Sexl Physik 8, Schulbuch

15 | 1.7 Die Relativität der Gleichzeitigkeit Gedankenexperiment: Uhrenvergleich 15.1 Ein blaues und ein rotes Raumschiff begegnen einander im All und fliegen gleich- förmig mit halber Lichtgeschwindigkeit aneinander vorbei ( 15.1 ). Im Bug und im Heck der beiden gleich langen Raumschiffe befindet sich je eine Uhr. Für Navigationszwe- cke sollen diese Uhren gleichzeitig in Gang gesetzt werden. Dazu befindet sich mitten zwischen den beiden Raumschiffen eine Blitzlampe. Sie wird gezündet, wenn sich die Raumschiffe genau nebeneinander befinden. Das Licht setzt die Uhren in Gang. Wir betrachten den Ablauf dieses Experimentes zunächst vom Standpunkt der blauen Rakete aus. Die nach vorne und hinten laufenden Lichtsignale erreichen die Uhren im blauen Raumschiff gleichzeitig. Das rote Raumschiff hat sich in der Zwischenzeit jedoch weiterbewegt, sodass der Lichtblitz die Uhr im Heck des roten Raumschiffes früher, die Uhr im Bug des roten Raumschiffes später erreicht. Die Uhren des roten Raumschiffes werden daher nicht gleichzeitig in Gang gesetzt. Die Astronauten im blauen Raumschiff teilen dies ihren Kollegen im roten Raumschiff mit, worauf diese heftig protestieren. Von ihrem Bezugssystem aus stellt sich die Situ- ation gerade umgekehrt dar! Ihre Uhren sind synchronisiert, und die Uhren im blauen Raumschiff gehen falsch. Jeder hat von seinem Standpunkt aus gesehen Recht. Die Inertialsysteme der bei- den Raketen sind gleichberechtigt. Jeder der beiden Astronauten hat das Recht, seine eigene Rakete als ruhend und die andere als bewegt zu betrachten. Vom Standpunkt jedes der beiden Astronauten werden seine eigenen Uhren wirklich gleichzeitig gestartet und die Uhren der jeweils anderen Rakete wirklich zu ver- schiedenen Zeitpunkten. Aus der oben getroffenen Festlegung der Gleichzeitig- keit folgt, dass zwei Ereignisse, die in einem Inertialsystem gleichzeitig sind, vom Standpunkt des anderen Systems nicht gleichzeitig stattfinden. Die Auslösung der Uhren ist nur ein spezielles Beispiel für zwei Ereignisse, die an verschiedenen Orten stattfinden. 15.1 Zwei Raketen fliegen mit der Relativgeschwin- digkeit c /2 an einander vorbei. Bei ihrer Begegnung wird in der Mitte zwischen den beiden Raumschiffen eine Blitzlampe gezündet. Das Lichtsignal (gelb eingezeich- net) läuft mit c nach vorne und hinten. Linke Spalte [a)–d)]: Der Ablauf aus der Beobachtersicht im oberen Raumschiff: a) Das Lichtsignal wird ausgelöst. b) Nachdem die Uhr im Heck des unteren Raumschiffes vom Lichtsignal in Gang gesetzt wurde, werden die beiden Uhren im oberen Raumschiff gleichzeitig ge- startet c) Nun startet das Lichtsignal die Uhr im Bug des unte- ren Raumschiffes. d) Vom oberen Raumschiff betrachtet, sind die Uhren im unteren nicht synchron. Rechte Spalte [e)–h)]: Der Ablauf aus der Beobachter- sicht im unteren Raumschiff. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv