Minimalsystem und Grundsatzfragen
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nocheinPoet



Anmeldedatum: 03.06.2009
Beiträge: 827

BeitragVerfasst am: 09.06.2009, 06:58    Titel: Antworten mit Zitat

El Cattivo hat Folgendes geschrieben:
Jo - ich aber heut nicht mehr. Das Ding ist nicht einfach.


Ich habe mir mal erlaubt, einen neuen Thread mit ein paar Worten dazu aufzumachen.

http://www.relativ-kritisch.net/forum/viewtopic.php?p=35177#35177


Lieben Gruß

NeP
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nocheinPoet



Anmeldedatum: 03.06.2009
Beiträge: 827

BeitragVerfasst am: 09.06.2009, 07:39    Titel: Antworten mit Zitat


Raum- und Zeitgeschwindigkeit

\(c^2 = v_t^2 + v_r^2\)

$ \vec{v}_r = dx/dt $ ; $ \vec{v}_r = \sqrt{1 - v_t^2} $ (Normiert mir c)

$ v_t = c (dt'/dt) = c / \gamma $ ; $ v_t = \sqrt{1 - v_r^2} $ (Normiert mir c)


Raum- und Zeitimpuls

$ \vec{p}_r = m_0 c \vec{v}_r / v_t $

$ \vec{p}_t = m_0 \vec{c} $


$ \vec{p}_t $ ist invariant. Das beschreibt die Tatsache, dass sich jedes Photon oder jedes Objekt ohne Ruhemasse zu einer anderen Ruhemasse immer mit c durch die Raumzeit bewegt, oder die gemessene Realtivgeschwindigkeit immer c ist.


Energie- Impulsgleichung

\(E^2 = c^2 (p_t^2 + p_r^2)\)


Frage: Wenn man nun versucht die Tensoren aufzustellen, dann ist die Signatur nun (1,1,1,1) ?
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Aragorn



Anmeldedatum: 23.06.2006
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BeitragVerfasst am: 09.06.2009, 08:34    Titel: Antworten mit Zitat

Ja, würde ich so sehen. Allerdings braucht man Tensoren doch erst in gekrümmten Räumen? Im flachen Raum kommt man imho mit Vektoren aus.

Davon abgesehen (ich habe das selbst auch nicht korrekt gemacht), sind die Vektorgleichungen leicht unvollständig.
Ganz korrekt anschreiben müßte man das eher so (ich bin aber dazu auch immer zu faul, weil vermutl. doch ehe jeder weiß wie es gemeint ist?):

$ \vec{v}_r = dx/dt * \vec{e}_x + dy/dt * \vec{e}_y + dz/dt * \vec{e}_z $

$ \vec{v}_t = c (dt'/dt) * \vec{e}_t $

Gruß Helmut
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zeitgenosse



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Beiträge: 1811

BeitragVerfasst am: 09.06.2009, 09:13    Titel: Antworten mit Zitat

Aragorn hat Folgendes geschrieben:
Allerdings braucht man Tensoren doch erst in gekrümmten Räumen?


Tensoren gebraucht man auch in "flachen Räumen", z.B. in der Elastomechanik. Ein Tensor ist nichts anderes als eine multilineare Abbildung und physikalisch gesehen ein charakteristisches Objekt.

Wirken bspw. Kräfte entlang mehrerer Achsen im euklidischen Raum, benötigt man einen 3x3-Tensor (in diesem Fall den Spannungs- bzw. Deformationstensor). Der Gebrauch von Tensoren ist nicht von der Raumgeometrie abhängig.

Der Tensorbegriff ist grundsätzlich breit gefasst. Vektoren sind Tensoren 1. Stufe und als Spaltenvektor jedem bekannt. Ist in der Physik von Tensoren die Rede, meint man aber meist den Tensor 2. Stufe, der sich als m x n Matrix darstellen lässt.

Auch im Rahmen der SRT kommen somit Tensoren vor - dort als Lorentz-Tensoren bezeichnet. Dabei handelt es sich um Tensoren im Minkowski-Raum. Der Vorteil dabei ist: Gilt für einen Tensor beliebiger Stufe in einem Inertialsystem T = 0, so gilt dies auch in jedem anderen Inertialsystem T' = 0. Solche Gleichungen sind forminvariant unter Lorentztransformationen.

Es wird zudem zwischen kontra- und kovarianten Tensoren unterschieden. Bei der sog. Verjüngung (Kontraktion) wird über gleiche Indices summiert. Aus dem Ricci-Tensor der ART entsteht so der Ricci-Skalar.

Einen verständlichen Einstieg in die angewandte Tensorrechnung bieten Fliessbach [Allgemeine Relativitätstheorie, Spektrum] und Günther [Spezielle Relativitätstheorie, Teubner]. Beide Bücher sind auch für das Selbststudium (und selbst für Leute in unserem Alter Wink) geeignet.

Gr. zg
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Make everything as simple as possible, but not simpler!
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El Cattivo



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BeitragVerfasst am: 09.06.2009, 10:40    Titel: Antworten mit Zitat

Aragorn hat Folgendes geschrieben:
Ja, würde ich so sehen. Allerdings braucht man Tensoren doch erst in gekrümmten Räumen? Im flachen Raum kommt man imho mit Vektoren aus.

Hi Aragorn - wenn das Ding fertig werden soll, wäre ein einfacher Tensor nicht schlecht. Übersichtlicher und weniger Schreiberei. Besonderst bei komplexeren Problemen. Wir haben:
$c^2 - v_r^2= v_t^2$
Wir können einfach den Vekor a definieren: $ \vec{a}= \begin{pmatrix} c \\ \vec{v_r} \end{pmatrix} $
Darüber können wir uns nun was nettes basteln. Du wirst einwenden, warum ich nicht u als Variable nutze (weil üblich). Das möchte ich aber aus guten Grund nicht - weil sich unsere Vierergeschwindigkeit erstmal leicht unterscheidet - ich bin mir nicht sicher, ob sie exakt identisch ist. Wir haben unseren Raum über Geschwindigkeiten gebastelt. Üblicherweise geht man von Ortskoordinaten aus.

Die Frage die sich jetzt stellt ist, wie stellt man kurz und bündig obige Gleichung mit diesem Vierervektor dar. Das geht zum Beispiel so:
$v_t^2 = (\begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & -1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & -1 &0 \\ 0 & 0 & 0 & -1 \end{pmatrix} \cdot \begin{pmatrix} c \\ v_{rx} \\ v_{ry} \\ v_{rz} \end{pmatrix} )^T \cdot \begin{pmatrix} c \\ v_{rx} \\ v_{ry} \\ v_{rz} \end{pmatrix} = ( M \cdot \vec{a} )^T \cdot \vec{a}$
Matrix mal Spaltenvektor liefert einen neuen Spaltenvektor. Der wird gedreht zum Zeilenvektor und die Matrizenmultiplikation mit einen Spaltenvektor liefert ein Skalar. So - ich hoffe mal, ich hab keinen Blödsinn gemacht.

mfg
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Aragorn



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BeitragVerfasst am: 09.06.2009, 10:48    Titel: Antworten mit Zitat

Danke, euch beiden. Den Fließbach habe ich ja. Allerdings noch keine rechte Lust gehabt mich mit Tensoren rumzuschlagen.

So nach meinem Laienverständnis sieht es so aus als ob man Vektoren, Tensoren, Matrizen usw. einführt um häufige Rechenoperationen die in der Physik auftauchen, in übersichtlicherer Weise darzustellen.

Aber das Alter macht sich inzwischen bemerkbar. Was früher ein Klacks war wird jetzt eine langwierige Angelegenheit (nunja auch wie Alten brauchen halt eine gute Ausrede für unsere Faulheit und können nicht mehr die Disco vorschieben) Wink

Gruß Helmut
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El Cattivo



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BeitragVerfasst am: 09.06.2009, 11:07    Titel: Antworten mit Zitat

Aragorn hat Folgendes geschrieben:
Den Fließbach habe ich ja. Allerdings noch keine rechte Lust gehabt mich mit Tensoren rumzuschlagen.

Hi Aragorn

Noch nie ein lineares Gleichungssystem in Matrixform geschrieben? Mehr ist das hier auch nicht.... Wink

mfg
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nocheinPoet



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BeitragVerfasst am: 09.06.2009, 16:17    Titel: Antworten mit Zitat

Die Frage wurde schon gestellt, ich greife sie noch mal auf, hat mich gestern Abend neben vielen anderen beschäftigt.

Können wir eine Aussage treffen, ob die Raumzeit nun real eine Minkowski Metrik oder eine euklidische hat? Oder ist das äquivalent und kann nicht entschieden werden?
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Aragorn



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BeitragVerfasst am: 09.06.2009, 16:23    Titel: Antworten mit Zitat

Das ist imho Sache der vereinbarten Konventionen. Kann man so oder so machen. Beides ist richtig (zumindest solange Orbit nicht das Gegenteil bewiesen hat)

Gruß Helmut
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El Cattivo



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BeitragVerfasst am: 09.06.2009, 16:53    Titel: Antworten mit Zitat

nocheinPoet hat Folgendes geschrieben:
Können wir eine Aussage treffen, ob die Raumzeit nun real eine Minkowski Metrik oder eine euklidische hat?

Euklidisch auf keinen Fall. Hab das ganze ja in eine verfünftige Form gebracht. Bei einer euklidischen Metrik müsste der eingeführte Matrix eine Einheitsmatrix sein. Trotzdem - bevor ich auf der Baustelle weitermache, will ich das erstmal eine Zeit so stehen lassen. Vielleicht findet noch jemand Fehler.

mfg
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nocheinPoet



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BeitragVerfasst am: 09.06.2009, 19:20    Titel: Antworten mit Zitat

El Cattivo hat Folgendes geschrieben:
nocheinPoet hat Folgendes geschrieben:
Können wir eine Aussage treffen, ob die Raumzeit nun real eine Minkowski Metrik oder eine euklidische hat?

Euklidisch auf keinen Fall. Hab das ganze ja in eine vernünftige Form gebracht. Bei einer euklidischen Metrik müsste die eingeführte Matrix eine Einheitsmatrix sein. Trotzdem, bevor ich auf der Baustelle weitermache, will ich das erstmal eine Zeit so stehen lassen. Vielleicht findet noch jemand Fehler.

Ich wühle mich langsam in die Sache mit den Tensoren rein, ich bin Programmierer und brauch den ganzen Tag viel Geisteskraft, da wird es abends oft anstrengend, und das Alter, Du kennst das ja.

Was für eine Metrik ist das denn, wenn nicht euklidisch? Also wir haben doch nun Pythagoras, und ich dachte wir sind das $ (1,1,1,-1) $ nun los und haben eine $ (1,1,1,1) $Signatur.


Lieben Gruß

NeP
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nocheinPoet



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BeitragVerfasst am: 09.06.2009, 19:46    Titel: Antworten mit Zitat

$ ds^2 = dx^2 + dy^2 + dz^2 - dt^2 $

Das ist ja die Minkowski Metrik.
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El Cattivo



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BeitragVerfasst am: 09.06.2009, 19:49    Titel: Antworten mit Zitat

nocheinPoet hat Folgendes geschrieben:
Also wir haben doch nun Pythagoras, und ich dachte wir sind das $ (1,1,1,-1) $ nun los und haben eine $ (1,1,1,1) $Signatur.

Für Pytagora müsste die invarianten Zeitgeschwindigkeit lauten:

\(v_t^2= c^2+v_rx^2+v_ry^2+v_rz^2$\)

Das wäre Pytagora. Der gilt auch im normalen Raum.

mfg
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El Cattivo



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BeitragVerfasst am: 09.06.2009, 19:51    Titel: Antworten mit Zitat


Ist die Norm der Minkowski-Metrik.
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El Cattivo



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Beiträge: 1556

BeitragVerfasst am: 09.06.2009, 19:57    Titel: Antworten mit Zitat

Mir gefällt das Ganze nicht mehr wirklich. Wenn schon nicht infitisimal müsste man vor die ganzen v und Zeugs wenigstens mal ein Δ davor - sonst macht das wenig Sinn... Na mal schauen - muss das mal von vorne bis hinten durchgucken...

mfg
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