Sexl Physik 8, Schulbuch

1.7 Die Relativität der Gleichzeitigkeit  Gedankenexperiment: Uhrenvergleich 14.1 E 1  Ein blaues und ein oranges Raumschiff begegnen einander im All und fliegen gleichförmig mit halber Lichtgeschwindigkeit aneinander vorbei (  14.1 ). Im Bug und im Heck der beiden gleich langen Raumschiffe befindet sich je eine Uhr. Für Navigationszwecke 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 Experiments zunächst vom Standpunkt der blauen Rakete aus. Die nach vorne und hinten laufenden Lichtsignale erreichen die Uhren im blauen Raumschiff gleichzeitig. Das orange Raumschiff hat sich in der Zwischenzeit jedoch weiterbewegt, so dass der Lichtblitz die Uhr im Heck des orangen Raumschiffes früher, die Uhr im Bug des orangen Raumschiffes später erreicht. Die Uhren des orangen Raumschiffes werden daher nicht gleichzeitig in Gang gesetzt. Der Astronaut im blauen Raumschiff teilt dies seinem Kollegen im orangen Raum- schiff mit, worauf dieser protestiert. Von seinem Bezugssystem aus stellt sich die Situation gerade umgekehrt dar! Seine 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 darf seine eigene Rakete als ruhend und die andere als bewegt betrachten. Vom Standpunkt jedes der beiden Astronauten werden seine eigenen Uhren gleichzeitig gestartet und die Uhren der jeweils anderen Rakete zu verschiedenen Zeitpunkten. Aus der oben ge- troffenen Festlegung der Gleichzeitigkeit 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. 14.1 Zwei Raketen fliegen mit der Relativge- schwindigkeit c /2 an einander vorbei. Bei ihrer Begegnung wird in der Mitte zwischen den beiden Raumschiffen eine Blitzlampe gezün- det. Das Lichtsignal (gelb eingezeichnet) läuft mit c nach vorne und hinten. Linke Spalte [a)–d)]: Der Ablauf aus der Sicht des Beobachters im oberen Raumschiff: a) Das Lichtsignal wird ausgelöst. b) Die Uhr im Heck des unteren Raumschiffes wurde bereits vom Lichtsignal in Gang gesetzt, nun werden die beiden Uhren im oberen Raumschiff gleichzeitig gestartet. c) Nun startet das Lichtsignal die Uhr im Bug des unteren Raumschiffes. d) Vom oberen Raumschiff betrachtet, sind die Uhren im unteren nicht synchron. Rechte Spalte [e)–h)]: Der Ablauf aus der Sicht des Beobachters im unteren Raumschiff.  14 Relativitätstheorie Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv