LT, Zeitdilatation, RAUM UND ZEIT

[ggonzalezarnao]

Hallo leute,
Seit Monaten beschaeftige ich mir mit der speziellen Relativitaetstheorie und muss gestatten, dass je mehr ich lese desto weniger verstehe ich.
Und zwar bin ich an einem Thema haengen geblieben, den ich als wirtschaftspruefer nicht verstehe: Zeitdilatation.

Klar fur mich ist, dass die zeit eine gewisse geschwindigkeit hat, die oftmals genannte 299.....tausend km/s.

Wenn ein Passagier in einen Flugzeug reisst und er von einem Fussgaenger auf der Erde durch Fernglaeser beobachtet wird, ist klar, dass der beobachter ihn mit einer Zeotdilatation sieht, die der Zeit entspricht, die das Licht vom Flugzeug zur Erde braucht (also sehr wenig). Etwas mehr braucht das Licht von der Sonne zur Erde, ca. 8 min. Aber dies sind optische Effekte und hat nichts mit der Zeitdilatation im Sinne von der Lorentztransformation zu tun. Oder?
Obwohl sich einige in diesem Forum angestraengt haben, die LT fuer 'Laien' verstaendlich zu machen, verstehe ich die Idee, die sich dahinter verbirgt nicht: WAS HAT ZEIT MIT RAUM ZU TUN?
Warum vergeht die Zeit fuer einen mit Lichtgescwindigkeit reissenden Passagier nicht? Ich verstehe den Zusammenhang zwischen Zeit und Raum nicht. WAS IST ZEIT? Oder wie laesst sich Zeit definieren?
Vielen dank im Voraus,
Guillermo

[Karl]

Hallo Gonzalez,

dein Deutsch ist hervorragend, da ich vermute, dass Spanisch deine Muttersprache ist.

Um Missverständnisse auszuräumen, dein Satz:

[ggonzalezarnao]

Danke Karl. Tatsaechlich ist mir in diesem Satz ein Fehler unterlaufen! Zeit hat natuerlich keine Geschwindigkeit! Haha
(du vermutest richtig mit meiner Muttersprache)
Zurueck zu meiner Frage was Zeit aus einer physikalischen Perspektive ist:
Ich kann mir vorstellen, dass diese von der Gravitation abhaengig ist, je groesser diese ist, desto langsamer verlauft sie. Aber, dass sie von der Geschwindigkeit abhaengig ist, kann ich mich nicht vorstellen.
Ich weiss, dass man das mit cesium Atomuhren beweisst hat, dass die cesiumatome langsamer zerfallen als auf der Erde aber warum das ist habe ich bis jetzt nicht verstanden. Es muss eine physische und biologische (der Alterungsprozess wird ja auch beintraechtigt) Begruendung dafuer geben...

Beste Gruesse,

Guillermo

[M_Hammer_Kruse]

[Waverider]

[Barney]

[Optimist71]

Hei!

[973]

Naja, man könnte natürlich sagen, daß die LT daher kommen, daß ein 'absolutes' Objekt bzw Bogen aus den Quadraten der Intervalle der Dimensionen mit bestimmten Naturkonstanten davor existiert, und dann unterteilen daß zwar die Naturkonstanten etwas Fundamentales, vermutlich Zufälliges der einzelnen Dimensionen sind, dagegen die Relevanz der Differenzen der Quadrate (statt irgendeiner anderen Potenz oder gar anderen Formel) etwas generisch für alle Dimensionen unserer reellen Welt gültiges, also Raum und Zeit schon vorausgehendes, wofür man dann eine Erklärung suchen könnte.

Aber abgesehen davon, daß über die Herkunft der physikalischen Regeln nichts sicheres bekannt ist, halte ich es jedenfalls für die Beantwortung von sich einführend mit der RT Beschäftigenden eine sehr gute Zusammenfassung daß wie oben gesagt wurde, "Dass die Zeit je nach Bewegungszustand unterschiedlich schnell abläuft ist nicht die Folge von anderen Dingen. Es ist eine Fundamentaleigenschaft von Raum und Zeit".

[M_Hammer_Kruse]

Die Formulierung stammt ja von mir. Darum noch ein paar Worte dazu:

Physik ist eine beschreibende Wissenschaft, indem sie (mathematische) Modelle mit Vorhersagecharakter für die beobachteten Erscheinungen aufstellt.

Eine Erscheinung, die wir der Natur ablauschen, ist eben jene Relativität des Zeitablaufs. Als mathematische Beschreibung dafür dient die Lorentztransformation. Die enthält dann auch gleich die besondere Rolle der Lichtgeschwindigkeit.

Insofern handelt es sich um eine Fundamentaleigenschaft, welche die Physik griffig macht. Nichts anderes tut man, wenn man z. B. beobachtet, dass "alles nach unten fällt". Und es dann mit dem Gravitationsgesetz beschreibt.

Natürlich kann man nach dahinter liegenden Gründen suchen. Wo ist das Austauschteilchen, das die Gravitation erzeugt? Ganz klar ist die Vereinigung der vier Grundkräfte in einem gemeinsamen Modell eine Herausforderung, es "noch fundamentaler" zu machen.

Das gilt genauso für die Erscheinungen der speziellen Relativitätstheorie: Was ist eigentlich die Ursache dafür, dass sich Raum und Zeit gerade so verhalten, wie es die Lorentztransformation beschreibt? Aber dafür gibt es nach meiner Kenntnis bisher keine Ansätze. Und deshalb bleiben Zeitdilatation und Längenkontraktion (als andere Seite der selben Medallie) für mich eine Fundamentaleigenschaft des Raumes.

Das schließt nicht aus, dass wir irgendwann mal Antworten darauf haben. Ebenso wie die Existenz von unterschiedlichen Atomen einmal eine Fundamentaleigenschaft der Materie war. Bis man lernte, dass sie gar nicht "unteilbar" sind. Und später wussten wir dann: Gut hundert Elemente mit unzähligen Isotopen: Alles nur aus drei Elementarteilchen aufgebaut. Dass auch das heute nicht mehr fundamental ist: Na ja, so ist die Physik nun mal.

Gruß, mike

[Jens Blume]

[973]

Für die LT reicht es aus, daß die Metrik quadratisch in den Koordinatendifferenzen ist. Und es ist daher schon ganz richtig daß diese eine fundamentale Eigenschaft von Raum und Zeit sind, aber vermutlich (obwohl wir das nicht genau wissen) nicht nur deren sondern sogar aller also auch etwaiger weiterer Dimensionen, diesen wohl vorangeht, und zu den ersten Eigenschaften der Geometrie unseres Universums gehört so daß im Rahmen derselben eine quadratische Metrik wohl auch die einfachste oder vielleicht sogar die einzige ist die eine funktionierende Welt ergibt. Sollte es weitere Dimensionen geben, dann wären für begrenzte Zweige der Physik in denen nur jeweils zwei davon relevant sind (analog wie Länge und Zeit in der SRT), und freilich immer nur lokal, ebenfalls eine quadratische Metrik und analoge LT gültig. Analog zur Lichtgeschwindigkeit zwischen Ort und Zeit würde als Naturkonstante ein Verhältnis zwischen den jeweiligen Dimensionen auftauchen, und da die Folgen analog sind, würde dieses Verhältnis eine Beschränkung darstellen, die das Verhältnis der Änderungen der beiden Koordinaten nicht überschreiten kann.

Das sind insofern geometrische Eigenschaften. Austausch'teilchen' sind dafür vermutlich überflüssig. Potentiell entstehen sie erst viel später -- auch in der herrschenden Meinung waren Zeit und Raum zuerst da und entstanden Teilchen usw erst später. Außerdem ist es sehr fraglich, Geometrie und Naturkräfte grundsätzlich von Stofflichkeit wie Materie abhängig machen zu wollen, denn Materie ist offensichtlich ein Phänomen was sich nur im dreidimensionalen Raum bildet -- dieser aber könnte möglicherweise erst recht spät (z.Bsp nach der Zeit) und nur zufällig (hätte eine andersartige Dimension sein können sodaß es gar keine Materie und Gravitation gäbe) entstanden sein, so daß jedenfalls die früheren Dimensionen, die quadratische Metrik, LT einschlieslich durch sie erklärbare Effekte (wie Lichtgeschwindigkeit als Grenze, Trägheit, Expansion) nicht von Stofflichkeit irgendwelcher Art abhängen sollten.

Obwohl es dazu Vorstellungen gibt, ist das allerdings alles ungeklärt. Es ist daher korrekt und insbesondere für Leser die sich mit der RT zu beschäftigen beginnen (wie hier der Fragesteller) gut wie es oben jemand zusammengefaßt formuliert hat; später kann man dann noch hinzufügen daß solche Zusammenhänge verallgemeinert wohl eine allgemeine Eigenschaft der Geometrie also jedweder Dimensionen der reellen Welt sind.

[Waverider]

[Waverider]

[FrankSpecht]

[973]

M.E. muß man einfach beachten, wo die (auch selbsterklärten) Grenzen jeder Theorie sind, und daß sie nicht über diese hinweg interpoliert bzw außerhalb derselben angewendet wird.

So ist die RT, soweit wir wissen, korrekt, soweit zBsp keine Quanten-Effekte hineinkommen. Mehr beansprucht sie auch nicht, und in ihr ist zBsp auch nicht h enthalten was für eine Darstellung von Quanteneffekten nötig wäre. Bei manchen 'Problemen' die relativistisch erscheinen, kommen Quanteneffekte hinein. Als sehr einfaches Beispiel haben wir das vereinfachte ER-'Paradoxon', wenn ein Photon, das in unserem Bezugssystem zBsp Lichtjahre entfernt bei A absorbiert wird, und dadurch vermeintlich 'überlichtschnell' zu allen alternativen Punkten B (weit entfernt und zBsp in Gegenrichtung) diese Information gerät daß es dort nicht mehr absorbiert werden kann. Hier liegt aber in Wirklichkeit kein 'Problem' der RT vor, sondern das Hineinkommen von Effekten der QT, weil vor der Absorption in unserem System zur vollständigen Lokalisierung des Photons nicht genügend Informationen vorhanden waren, dadurch die 'Kugelwelle' als möglicher Ort angesehen wurde, die dann mit den neuen bei der Absorption neu erzeugten und für uns gültig werdenden Informationen verschwand.

Auch was die diskutierte evtl. Verletzung der Lorentz-Invarianz angeht, so ist es zwar richtig, daß sie experimentell untersucht wird. Im Übrigen sollte man aber immer auf das Bogenelement zurückgehen. Falls man sauber die LT immer nur den Zusammenhang zwischen zwei Dimensionen meint (zBsp Zeit und Länge), dann sollte eine solche Abweichung/Verletzung nicht bestehen, da die LT direkt aus der quadratischen Form der Metrik folgt. Sollten jedoch weitere Dimensionen relevant sein, also eine Metrik der Form ds² = (da/A)² - (db/B)² + (dc/C)² ... mit irgendwelchen Naturkonstanten (normalerweise ist a=t , A=tpl ; b=l , B=lpl , sodaß die LT zwischen Strecke und Zeit ihre gegebene Form mit c = lpl/tpl als Naturkonstante haben), dann ist klar, daß man dann 'Verletzungen' erhält, wenn man mehr als zwei Terme vermischt, zBsp bei Experimenten bzw Betrachtungen bei denen eine solche weitere Dimension c relevant ist, deren Effekte mit denen der betrachteten Dimensionen vermischt (das könnte zBsp bei Quanten-Effekten eine diskretisierte Dimension sein, etwa Ereigniszahl oder Wirkung). Sauber nur Effekte von zwei Dimensionen betrachtet - insbesondere in der RT Zeit und Länge - sollten keine Verletzungen der LT auftreten, jedenfalls wenn die Metrik quadratisch in den Koordinatendifferenzen ist.