In der folgenden Postserie wollen wir untersuchen, wie Raumfahrer die Umgebung erleben, wenn die Geschwindigkeit des Raumschiffes sich immer mehr der Lichtgeschwindigkeit nähert.
(Manche Textteile muss ich wegen der Formeln als Bild einbauen.)
Spezielle Relativitätstheorie mal anders:
Ist die Lichtgeschwindigkeit wirklich eine
Grenzgeschwindigkeit?
Unser Ziel:
Ich fange mal mit dem Ende an:
Die Lichtgeschwindigkeit c als
höchste Geschwindigkeit (Grenzgeschwindigkeit) gibt es nur für Beobachter, die
außerhalb bewegter Systeme stehen. Für die Realität in einem bewegten System gibt es keinerlei
Geschwindigkeitsbegrenzung, da kann Licht unendlich schnell sein.
Die charakterisierende
Eigenschaft des Kosmos ist nicht die Lichtgeschwindigkeit als
Grenzgeschwindigkeit, sondern eine „innere Eigenkausalität“, die zu einer nicht
umkehrbaren inneren Strukturierung des Kosmos führen kann.
Nun will ich versuchen, das zu
begründen.
Ich kann viele der Formeln der
speziellen Relativitätstheorie SRT nicht hier herleiten, insbesondere nicht
die, die wir hier anwenden werden. Diese Herleitungen sind zwar überschaubar und nachvollziehbar,
aber eher länglich und sprengen den Rahmen.
Man findet sie u.a. in Bartelmann et al „Theoretische
Physik“ sowie in Ulrich Walter
Astronautics – the Physics of Space Flights“, beide erschienen bei Springer.
Im Buch von Walter habe ich auch
dieses Konzept, etwas abstrakter betrachtet, gefunden.
Der Blick von außen in das Raumschiff:
Übliche Darstellungen der
Relativitätstheorie beschreiben Vorgänge im Inneren vorbeifliegender
Raumschiffe so wie sie einem äußeren nicht mitbewegten Beobachter erscheinen.
Deswegen werden die
Raum-Zeit-Koordinaten dieses äußeren Beobachters als die wesentlichen angesehen
und ohne Strich ` bezeichnet: (x,y,z,c*t).
Die Raum-Zeit-Koordinaten im
Inneren des Raumschiffes werden gestrichen markiert: (x`,y`,z`, c*t`).
Wir vereinfachen das, in dem wir
nur eine Raumkoordinate nehmen. Das Raumschiff kann sich nur längs der x-Achse
bewegen und auf dieser liegt auch die mit v mitbewegte x`-Achse.
Um Raum und Zeit gleich zu behandeln,
wird statt t der Lichtweg c*t bzw. c*t` genommen.
Da die Herleitung der SRT davon
ausgeht, dass die (Vakuum-) Lichtgeschwindigkeit in allen Bezugssystemen gleich
ist, steht in beiden Fällen c und nicht einmal c und einmal c`.
Also:
Der äußere (eindimensionale)
Beobachter B beschreibt die Welt mit den Koordinaten (x, c*t). Im mit der
Geschwindigkeit v relativ zu B bewegten Raumschiff werden die mitbewegten
Koordinaten (x`, c*t`)verwendet.
Die Aufgabe der SRT ist es nun,
eine Umrechnung zwischen diesen beiden Koordinatensystemen in Abhängigkeit zur
Geschwindigkeit v zu ermöglichen.
Damit kann man dann Längen
messen, Geschwindigkeiten zusammenzählen und Zeitabschnitte bestimmen.
Die Umrechnung war schon vor
Einstein bekannt, sie wird nach ihrem Erfinder
Lorentz-Transformation genannt.
Man kann sie nur mit
Mittelstufenmathematik aus dem Gesetz von der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit
und dem Speziellen Relativitätsprinzip (die Naturgesetze sind in allen relativ
zueinander mit konstanter Geschwindigkeit bewegten Systemen gleich) herleiten.
HU Berlin