Physik compact, Basiswissen 8, Schulbuch

16 Spezielle Relativitätstheorie 20 Relativität der Gleichzeitigkeit (relativity of simultaneity) A1 Gib an, wann man im Alltag von gleichzeitigen Er- eignissen spricht! Im Alltag wird der Begriff der Gleichzeitigkeit von Er- eignissen verwendet, ohne dass die Bedeutung dieses Begriffs genau festgelegt wird. A2 Interpretiere die Abb. 16.1 rechts und überle- ge, wie man festlegen könnte, dass zwei Ereignisse gleichzeitig stattfinden! A3 Ist die von dir gegebene Erklärung der Gleichzei- tigkeit mit der obigen Definition vereinbar? Aus dem Relativitätsprinzip und dem Prinzip der Kon- stanz der Lichtgeschwindigkeit lässt sich zeigen, dass die Gleichzeitigkeit von Ereignissen nicht absolut ist. Vielmehr zeigt sich, dass zwischen zwei Ereignissen, die für einen Beobachter gleichzeitig stattfinden, für einen anderen ein Zeitintervall liegt: 20.2 A4 Begründe, warum aus der Sicht des Beobachters B´ die beiden Ereignisse E 1 und E 2 im obigen Gedan- kenversuch nicht gleichzeitig stattfinden! Gib an, welches der Ereignisse im System I ´ vor dem anderen stattfindet! A5 An welchen Stellen des Experiments gehen die bei- den Prinzipien der speziellen Relativitätstheorie ein! A6 Erfinde eine Anordnung, bei der sich die Reihen- folge der Ereignisse E 1 und E 2 umkehrt! A7 Überlege, ob die Relativität der Gleichzeitigkeit ein Argument gegen den Determinismus liefert! Be- gründe deine Ansicht! Abb. 16.1 links: Wir blicken in die Vergangenheit. Die Lichtein- drücke, die gleichzeitig in unser Auge gelangen, stammen von Ereignissen, die keineswegs gleichzeitig stattgefunden haben müssen. Zwei Ereignisse sind gleichzeitig, wenn sie von ei- ner in der Mitte zwischen den Orten der Ereignisse liegenden Lichtquelle durch dasselbe Lichtsignal ge- startet werden könnten. Definition der Gleichzeitigkeit Abb. 16.2 Das Eintreffen der ersten Photonen an jenen Stellen, die eine Strecke I von der Lichtquelle entfernt sind, entspricht dem Ereignis E 1 und E 2 . Beide Ereignisse finden für den Beobach- ter B gleichzeitig statt. l l E 1 E 2 B Gedankenexperiment Ob zwei Ereignisse gleichzeitig ablaufen oder nicht, hängt vom Bewegungszustand des Beobachters ab. Relativität der Gleichzeitigkeit Abb. 16.3 1. Ein Eisenbahnwaggon stellt das Inertialsystem I dar. Ein Beobachter B ruht imWaggon, dh. B ruht re- lativ zu I . In der Mitte des Waggons wird ein Lichtsi- gnal ausgelöst. Das Licht breitet sich im Inertialsys- tem I nach vorne und nach hinten mit der gleichen Geschwindigkeit aus. Das Auftreffen des Lichts an der Vorderwand ist das Ereignis E 1 , das Auftreffen an der Rückwand das Ereignis E 2 . Für B finden die beiden Ereignisse E 1 und E 2 gleichzeitig statt. Abb. 16.4 2. Ein Bahndamm stellt das Inertialsystem I ´ dar. Ein Beobachter B´ ruht neben dem Bahndamm, dh. B´ ruht relativ zu I ´. Der Eisenbahnwaggon bewegt sich mit der Geschwindigkeit v am Beobachter B´ vorbei. Licht breitet sich auch im System I ´ in alle Richtungen mit der selben Vakuumlichtgeschwin- digkeit aus. Während die Rückwand des Waggons dem Lichtsignal entgegenläuft, muss das Licht der Vorderwand nachlaufen. Das Auftreffen des Lichts an der Vorderwand ist das Ereignis E 1 , das Auftreffen an der Rückwand das Ereignis E 2 . Für den Beobach- ter B´ finden die beiden Ereignisse E 1 und E 2 nicht gleichzeitig statt. E 1 E 2 E 1 E 2 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv