Big Bang HTL 4, Schulbuch

100 Thermodynamik und moderne Physik (IV. Jg., 8. Sem.) 9.3 Uhren ticken nicht synchron Relativität der Gleichzeitigkeit In diesem Abschnitt kommen wir zum ersten relativisti- schen Effekt, der sich aus den zwei Grundannahmen ergibt und zur schwierigen Frage, was „gleichzeitig“ eigentlich be- deutet. Das Licht braucht vom Jupiter je nach Position 33 bis 53 Mi- nuten auf die Erde. Wenn du siehst, dass sich Io vor den Ju- piter schiebt, ist das in Wirklichkeit vor mehr als einer hal- ben Stunde passiert. Das Eingießen des Tees und die Verdeckung treten also nicht gleichzeitig auf ( F10 ). Du siehst, dass der intuitive Begriff von Gleichzeitigkeit aus dem Alltag bei weitem nicht exakt genug ist. Was versteht man unter dem Kausalitätsprinzip? Was besagen die beiden Grundannahmen der Speziellen Relativitätstheorie? Lies nach in Kap. 9.1! Was versteht man unter beobachten? Fasse noch einmal aus Kap. 9.2 zusammen! Du blickst durch ein Teleskop. Während du einen Schluck Tee nimmst, siehst du gleichzeitig fasziniert, wie sich der Mond Io vor den Jupiter schiebt. Gesche- hen diese Ereignisse aber wirklich gleichzeitig? Vor dir befindet sich ein ruhender Raumgleiter im Weltraum. Dieser sendet einen Lichtblitz aus, der sich als Kugelwelle ausbreitet (Abb. 9.13 links). Wie verläuft die Kugelwelle aus deiner Sicht, wenn sich der Raumgleiter während des Aussendens des Lichtblitzes nach rechts bewegt? Zeichne das in der rechten Abbildung ein (zur Sicherheit einmal mit Bleistift). F9 F10 F11 Abb. 9.13: links: Ein ruhender Raumgleiter sendet einen Lichtblitz aus; rechts: Wie würde sich der Lichtblitz ausbreiten, wenn sich der Raumgleiter dabei nach rechts bewegt? Wann aber passieren Ereignisse an zwei verschiedenen Or- ten gleichzeitig? Man kann sich mit einem Lichtblitz helfen (Abb. 9.14). Wenn du diesen genau in der Mitte zwischen zwei Orten auslöst (C), braucht das Licht für beide Strecken gleich lang und kommt zur selben Zeit bei A und B an. Abb. 9.14: Wenn die Strecken AC und CB gleich lang sind, erreicht der Lichtblitz A und B gleichzeitig. Du könntest mit dem Lichtblitz zum Beispiel zwei Stoppuh- ren starten (das wären die Ereignisse). Wenn du die Uhren später zueinander bringst, zeigen sie dieselbe Zeit. Das führt uns zu einer Definition der Gleichzeitigkeit: Ein Licht- signal, das von der Mitte zwischen zwei Punkten ausgesen- det wird, erreicht diese gleichzeitig. Mit diesem Lichtsignal könnte man zum Beispiel zwei Uhren synchronisieren. Lösen wir nun F11 auf. Eine der Grundannahmen der SRT ist die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit . Diese hängt nicht von der Bewegung der Lichtquelle ab. Es spielt daher keine Rolle, ob sich das Raumschiff bewegt oder nicht, der Mittelpunkt der Kugelwelle bleibt für jeden Beobachter immer an derselben Stelle (Abb. 9.15). Abb. 9.15: Lichtblitz aus Pilotensicht (links) und aus deiner Außensicht, wenn das Raumschiff dabei nach rechts fliegt: Beide Ansichten sind richtig beziehungsweise gleichberechtigt. Stell dir drei Weltraumgleiter vor, die relativ zueinander ruhen (Abb. 9.16 links). Die Piloten in den beiden äußeren Schiffen synchronisieren ihre Uhren durch einen Lichtblitz, der vom mittleren Schiff ausgeht. Die Situation ist wie in Abb. 9.14, und die beiden Uhren gehen synchron. Aber jetzt kommt’s! Stell dir vor, dass sich beim Synchronisieren der Uhren die Raumgleiter von dir aus gesehen nach rechts bewegen (Abb. 9.14 rechts). Du beobachtest dann, dass das Lichtsignal das linke Schiff zuerst erreicht. Dessen Uhr wird daher früher gestartet und geht somit vor! Nur zu Prüfzwecken – Eig ntum des Verlags öbv