Big Bang HTL 4, Schulbuch

Relativitätsprinzip und Gleichzeitigkeit 9 Thermodynamik und moderne Physik (IV. Jg., 8. Sem.) 101 Seit 1983 ist es sinnlos geworden, die Messung der Lichtgeschwindigkeit noch exakter durchzuführen. Diskutiere, warum das so ist. L Du siehst aus dem vorderen Fenster deines Raum- schiffs, als dieses plötzlich auf beinahe Lichtgeschwin- digkeit beschleunigt. Überlege, was dabei mit den Sternen passiert. L Begründe, warum die scheinbare Verzerrung von Objekten kein relativistischer Effekt ist. L Erkläre, wieso die Reihenfolge von Ereignissen, zwi- schen denen ein Kausalzusammenhang besteht, nicht umgedreht werden kann. L In 2 bis 4 Milliarden Jahren (die Angaben differieren in der Literatur) wird unsere Milchstraße wahrscheinlich mit dem Andromedanebel kollidieren, der etwa 2,5 Millionen Lichtjahre von uns entfernt ist. Berechne, wie schnell wir demnach aufeinander zufliegen. Berechne dazu die Länge eines Lichtjahrs selber. c hat der Wert von rund 3 · 10 8 m/s. L Die spezielle Relativitätstheorie vereinheitlicht Ruhe und Bewegung mit Elektrizität und Magnetismus! Diskutiere, was mit dieser Aussage gemeint ist, und verwende für deine Erklärung Abb. 9.17! L a Der Jupiter benötigt etwa 12 Jahre, um die Sonne einmal zu umkreisen. Verglichen mit der Erde ist er daher fast bewegungslos. Sein Mond Io hat eine Umlaufzeit von 1¾ Tagen (Abb. 9.18). Diskutiere, wieso der dänische Astronom O LE R ØMER bereits 1676 in der Lage war, aus der Beobachtung der Umlaufzeit des Jupiter-Mondes die Geschwindigkeit des Lichts abzulei- ten. L b O LE R ØMER wusste bereits, dass der Durchmesser der Erdbahn etwa 3 · 10 11 m beträgt. Berechne mit Hilfe der Antwort auf F19 a die Lichtgeschwindigkeit. L Überlege, ob sich ein Lichtpunkt schneller bewegen kann als Licht? L F13 A2 F14 A2 F15 A2 F16 A2 F17 A2 F18 A2 Abb. 9.17 F19 A2 Abb. 9.18 A1 F20 A2 Abb. 9.16: Uhrensynchronisation aus der Sicht der Piloten (links) und aus deiner Sicht, wenn sich dabei die Raumgleiter nach rechts bewegen (rechts) Wie die Uhren nachher zueinander gehen, hängt also vom Bezugssystem ab. Für die Piloten gehen sie synchron, für dich geht die linke vor. Welche Ansicht ist richtig? Die Ant- wort ist sicher etwas verwirrend: Beide Ansichten sind rich- tig! Das ist das, was man als Relativität der Gleichzeitigkeit bezeichnet: Ob zwei Ereignisse an verschiedenen Orten gleichzeitig stattfinden oder nicht, hängt vom Bewegungs- zustand des Beobachters ab. Würden sich die Raumgleiter nach links an dir vorbeibewe- gen, würde die rechte Uhr vorgehen. Es kann also durchaus sein, dass sich die Reihenfolge von Ereignissen für verschie- dene Beobachter umdreht. Gilt das immer? Nein! Es gibt Ereignisse, zwischen denen ein Kausalzusammenhang be- steht, etwa zwischen dem Fallenlassen einer Tasse und dem Aufprall auf dem Boden. Solchermaßen zusammenhängen- de Ereignisse können gottlob nicht umgedreht werden. Denn stell dir vor, die Tasse zerbricht zuerst und dann ver- hinderst du irgendwie, dass sie überhaupt fällt! Dann hät- test du plötzlich eine zerbrochene und eine heile Tasse, und das wäre doch eine sehr paradoxe Situation! Zusammenfassung Was an einem Ort gleichzeitig ist, ist einfach zu sagen, aber nicht, was an verschiedenen Orten gleichzeitig ist. Man kann sich hier mit Lichtsignalen aus der Mitte helfen. Ob zwei Ereignisse gleichzeitig stattfinden oder nicht, kann vom Bewegungszustand des Beobachters abhängen. Z Bearbeite die Aufgaben! Relativitätsprinzip und Gleichzeitigkeit Man könnte doch die Geschwindigkeit in einem Flugzeug mit GPS bestimmen. Handelt es sich dabei um eine absolute Messung? L 9 F12 A2 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv