonxy hat Folgendes geschrieben:
Was mir nicht so richtig in den Kopf geht, ist, dass der Raum für die Photonen die Länge null haben soll. Wie kann man sich das vorstellen? Das ganze Universum ist dann wie ein Massepunkt?


Naja, Photonen merken nichts. Aber für einen Beobachter, der beliebig nahe an die Lichtgeschwindigkeit beschleunigt, wird das Universum tatsächlich in Flugrichtung platt gedrückt.
photonxy
Gast





Beitrag photonxy Verfasst am: 26. Jan 2022 17:52    Titel: Antworten mit Zitat

Aber warum können wir dann ein Photon an einer gewissen Stelle lokalisieren? Wäre es so betrachtet überall gleichzeitig (in Bewegungsrichtung)?
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 15182

Beitrag TomS Verfasst am: 26. Jan 2022 23:10    Titel: Antworten mit Zitat

Aus Sicht eines beliebigen Beobachters bewegt sich ein Photon - das wir uns mal als nahezu punktförmiges Energiepaket vorstellen - immer mit Lichtgeschwindigkeit c und befindet sich dann zum Zeitpunkt t nach seiner Erzeugung an einem Ort



von der Quelle entfernt. Da können wir es lokalisieren bzw. detektieren.

Was mathematisch unmöglich ist, ist ein Ruhesystem des Photons zu definieren und aus Sicht des Photons die Position anderer Objekte zu beschreiben.

_________________
Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.
curious
Gast





Beitrag curious Verfasst am: 27. Jan 2022 05:58    Titel: Antworten mit Zitat

TomS hat Folgendes geschrieben:
Aus Sicht eines beliebigen Beobachters bewegt sich ein Photon - das wir uns mal als nahezu punktförmiges Energiepaket vorstellen - immer mit Lichtgeschwindigkeit c und befindet sich dann zum Zeitpunkt t nach seiner Erzeugung an einem Ort



von der Quelle entfernt. Da können wir es lokalisieren bzw. detektieren.

Was mathematisch unmöglich ist, ist ein Ruhesystem des Photons zu definieren und aus Sicht des Photons die Position anderer Objekte zu beschreiben.


Kann man auch keine Eigenzeit und keine Eigenlänge berechnen?
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 15182

Beitrag TomS Verfasst am: 27. Jan 2022 06:40    Titel: Antworten mit Zitat

Die Eigenzeit tau kann man als Grenzwert berechnen. Sie beträgt aus Sicht einer Uhr in einem Inertialsystem mit Zeit t



Welche Eigenlänge möchtest du berechnen?

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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.
curious
Gast





Beitrag curious Verfasst am: 27. Jan 2022 06:55    Titel: Antworten mit Zitat

TomS hat Folgendes geschrieben:
Die Eigenzeit tau kann man als Grenzwert berechnen. Sie beträgt aus Sicht einer Uhr in einem Inertialsystem mit Zeit t




Danke

TomS hat Folgendes geschrieben:
Welche Eigenlänge möchtest du berechnen?


z.B. diese:

TomS hat Folgendes geschrieben:
Aus Sicht eines beliebigen Beobachters bewegt sich ein Photon - das wir uns mal als nahezu punktförmiges Energiepaket vorstellen - immer mit Lichtgeschwindigkeit c und befindet sich dann zum Zeitpunkt t nach seiner Erzeugung an einem Ort



von der Quelle entfernt.


Also die Eigenlänge für den Abstand zwischen Quelle und Detektor, für die es aus Sicht eines Beobachters in einem Intertialsystem die Zeit t brauchte und
die Strecke x = ct zurückgelegt hat.
Zeitlos
Gast





Beitrag Zeitlos Verfasst am: 27. Jan 2022 13:47    Titel: Antworten mit Zitat

Wie ist das eigentl. generell mit Photonen wenn die keine Ruhemasse haben dann kann ich also Photonen mit lächerlich wenig Energie erzeugen? Und da die mit Gravitation wechselwirken obwohl sie keine Masse haben erzeugen die dann ein eigenens Gravitationsfeld?
Also was passiert mit einem Photon mit lächerlich wenig Energie das ka zwischen zwei Neutronensternen durchfliegt, langsamer kanns ja nicht werden also verliert es Energie und verpufft dann irgendwann oder zerfällt oder fliegt es ewig weiter bis es mal mit irgendwas kollidiert?
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 3971

Beitrag DrStupid Verfasst am: 27. Jan 2022 14:12    Titel: Antworten mit Zitat

Zeitlos hat Folgendes geschrieben:
Wie ist das eigentl. generell mit Photonen wenn die keine Ruhemasse haben dann kann ich also Photonen mit lächerlich wenig Energie erzeugen?


Ja. Die höchste jemals gemessene Energie eines Photons liegt bei lächerlichen 100 TeV. Das reicht noch nicht einmal um eine LED eine Millisekunde lang leuchten zu lassen.
Zeitlos
Gast





Beitrag Zeitlos Verfasst am: 27. Jan 2022 15:20    Titel: Antworten mit Zitat

Ich betreibe meine LEDs nur mit nachhaltig erzeugten Photonen, also das war schon eine ernstgemeinte Frage mit lächerlich wenig meinte ich eine Energie die nicht Null ist aber beliebig klein.
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 3971

Beitrag DrStupid Verfasst am: 27. Jan 2022 16:11    Titel: Antworten mit Zitat

Zeitlos hat Folgendes geschrieben:
mit lächerlich wenig meinte ich eine Energie die nicht Null ist aber beliebig klein.


Das ist auch nicht sonderlich präzise. Wenn die Wellenlänge des Photons beliebig lang ist, dann ist die benötigte Energie beliebig klein.
Zeitlos
Gast





Beitrag Zeitlos Verfasst am: 27. Jan 2022 19:24    Titel: Antworten mit Zitat

DrStupid hat Folgendes geschrieben:

Das ist auch nicht sonderlich präzise. Wenn die Wellenlänge des Photons beliebig lang ist, dann ist die benötigte Energie beliebig klein.

Schön schön, meine Frage war ob es ein kleiner als beliebig klein gibt oder ob das Photon dann verpufft oder was passiert damit?
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 3971

Beitrag DrStupid Verfasst am: 27. Jan 2022 19:59    Titel: Antworten mit Zitat

Zeitlos hat Folgendes geschrieben:
Schön schön, meine Frage war ob es ein kleiner als beliebig klein gibt oder ob das Photon dann verpufft oder was passiert damit?


Kleiner als beliebig klein ist Null (negativ geht hier ja nicht) und ohne Energie gibt es kein Photon.
Kurt



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Beiträge: 523
Wohnort: Bayern

Beitrag Kurt Verfasst am: 27. Jan 2022 20:29    Titel: Antworten mit Zitat

photonxy hat Folgendes geschrieben:
Was mir nicht so richtig in den Kopf geht, ist, dass der Raum für die Photonen die Länge null haben soll. Wie kann man sich das vorstellen? Das ganze Universum ist dann wie ein Massepunkt? Irgendwie erschließt sich das mir nicht.


Kein Wunder.
Wundern muss man sich allerdings über die "Verarbeitung" von Dingen die nicht existieren, ich rede von Photonen.

Kurt

_________________
Wir werden die Natur erst verstehen wenn wir kapieren wie genial einfach sie funktioniert.
Zeitlos
Gast





Beitrag Zeitlos Verfasst am: 27. Jan 2022 20:43    Titel: Antworten mit Zitat

DrStupid hat Folgendes geschrieben:

Kleiner als beliebig klein ist Null (negativ geht hier ja nicht) und ohne Energie gibt es kein Photon.

Es gibt aber keine Minimal Energie für Photonen
DrStupid



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Beiträge: 3971

Beitrag DrStupid Verfasst am: 27. Jan 2022 20:52    Titel: Antworten mit Zitat

Zeitlos hat Folgendes geschrieben:
Es gibt aber keine Minimal Energie für Photonen


Das heißt nicht, dass keine Energie benötigt wird.
Zeitlos
Gast





Beitrag Zeitlos Verfasst am: 27. Jan 2022 20:56    Titel: Antworten mit Zitat

Irgendwie fühl ich mich verarscht. Also gehen wirs nochmal anders an, wenn die Energie die benötigt wird durch Wechselwirkung mit Gravitation reduziert wird, was macht das mit dem Photon?
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 3971

Beitrag DrStupid Verfasst am: 27. Jan 2022 21:14    Titel: Antworten mit Zitat

Zeitlos hat Folgendes geschrieben:
Also gehen wirs nochmal anders an, wenn die Energie die benötigt wird durch Wechselwirkung mit Gravitation reduziert wird, was macht das mit dem Photon?


Es wird langwelliger (gravitative Rotverschiebung).
Zeitlos
Gast





Beitrag Zeitlos Verfasst am: 27. Jan 2022 21:19    Titel: Antworten mit Zitat

DrStupid hat Folgendes geschrieben:

Es wird langwelliger (gravitative Rotverschiebung).

ein Photon - das wir uns mal als nahezu punktförmiges Energiepaket vorstellen
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 3971

Beitrag DrStupid Verfasst am: 27. Jan 2022 21:45    Titel: Antworten mit Zitat

Zeitlos hat Folgendes geschrieben:
ein Photon - das wir uns mal als nahezu punktförmiges Energiepaket vorstellen


Dem Photon ist es egal was wir uns vorstellen. Du kannst es Dir genausogut als unendliche ebene Wellen vorstellen. Das eine ist so zutreffend wie das andere. Die Eigenschaften von Quanten sind so fern von unserer Alltagserfahrung, dass anschauliche Vorstellungen immer nur bestimmte Teilaspekte widergeben können (in diesem Fall den Teilchencharakter bzw. den Wellencharakter).
Zeitlos
Gast





Beitrag Zeitlos Verfasst am: 27. Jan 2022 22:32    Titel: Antworten mit Zitat

Ja aber stellen uns einmal vor ist stünde auf einem Neutronenstern und schalte eine Taschenlampe ein dessen Batterien fast leer sind. Also da die Photonen jetzt egal ob Welle oder Teilchen ja nicht langsamer werden können, werden sie dann schwächer und letztendlich passiert was, es verpufft?!
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 3971

Beitrag DrStupid Verfasst am: 27. Jan 2022 22:38    Titel: Antworten mit Zitat

Zeitlos hat Folgendes geschrieben:
Also da die Photonen jetzt egal ob Welle oder Teilchen ja nicht langsamer werden können, werden sie dann schwächer und letztendlich passiert was, es verpufft?!


Was heißt "letztendlich"? Wenn das Photon auf kein Hindernis stößt oder von einem Schwarzen Loch verschluckt wird, dann wird es sich bis in alle Ewigkeit mit c weiter bewegen.
Zeitlos
Gast





Beitrag Zeitlos Verfasst am: 27. Jan 2022 22:56    Titel: Antworten mit Zitat

Ja, das war meine Frage.
Zeitlos
Gast





Beitrag Zeitlos Verfasst am: 28. Jan 2022 01:21    Titel: Antworten mit Zitat

Also ich verstehe das jetzt so das ein Photon zwar Energie verliert aber nie wirklich verschwinded, sich auflöst. Müsste da nicht der Raum voll sein mit Photonen, so ne art hintergrund Rauschen.
Nils Hoppenstedt



Anmeldungsdatum: 08.01.2020
Beiträge: 1652

Beitrag Nils Hoppenstedt Verfasst am: 28. Jan 2022 01:42    Titel: Antworten mit Zitat

Ja, das ist die sogenannte Hintergrundstrahlung.
_________________
Ihr da Ohm macht doch Watt ihr Volt!
Zeitlos
Gast





Beitrag Zeitlos Verfasst am: 28. Jan 2022 02:02    Titel: Antworten mit Zitat

Ah das ist das, ja cool wieder was gelernt. So langsam komm ich dahinter Sachs-Wolfe-Effekt ohje das ist wieder viel Mathe.
curious
Gast





Beitrag curious Verfasst am: 28. Jan 2022 04:33    Titel: Antworten mit Zitat

curious hat Folgendes geschrieben:

TomS hat Folgendes geschrieben:
Welche Eigenlänge möchtest du berechnen?


z.B. diese:

TomS hat Folgendes geschrieben:
Aus Sicht eines beliebigen Beobachters bewegt sich ein Photon - das wir uns mal als nahezu punktförmiges Energiepaket vorstellen - immer mit Lichtgeschwindigkeit c und befindet sich dann zum Zeitpunkt t nach seiner Erzeugung an einem Ort



von der Quelle entfernt.


okay, die Eigenlänge ist wohl die Länge eines Objekts in seinem Ruhesystem (sofern eines existiert).
Da für ein Photon kein Ruhesystem existiert, ist die Eigenlänge nicht zielführend für die Frage, wie für ein Photon die Welt "aussieht".

Was ist eigentlich von "Epsteins Mythos" bzw. dieser Aussage dazu zu halten?

Zitat:
Epstein sagt: Es scheint uns nur so, dass wir in einem dreidimensionalen Raum leben und darin unsere kleinen Ausflüge machen, die wir als Funktion der eindimensionalen Zeit darstellen können. Tatsächlich leben wir alle in einer vierdimensionalen Raumzeit. Unsere Wahrnehmung rührt daher, dass alles und alle sich immer mit Lichtgeschwindigkeit durch diese vierdimensionale Raumzeit bewegen - und diejenige Richtung, in die wir uns bewegen, nennen wir Zeit, die drei anderen, die senkrecht darauf stehen, nennen wir Raum! Dass wir diejenige Richtung, in der wir uns mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, nicht gleich räumlich wahrnehmen können wie die anderen, ist ja aufgrund der Lorentz-Kontraktion verständlich.

//relativity.li/de/epstein/lesen/c0_de/c1_de


kann man das so interpretieren?
Oder müssten wir dann in einem Augenblick die gesamte Zukunft erleben?
grübelnd Tanzen
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 15182

Beitrag TomS Verfasst am: 28. Jan 2022 06:46    Titel: Antworten mit Zitat

curious hat Folgendes geschrieben:


okay, die Eigenlänge ist wohl die Länge eines Objekts in seinem Ruhesystem (sofern eines existiert).
Da für ein Photon kein Ruhesystem existiert, ist die Eigenlänge nicht zielführend für die Frage, wie für ein Photon die Welt "aussieht".

Nicht nur die Eigenlänge des Photons in seinem Ruhesystem, sondern alle Längen wie z.B. der Abstand zur Lichtquelle, gemessen im Ruhesystem des Photons. Diese Betrachtung existiert mathematisch schlichtweg nicht.

Sind die die mathematischen Hintergründe eigentlich klar?

curious hat Folgendes geschrieben:
Was ist eigentlich von "Epsteins Mythos" bzw. dieser Aussage dazu zu halten?

Zitat:
Epstein sagt: Es scheint uns nur so, dass wir in einem dreidimensionalen Raum leben und darin unsere kleinen Ausflüge machen, die wir als Funktion der eindimensionalen Zeit darstellen können. Tatsächlich leben wir alle in einer vierdimensionalen Raumzeit. Unsere Wahrnehmung rührt daher, dass alles und alle sich immer mit Lichtgeschwindigkeit durch diese vierdimensionale Raumzeit bewegen - und diejenige Richtung, in die wir uns bewegen, nennen wir Zeit, die drei anderen, die senkrecht darauf stehen, nennen wir Raum! Dass wir diejenige Richtung, in der wir uns mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, nicht gleich räumlich wahrnehmen können wie die anderen, ist ja aufgrund der Lorentz-Kontraktion verständlich.

//relativity.li/de/epstein/lesen/c0_de/c1_de

kann man das so interpretieren?
Oder müssten wir dann in einem Augenblick die gesamte Zukunft erleben?

Ich halte beide hervorgehoben Aussagen für unsinnig.

_________________
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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