Zeitdilatation / Längenkontraktion für EMR

[photon]

seit längerer Zeit versuche ich bereits eine Antwort auf diese Frage zu bekommen, bisher erhielt ich jedoch auf Anfragen noch keine Antwort und auch sonst finde bei meinen eigenen I-Net Recherchen nichts genaues zu dem Thema, obgleich die Frage schon in vielen Foren gestellt wurde:

Wenn sich ein Körper der Lichtgeschwindigkeit nähert vergeht für ihn die Zeit im Vergleich zum ruhenden Beobachter immer langsamer und die Längen werden für ihn immer kürzer. Wenn man das jetzt weiterspinnt könnte man zu der Schlußfolgerung kommen, daß für ein Photon die Zeit still steht und daß es sich praktisch überall ''gleichzeitig'' auf seinem Weg befindet. Nun wird aber gesagt, daß Photonen eine unendliche Lebensdauer haben. Dies bezieht sich dann jedoch nur auf den ruhenden Beobachter, richtig? Könnte man auch sagen, daß das Photon in seinem eigenen ''Bezugssystem'' nur eine unendlich kleine Lebensdauer hat? Sind diese Überlegungen überhaupt korrekt oder ergeben die Formeln der RT etwas anderes?

bei dieser Gelegenheit Guten Rutsch und Frohes Neues @ alle
_________________
Mit freundlichem Gruße
das photon

[Uli]

Mojn und Frohes Neues,

der Wiener Physiker Arnold Neumaier hat sich auf seiner FAQ-Seite
http://www.mat.univie.ac.at/~neum/physik-faq.txt
dazu ausgelassen im Kapitel
"S3a. Beobachter, Raum und Zeit"

Formeln weggelassen:

[photon]

Hallo Uli und auch nochmal Frohes Neues

sehr interessant, danke für den Link. So in etwa stelle ich mir das auch vor. Das Photon würde praktisch - sofern es nicht irgendwie mit anderen Teilchen wechselwirkt - die gesamte Lebensdauer des Universums im Nu erleben, d.h. natürlich nur wenn das Universum später einmal wieder in sich zusammenfallen sollte. Im Anschluß daran tauchen sofort neue Fragen auf. Wenn ein Photon mit Materie wechselwirkt (Absorption, Reflexion, Lichtbrechung etc) was passiert dann mit ihm? Weil es wird ja dann ''gestoppt'' bzw. umgelenkt. Dazu hatte ich auch auf einer englisch-sprachigen Website eine Frage gestellt und zwar ob bei der Reflexion von Licht ein Zeitverzug auftritt, d.h. wird dabei ein Photon absorbiert und ein neues emittiert oder ist es nach wie vor das gleiche Photon und falls nicht wie lange dauert dieser Vorgang. Auch interessant in diesem Zusammenhang wäre die Paarerzeugung:

[M_Hammer_Kruse]

Ja, so ist es: Die matematische Konsequenz aus der Lorentz-Transformation beim Grenzübergang v->c ist, dass der Raum in der Bewegungsrichtung auf null zusammenschnurrt, wähnend sich die Zeit unendlich dehnt.

Ein Photon, das heute die Sinne verlässt und in 10 Jahre beim Sirius ist, erlebt beide Ereigniss als am selben Ort stattfindend. Und es erlebt eine stillstehende Zeit. Das heißt es kennt keine Veränderung; seine Zeit steht still.

Das heißt gleichzeitig: Ein Photon, das aus unserer Sicht später ausgesendet wird und dem ersten folgt, erlebt genauso einen platten Raum und eine stillstehene Zeit. Aber die darin fixierten Ereignisse sind ganz andere, die vom ersten Photon erlebten Ereignisse bleiben ihm verschlossen, sie existieren in seiner Welt nicht.

Ich weiß, dass ich für diese Darstellung schon einmal fürchterlich in irgendeinem Forum geprügelt worden worden bin, weil mit Leute, die ansonsten gut mit der SRT umgehen konnten, dies für vollkommenen Quatsch hielten und mit vorhielten, ich habe überhaupt keine Ahnung von der Materie. Aber es ist mathematisch zwingend.

Wenn also ein Photon beschreiben könnte, was es erlebt, das würde es ein Universum beschreiben, in dem es keine Zeit gibt und in dem der Raum zweidimensional ist. Dort fände an jedem Ort jener Ebene alles das gleichzeitig und unveränderlich statt, was das Photon nach unserem Verständnis bei seinem Weg durch das Weltall erlebt.

Gruß, mike

[photon]

Hallo Mike,

ich fange bei solchen Themen immer an Schokolade zu essen, mein Gehirn braucht dann nämlich besonders viel Energie (in Form von Kohlehydraten) um zu begreifen Denke auch, daß überall wo ein bisschen Raum für Spekulationen bleibt bleiben ''Meinungsunterschiede'' nicht aus. Wenn dann am Ende das Richtige rauskommt war's die ''Mühen'' wenigstens wert Ich für meinen Teil kann deine Ausführungen jedenfalls gut nachvollziehen und sie helfen mir beim verstehen.

vielleicht stellt der Begriff ''unendlich'' hier auch eine gewisse Schwierigkeit dar. Ist es überhaupt ein ''realer'' Begriff? Die Zahl pi z. B. hat - rein mathematisch gesehen - unendlich viele Nachkommastellen. Nur wenn ich mir dann überlege, wie das Universum mit dieser Zahl umgehen soll dreht sich mir der Kopf. Schließlich kommt pi in sehr vielen Gleichungen drin vor. Doch wie ''weiß'' die Natur, wie sie eine Kreisbewegung machen soll wenn sie dazu mit unendlich vielen Nachkommastellen hantieren muß. Da denke ich mir dann immer irgendwo muß doch eine ''natürliche'' Grenze existieren, die wahrscheinlich *mal wild spekuliert* mit der Gesamtenergie des Universums zusammenhängt

Ich könnte mir vorstellen, daß es sich auch bei anderen mathematischen Konzepten ähnlich verhält. Wir rechnen immer mit kontinuierlichen Größen doch vielleicht wäre es sinnvoller nicht mit infinitesimal kleinen Werten zu rechnen sondern eher mit ''finiten Elementen'' (mir ist klar, daß dieser Begriff bereits existiert, weiß aber nicht ob er das gleiche meint), also z. B. statt mit dt, dx etc. mit delta t und delta x rechnet wobei diese Deltas jeweils zu definieren wären (z.B. delta x = Plancklänge?) Das ist jetzt nur ein wirres Gedankenspiel meinerseits, ob dieses Konzept brauchbar wäre weiß ich nicht). Vielleicht sind die Begriffe unendlich und infinitesimal doch real und können erst durch den denkenden Betrachter ergründet werden...
_________________
Mit freundlichem Gruße
das photon

[M_Hammer_Kruse]

Das ist natürlich ein anderes Thema.

Pi ist einfach irgendeine Zahl. Dem Universum wird es wohl völlig egal sein, wie wir sie schreiben. Unsere Art, Zahlen zu schreiben, ist gängigerweise die Dezimalschreibweise. Und wenn wir da Pi aufschreiben wollen, dann ist es leider eine etwas unhandliche Darstellung. Aber dafür kann das Universum nichts.

Die lange Geschichte von Pi beginnt mit der implizit in der Bibel genannten Zahl 3, geht über antike Näherungsdarstellungen wie 3 1/7, die Ludolf van Ceulensche Bestimmung mit 35 (oder warens 34) Dezimalziffern (von denen die letzte Hälfte auch noch falsch war) bis hin zum Lindemannschen Nachweis, dass Pi transzendent ist.

Für den Mathematiker reicht das. Es ist irgend ein Punkt auf dem Zahlenstrahl und die Zahl ist nicht als Wurzel einer algebraischen Gleichung darstellbar. Solcher Zahlen gibt es ziemlich viele. Genau genommen ist es die Mehrzahl aller Zahlen, die diese Eigenschaften haben.

Dass man unendlich viele Ziffern braucht, um sie in Dezimalschreibweise hinzuschreiben, ist dabei ziemlich egal. Das heißt ja nur: Egal wie viel Ziffern man schon aufgeschrieben hat, man ist immer noch nicht fertig.

Aber es heißt auch: Wenn man aus Schrecken vor dieser Tatsache Pi durch etwas Handhabbareres ersetzen wollte, etwa eine endliche Dezimalzahl, dann wäre das die falsche Zahl. Für die Mathematik ist das wesentlich, für alle Anwendungen ist es egal.

"Unendlich" ist dabei durchaus ein realer Begriff. Man muss auch nicht versuchen, sich "die Unendlichkeit" vorzustellen und dann vor Erschaudern verzweifeln. Denn der Begriff ist ganz klar definiert: Eine Menge hat unendlich viele Elemente, wenn es stets noch eines mehr gibt. Und für den Umgang damit gibt es klare mathematische Regeln. Alles nichts, was man argwöhnisch beäugen muss.

Gruß, mike

[Uli]

[photon]

Hallo Uli,

ein Gedankenspiel ist es auf jeden Fall. Denn man müßte sich schon in reine Energie verwandeln, sozusagen selber ein Photon sein. Das geht jedoch nicht (es sei denn Scotty hatte doch Recht ). Es ist halt erstmal naheliegend zu vermuten, daß für ein Photon die Zeit still steht und die Distanz in ''Bewegungsrichtung'' auf Null zusammenschrumpft (*) wenn dies nahezu der Fall ist wenn man sich mit nahezu c bewegt. Der Unterschied ist halt, daß das Photon wohl keine Ruhemasse besitzt denn diese kann es erst bei Wechselwirkung mit einem anderen EM Feld (Paarerzeugung) erhalten, wenn es also sozusagen gestoppt und in Masse + kin. Energie dieser Masse umgewandelt wird. Evtl. macht dieser Unterschied DEN Unterschied. Gibt es denn eine Alternative / ein anderes Gedankenspiel was noch denkbar wäre, um die Situation im ''System'' des Photons zu beschreiben?

[973]

"seit längerer Zeit versuche ich bereits eine Antwort auf diese Frage zu bekommen" ... "für ein Photon ..." ...

Man muß hier bedenken, das verschiedene Fragen, etwa wie etwas aus der Sicht des Photons aussieht, für uns keinen Sinn mehr machen und iA der unklaren Situation des Photons in seinem Eigensystem (wobei sogar niemand sicher weiß, wie das überhaupt beschaffen ist) wohl auch nicht irgendwie verstehbar bzw mit unserer Umgebung vergleichbar wäre. Insofern macht es wenig Sinn, darüber nachzudenken. Es ist nur vernünftig, wie ein Photon in unserer Umgebung, in unserem Sinn und für uns erscheint.

Will man die Emission und Absorbtion noch zum Photon zählen, oder nur das Intervall "dazwischen" ? Vermutlich passiert dazwischen jedenfalls für das Photon nichts, und in welchem Sinne für uns, ist umstritten - diskutiert wird u.a. (Strahlenteiler, Beugung) eine nachträgliche Ausradierung für uns bereits erfolgter Entscheidungen oder aber erst nachträgliche Produktion selbiger, bei der Absorption. Oder enthält das Photon so etwas wie innere Informationen, die bei der Absorbtion erst herauskommen und für uns gültig werden ? Wenn es aus der Sicht des Photons so etwas wie ein dazwischen gibt, welche Eigenschaften, Dimensionen, von außen ankommende Einwirkungen hat sein Eigensystem ? Und welche bei der Emission bestehenden Vorgaben ? Ist zBsp vorbestimmt, daß immer auch eine Absorption stattfinden muß ? Wenn zBsp ein Photon in ein schwarzes Loch fällt, wird es für uns vmtl nie absorbiert, aber ist das wie unser gesamter Raum wohl nur etwas für uns relevantes, wogegen das Photon davon selbst nichts merkt, und wovon auch die (vmtl. gattungsmäßige) Eigenschaft des Photons von sich aus gesehen auch absorbiert zu werden bzw in jedem für es selbst sinnvollem Sinne begrenzt zu sein, nicht betroffen wird. Gelten Eigenschaften bei uns ( zBsp Frequenz, Beugung, Polarisation, aber auch die formale Beschreibung zBsp in der QT ... ) auch irgendwie für das Photon, oder sind das ausschlieslich Eigenschaften wie uns in und wegen unserer Umgebung ein Photon erscheint ? Was passiert mit evtl. im Eigensystem des Photons enthaltenen Informationen bei der Absorption- überleben sie diese und werden nach außen gültig, und wenn ja, in welcher Weise ? In welchem Sinne sind solche Fragen überhaupt sinnvoll - wie wäre ein Photon in seinem Eigensystem gesehen von einem anderen in dessen Eigensystem unterschiedlich, und könnte sich solch eine "Erkenntnis" überhaupt nach außen übertragen ? Was "ist" ein Photon überhaupt, bzw. inwieweit hat es Sinn nach seinem "eigentlichem Wesen" zu fragen, über das hinaus wie es uns erscheint ? Für uns sind Emission und Absorbtion zwei unterschiedliche Ereignisse, aber man kann sich nicht einmal sicher sein ob auch für das Photon selbst. Das alles weiß man nicht, und wie gesagt nicht einmal, inwieweit solche Fragen überhaupt sinnvoll sind.

Man kann sich daher nur damit zufrieden geben - und das ist auch richtig und für uns ausreichend - wie die QT und RT, jede in ihrem Zuständigkeitsbereich, korrekt beschreiben wie Photonen uns erscheinen. Und man soll versuchen, dabei noch sinnvolle Fragen und sinnlose Fragen abzugrenzen.

[Uli]

[photon]

Hallo 973,

das klingt für mich so wie in etwa: eine Theorie oder Hypothese, die sich durch kein (bekanntes) Experiment beweisen oder widerlegen läßt ist wertlos und gehört daher in den Bereich der Philosophie.

Klare Worte deinerseits, also man soll sich gar nicht erst mit diesen Fragen beschäftigen. Sozusagen eine ''Tabuisierung'' des Photons. Nun, vielleicht hast du Recht. Ich bin noch nicht so tief in der Materie drin, daß ich mich zu einem solchen Schritt entscheiden könnte. Bitte daher ggf. um Nachsicht wenn ich da noch (hin und wieder) ein bisschen weiter hypothetisiere

Wenn man (generell) Annahmen macht, die sich nicht beweisen oder messen lassen, dennoch zu richtigen Ergebnissen führen bzw. offene Fragen klären wäre das dann nicht ein indirekter Beweis oder zumindest ein Indiz für die Richtigkeit dieser Annahmen? Aus dieser Sicht könnte ich mir schon vorstellen, daß man Fragen zum Wesen des Photons stellen ''darf''. Vielleicht gibt es ja Annahmen (auch wenn nicht grade meine ), die die gesuchte Verbindung zwischen RT und QT herstellen?
_________________
Mit freundlichem Gruße
das photon

[973]

Die Emission und die Absorption sind zumindest in unserem System zwei verschiedene Ereignisse die in gewisser Weise zusammengehören und die beide eine Auswirkung erzeugen, sowie individualisiert sind (jedes Paar E und A ist nicht-identisch mit jedem anderen); falls man sie dem Photon zurechnet dann kann man sagen daß es für uns existiert. Aber dazwischen ? Passieren bei uns als zwischengeschaltet bezeichenbare "Ereignisse" des Photons (Polarisation, Strahlenteiler, Beugung, gravitative Ablenkung ... in der bekannten Form) für uns bereits unterwegs durch eine Art lokale Einwirkung, oder aber sind sie ausschlieslich durch die Position des Beobachters / Absorbers A und des Emittenten E und im Übrigen nur durch Eigenschaften unserer Welt (Struktor von Zeit und Raum, Planck-Konstante, Grav.konstante, LG) bestimmt sodaß mit dem Photon und auch in seinem Inneren nichts passiert ? Und wie sind E und A, ihre Verschiedenheit sowie ihre Zusammengehörigkeit, evtl. Zwischenpunkte, oder überhaupt die "Existenz" dazwischen, im Eigensystem des Photons ? Bildet sich dort sowas wie ein Zeitablauf oder eine Strecke (wozu anders als eine Fortwirkung, mindestens zwei Ereignisse nötig wären - aber das Photon ist ja durch A beendet)? Was bekommt/weiß das Photon bei E von seinem Vorleben inkl. der Art seiner Entstehung; sind im Inneren Informationen / Unterschiede über die Art seiner Entstehung vorhanden (etwa, über die Naturkonstanten bei uns; Frequenz/Energie die es für uns hat wohl kaum da beobachterabhängig) ? Ist zwischen E und A das Photon sozusagen eine kleine geschlossene Welt, die erst bei A aufgeht und darin enthaltene Informationen rauskommen und für uns gültig werden, oder aber werden erst mit A alle Informationen wie fortan für uns gültig erzeugt ? Sollte im System des Photons zwischen E und A mind. ein Zwischenpunkt sein, und sollte dieser 'nichttrivial' sein, also zwischen E und Z bzw zwischen Z und A in irgendeinem Aspekt eine Nichtproportionalität, "Beschleunigung", "Krümmung" bestehen, dann könnte man das so auffassen bzw definieren, daß dies eine innere, eigene Naturkraft innerhalb der kleinen Welt des Photons wäre ? Ist im Photon vorgegeben, enthalten, daß es sich nicht weiterentwickelt zBsp zu einem eigenen Weltall, also daß (vermutlich auch, benachbart) zur E eine A erfolgen wird, und müssen wir solch eine Vorgabe so deuten, daß für das Photon E und A eigentlich zusammengehören, evtl nur ein Ereigniks sind und es kein "dazwischen" gibt ? All das wissen wir nicht, man kann nur Vermutungen anstellen. Man müßte zunächst einmal klären, ob solche inneren Eigenschaften des Photons und die Frage danach für uns überhaupt sinnvoll sind, und danach Experimente überlegen und durchführen.

[photon]

Hallo Uli,

ich glaube ich verstehe wie du das meinst. Das Photon ist sozusagen nur ein Hilfsmittel, um bestimmte physikalische Vorgänge zu beschreiben. Da erinnere ich mich an das heikle Thema Welle-Teilchen Dualismus: ist Licht nun eine Welle oder ein Teilchen oder beides?

bitte nehmt euch meine ''naiven'' Fragen nicht zu sehr zu Herzen. Wenn es keine Antwort gibt dann gibt es eben keine. Vielleicht wollte der (oder die) Erschaffer des Universums auch gar nicht, daß wir solche Fragen beantworten können. Und wenn es Antworten gibt sind diese u. U. so kompliziert, daß es ziemlich ''frech'' von mir wäre, diese bekommen zu wollen - und das auch noch kostenlos Nein, das ist auch gar nicht meine Absicht, ich möchte einfach nur so viel erfahren wie möglich, um die Dinge besser verstehen zu können - sofern mir dies meine geistige Leistungsfähigkeit erlaubt.

Das mit der Ausdehnung des Photons war wirklich etwas blöd formuliert von mir. Das Problem mit der Unschärfe ist mir nämlich geläufig. Man fällt halt immer wieder auf seine intuitiven Vorstellungen drauf rein..
_________________
Mit freundlichem Gruße
das photon

[973]

"ist Licht nun eine Welle oder ein Teilchen oder beides?" Diese Frage stellt sich möglicherweise nur für uns, weil unsere Umgebung, Raum, Zeit so ist, wie sie eben ist, ohne daß das innere Eigenschaften des Photons sein müßten, und uns zweik unmittelbar benachbarte Ereignisse (jedenfalls für uns) deshalb so darstellen. Wir meinen deshalb nur viel über das Photon zu wissen, was aber effektiv nur Eigenschaften unserer Umgebung, Dimensionen und deren physikalischen Effekte, sind, aber wissen letztendlich doch nicht was das Photon ist bzw ob es überhaupt was ist. Für uns zumindest haben aber die Ereignisse E und A eine (auch voneinander verschiedene) Individualität und Auswirkung und existieren in diesem Sinne jedenfalls für uns, und falls man sie als zum Photon gehörig bzw es insgesamt darstellend definiert, dann gibt es für uns ein Photon in exakt diesem Sinne. Hier kommen wir auch wieder bei Leibnitz an, der in seiner Dissertation gesagt hat, daß alles so existiert wie es sich insgesamt darstellt.

[Jens Blume]