Zum Begriff der Bewegung in der Physik

[gh001]

Die Diskussionen um die SRT scheinen kein Ende zu nehmen, aber vielleicht hat das ja auch sein Gutes. Ich habe in diesem Forum ein wenig kreuz und quer gelesen, und fand das meiste sehr interessant. Weil ich auch etwas beitragen möchte, habe ich mir überlegt, wo es am besten hinpasst. Da ich mit meinen Überlegungen in gewissen Sinne "noch mal an den Anfang" gehe, habe ich den Mut gefass, ein neues Thema zu eröffnen. Ich bin a priori nicht für und nicht gegen die SRT, allerdings von vornherein für die Wahrheit - soweit wir sie denn finden können. Hier also einige "Eingangsbetrachtungen" zu diesem Thema.

Wenn man von der Geschwindigkeit eines Autos redet, oder auch von einer Gewehrkugel, kann man diese Geschwindigkeiten als "Emissionsgeschwindigkeit" bezeichnen. Am Anfang befinden sich Auto (bzw. Kugel) "in Ruhe", werden dann beschleunigt und haben dann ihre Geschwindigkeit. Wenn also die Polizei einen Autofahrer (bei erlaubten 80 km/h) mit 95 km/h misst, dann wird sie diese als die "wahre" Geschwindigkeit amtlich festlegen. (Man kann sich nicht damit herausreden, die Geschwindigkeit sei eine Frage des Bezugsystems, und man wäre z.B. relativ zu dem Auto, dass man gerade überholte, sehr langsam gefahren).

Allgemein: Bei Teilchen (wie Geschoss oder Auto) ist die "Emissionsgeschwindigkeit" offensichtlich die physikalisch relevante Größe. (Ob wir das Licht, das sich sowohl als Teilchen wie auch als Welle verhält, hier einzuordnen haben, lassen wir zunächst einmal offen.)

Nun ist es nicht verboten, ein beliebiges anderes (unbeschleunigtes) Bezugssystem herzunehmen, und damit kommt man dann (rein rechnerisch) auf beliebige andere Geschwindigkeiten. Unser Auto mit Tempo 95 hat dann (gleichzeitig sozusagen) auch jede andere "zufällige" Geschwindigkeit. Damit allerdings auch entsprechend andere, mit der Geschwindigkeit zusammenhängende Größen wie Impuls und kinetische Energie.

Dieser Sachverhalt mag einem an dieser Stelle zu denken geben oder auch nicht. Man kann aber wohl sagen: Die Emissionsgeschwindikeit ist eine physikalisch relevante Geschwindigkeit für Teilchen. Andere "beliebige" Geschwindigkeiten (in Bezug auf beliebige Bezugssysteme) sind rein mathematischer oder rechnerischer Natur.

Ein Fußgänger im Zug auf dem Weg zum Speisewagen mag (vom Bahndammm aus betrachtet) eine Geschwindigkeit von 153 km/h erreichen, aber das würde man nicht als Weltrekord anerkennen. Gleichzeitig würde dieser Fußgänger eine ganz andere Geschwindigkeit (nun besser als Vektor betrachtet) sagen wir relativ zu einem Kreuzfahrtschiff im Mittelmeer haben. Spätestens hier ist aber keine "physikalische Relevanz" mehr vorhanden - auch wenn die Rechnung natürlich stimmt (aber Papier ist geduldig). Die Addition von Geschwindigkeiten ist also immer möglich, ob sie physikalisch relevant ist, ist eine andere Frage.

Wer also gerade auf dem Sofa sitzt und vielleicht Schokolade isst, braucht sich keine Gedanken zu machen. Wenn man ihm sagt, er flöge gerade mit den unterschiedlichsten Geschwindigkeiten (je nach Bezugssystem) durch den Weltraum, könnte er ohne weiteres sagen "So what!".

Worauf läuft dies nun hinaus? Zunächst nur darauf, dass, wenn wir von Bewegung und Geschwindigkeiten reden, wir physikalische und rein mathematisch/rechnerische Aspekte auseinanderhalten müssen.

Wenn nun aber, wie in der SRT behauptet (manche sagen bewiesen), die Länge von starren Stäben und der Gang von Uhren von deren Bewegung abhängt, dann sind hier Probleme vorprogrammiert. Denn es ist klar, dass dann ein und derselbe Stab (je nach Bezugssystem) ganz verschiedene Längen hat (gleichzeitig natürlich). Und eine Uhr zeigt (ebenfalls gleichzeitig) die unterschiedlichsten Zeiten an. Das ist zumindest ungewohnt.

Der erste Schritt zu einer möglichen Lösung muss wohl darin bestehen, wenigstens sorgfältig zu formulieren. In der Regel wird in der Fachliteratur nicht groß unterschieden zwischen "dem Beobachter erscheint die Länge des Stabes" und "der Stab hat die Länge". Hier ein Beispiel aus einem Artikel in "Welt der Physik", wo u.a. die bekannte Einsteinsche Lichtuhr besprochen wird (Großschreibung von mir):

"Die Tickgeräusche ertönen also seltener, und der Zeittakt der bewegten Uhr ERSCHEINT dem ruhenden Beobachter verlängert, und zwar um den Lorentzfaktor. Bewegte Uhren GEHEN demnach langsamer." Das ist auch, denke ich, die zumeist offiziell und in Lehrbüchern vertretene Ansicht.

Daher: Wer den Gang einer Uhr nicht beeinlussen möchte, sollte sie also möglichst nicht aus einem bewegten Bezugssystem heraus beobachten.

Soviel erstmal. Als nächstes wäre eine etwas systematischere Betrachtung, die neben Teilchen auch Wellen mit einbezieht, sinnvoll. Dazu jeweils die Bewegung von Quelle, Medium(?),Beobachter.

Gruß, gh001

[Gerhard Kemme]

Wenn man von der Geschwindigkeit eines Autos redet, oder auch von einer Gewehrkugel, kann man diese Geschwindigkeiten als "Emissionsgeschwindigkeit" bezeichnen.

Allerdings gibt es hier den prinzipiellen Unterschied, dass eine Gewehrkugel beschleunigt wird und dann an der Mündung ihre V_0 hat und danach mit dieser Geschwindigkeit (reduziert um Geschwindigkeitsverlust per Strömungswiderstand) weiter fliegt.
Während das Automobil permanent angetrieben wird.
Sogenannte Emissionstheorien verwenden besonders die Vorstellung eines abgefeuerten Geschosses - oder auch Teilchens.
Während Äthertheorien von einer Fortbewegung in einem Medium ausgehen.

Wenn also die Polizei einen Autofahrer (bei erlaubten 80 km/h) mit 95 km/h misst, dann wird sie diese als die "wahre" Geschwindigkeit amtlich festlegen. (Man kann sich nicht damit herausreden, die Geschwindigkeit sei eine Frage des Bezugsystems, ...

Das Bezugssystem ist die ruhende Fahrbahn.

Worauf läuft dies nun hinaus? Zunächst nur darauf, dass, wenn wir von Bewegung und Geschwindigkeiten reden, wir physikalische und rein mathematisch/rechnerische Aspekte auseinanderhalten müssen.

Es handelt sich (fast) immer um die Abbildung eines physikalischen Sachverhaltes in die Denkwelt von Menschen, d.h. es findet eine Modellierung statt, welche auch eine Reduktion beinhaltet.

Wenn nun aber, wie in der SRT behauptet (manche sagen bewiesen), die Länge von starren Stäben und der Gang von Uhren von deren Bewegung abhängt, dann sind hier Probleme vorprogrammiert. Denn es ist klar, dass dann ein und derselbe Stab (je nach Bezugssystem) ganz verschiedene Längen hat (gleichzeitig natürlich).

Eigentlich kenne ich es so, dass es jeweils ein Ruhe- und ein Bewegtsystem gibt, welche dann z.B. als BS und BS' unterschieden werden - insofern sehe ich keine unterschiedlichen Längen.
Nebenbei bemerkt - ist es auch in unserer Alltagswelt klar, dass die Länge eines Automobils durchaus von dessen Geschwindigkeit abhängt - da der Strömungswiderstand zu einer Komprimierung jeglichen - elastischen - Materials führt.

[Kurt]

"Die Tickgeräusche ertönen also seltener, und der Zeittakt der bewegten Uhr ERSCHEINT dem ruhenden Beobachter verlängert, und zwar um den Lorentzfaktor. Bewegte Uhren GEHEN demnach langsamer." Das ist auch, denke ich, die zumeist offiziell und in Lehrbüchern vertretene Ansicht.

Daher: Wer den Gang einer Uhr nicht beeinlussen möchte, sollte sie also möglichst nicht aus einem bewegten Bezugssystem heraus beobachten.

Hallo gh001,

was ist ein unbewegtes Bezussystem?

Gruss Kurt

[Gerhard Kemme]

"Die Tickgeräusche ertönen also seltener, und der Zeittakt der bewegten Uhr ERSCHEINT dem ruhenden Beobachter verlängert, und zwar um den Lorentzfaktor. Bewegte Uhren GEHEN demnach langsamer." Das ist auch, denke ich, die zumeist offiziell und in Lehrbüchern vertretene Ansicht.

Daher: Wer den Gang einer Uhr nicht beeinlussen möchte, sollte sie also möglichst nicht aus einem bewegten Bezugssystem heraus beobachten.

Hallo gh001,

was ist ein unbewegtes Bezussystem?

Ein Ruhesystem - oftmals mit BS bezeichnet (wobei das Bewegtsystem mit BS' bezeichnet wird) - hoffe ich konnte behilflich sein.

[Kurt]

Ein Ruhesystem - oftmals mit BS bezeichnet (wobei das Bewegtsystem mit BS' bezeichnet wird) - hoffe ich konnte behilflich sein.

Gerhard,

Daher: Wer den Gang einer Uhr nicht beeinlussen möchte, sollte sie also möglichst nicht aus einem bewegten Bezugssystem heraus beobachten.

darum ging es mir.

Ist es nicht so dass der Gang einer/der Uhr nichts damit zu tun hat ob und wer und aus welcher Position auch immer, sie beobachtet.
Dass es einzig von den Ortsumständen, ihren Ortsumständen, abhängt wie die Uhr taktet.
Und dass der Takt den ein bewegter Beobachter, bewegt in Bezug zur Uhr, -sieht- vom Doppler beeinflusst ist/abhängt.

Wer stellt denn fest ob die Uhr bewegt ist oder nicht, oder ob der Beobachter -ruht- oder nicht.
Eine reine Postulierung, a la Theorien, sagt da überhaupt nichts und hat auch keinerlei Auswirkungen auf den Gang der Uhr.

Das mit den IS ist reine Theorie und hat mit der Realität überhaupt nichts zu tun.
Auch nicht der Gang der beobachteten Uhr, mehr als Doppler ist da nicht!


Gruss Kurt

[gh001]

Hallo Kurt,
mein diesbezüglicher Satz war natürlich ironisch gemeint, aber im Internet ist das immer etwas schwierig. Wir stimmen jedenfalls darin vollkommen überein, dass allein die Beobachtung einer Uhr deren Gang wohl kaum beeinflussen wird.

In der (offiziellen) SRT sind aber Sätze wie "eine bewegte Uhr geht langsamer" die Standardaussage. Logisch gleichwertig ist die Aussage "eine ruhende Uhr geht schneller". Da aber in diesem Zusammenhang "in Ruhe" und "bewegt" völlig willkürliche Betrachtungsweisen darstellen, ist diese Aussage in physikalischer Hinsicht offenbar unsinnig, also Quatsch.

Anders liegen die Dinge, wenn man sagt: "Der Gang einer Uhr, wenn man sie unter gewissen Annahmen (Konstanz von c) und mit folgender Methode... aus einem zu ihr relativ bewegten System misst, erscheint langsamer. Und zwar umso langsamer, je größer die Relativgeschwindigkeit ist." Beispielsweise würden 273 verschiedene Beobachter (unter den getroffenen Annahmen) zu 273 verschiedenen Ergebnissen kommen. (Ich denke, das juckt aber unsere Uhr nicht.)

Ich glaube, dass man hier langfristig zu einer anderen (physikalischen) Lösung kommen muss. Vielleicht hängt der Kern des Problems damit zusammen, dass das Licht sowohl Teilchen- (hier wäre die Emissionsgeschwindigkeit von Belang) als auch Wellencharakter hat (hier stellt sich ggfls. die Frage nach einem Medium).

Bei der Gravitation ist es offenbar umgekehrt: Das Gravitationsfeld (auch so eine Art Äther wenn man will) bestreitet niemand, nach Gravitationswellen wird (meines Wissens) noch gesucht. Am Ende wäre die Situation vielleicht sehr ähnlich wie beim Licht.

Gruß, Günter

[Gerhard Kemme]

Daher: Wer den Gang einer Uhr nicht beeinlussen möchte, sollte sie also möglichst nicht aus einem bewegten Bezugssystem heraus beobachten.

darum ging es mir.

Ist es nicht so dass der Gang einer/der Uhr nichts damit zu tun hat ob und wer und aus welcher Position auch immer, sie beobachtet.
Dass es einzig von den Ortsumständen, ihren Ortsumständen, abhängt wie die Uhr taktet.
Und dass der Takt den ein bewegter Beobachter, bewegt in Bezug zur Uhr, -sieht- vom Doppler beeinflusst ist/abhängt.

Wer stellt denn fest ob die Uhr bewegt ist oder nicht, oder ob der Beobachter -ruht- oder nicht.
Eine reine Postulierung, a la Theorien, sagt da überhaupt nichts und hat auch keinerlei Auswirkungen auf den Gang der Uhr.

Das mit den IS ist reine Theorie und hat mit der Realität überhaupt nichts zu tun.
Auch nicht der Gang der beobachteten Uhr, mehr als Doppler ist da nicht!

Über die SRT ist seit 100 Jahren viel geschrieben worden - und dem einen physikalischen Fachmann ist die eine Sichtweise vertraut und dem anderen eine andere. Mit Beobachtern habe ich immer wenig im Sinn - und für mich ist alle Realität auch immer Theorie im Rahmen von Abbildungen und Modellvorstellungen, d.h. die SRT wird - in diesem Zusammenhang - meinerseits durchaus als Modellierung von physikalischer Realität angesehen: Man hat Zeit und Raum in einem unbewegten Bezugssystem und überträgt diese (einen 4-Tupel) mit Hilfe von Rechnungen per Koordinatentransformation auf ein bewegtes Bezugssystem BS' - siehe Gleichungssystem:

t' = [t - (v/c²)*x]/sqrt(1 - v²/c²)
x' = [x - v*t)/sqrt(1 - v²/c²)
y' = y
z' = z

Dabei erhält man im Bewegtsystem BS' ein räumliches Gebilde, welches einem Luftballon ähnelt, der in den Fahrtwind gehalten wird - d.h. Raum und Zeit sind nach solcher Betrachtungsweise theoretisch abstrakt gemeint - geben dann allerdings eine Figur, wie man sie bei Annäherung an die Lichtgeschwindigkeit erwarten könnte.

[Kurt]

und für mich ist alle Realität auch immer Theorie im Rahmen von Abbildungen und Modellvorstellungen, d.h. die SRT wird - in diesem Zusammenhang - meinerseits durchaus als Modellierung von physikalischer Realität angesehen

Nein, es wird eben nicht die physikalische Realität abgebildet, ganz im Gegenteil!

Die -Postulate- gehen von einer Realität aus die absolut ist (so wie es die damaligen Vorstellungen eben annahmen).
Absolut gleich, absolut stabil, absolut unveränderbar.

Genau diese Realität existiert nicht!
Also kann mit dieser Theorie die Realität nicht abgebildet werden.


Gruss Kurt

[Kurt]

Günter,
willkommen im Forum.

Wir stimmen jedenfalls darin vollkommen überein, dass allein die Beobachtung einer Uhr deren Gang wohl kaum beeinflussen wird.

Das ist richtig, dennoch, unsere Anwesenheit beeinflusst den Gang einer Uhr.

In der (offiziellen) SRT sind aber Sätze wie "eine bewegte Uhr geht langsamer" die Standardaussage. Logisch gleichwertig ist die Aussage "eine ruhende Uhr geht schneller". Da aber in diesem Zusammenhang "in Ruhe" und "bewegt" völlig willkürliche Betrachtungsweisen darstellen, ist diese Aussage in physikalischer Hinsicht offenbar unsinnig, also Quatsch.

Recht viel Sinn ist aus der RT nicht rauszulesen!

Anders liegen die Dinge, wenn man sagt: "Der Gang einer Uhr, wenn man sie unter gewissen Annahmen (Konstanz von c) und mit folgender Methode... aus einem zu ihr relativ bewegten System misst, erscheint langsamer. Und zwar umso langsamer, je größer die Relativgeschwindigkeit ist." Beispielsweise würden 273 verschiedene Beobachter (unter den getroffenen Annahmen) zu 273 verschiedenen Ergebnissen kommen. (Ich denke, das juckt aber unsere Uhr nicht.)

Die Uhr jukt es nicht, klar.
Die Behauptung dass eine bewegte Uhr, wie auch immer bewegt, langsamer geht (langsamer als was?) als eine unbewegte ist halt nur ein "Postulat", einfach behauptet ohne jeden Beweis.

Ich glaube, dass man hier langfristig zu einer anderen (physikalischen) Lösung kommen muss.

Richtig, aber nicht nur langfristig, es ist schon längst überfällig.

Vielleicht hängt der Kern des Problems damit zusammen, dass das Licht sowohl Teilchen- (hier wäre die Emissionsgeschwindigkeit von Belang) als auch Wellencharakter hat (hier stellt sich ggfls. die Frage nach einem Medium).

Licht hat dieses Problem nicht, das sagen ihnen nur diejenigen nach die nicht genau hinschauen oder das Gesehene nicht interpretieren können, oder völlig falsche Grundannahmen verwenden.
Beim Licht gibts keinen Dualismus!

Bei der Gravitation ist es offenbar umgekehrt: Das Gravitationsfeld (auch so eine Art Äther wenn man will) bestreitet niemand, nach Gravitationswellen wird (meines Wissens) noch gesucht. Am Ende wäre die Situation vielleicht sehr ähnlich wie beim Licht.

Hier gibts Widerspruch.
Ein Gravitationsfeld existiert nicht.
Es existiert auch keine -anziehenden- Gravitation.

Die Frage nach Gravitationswellen erübrigt sich von selbst.
Selbstverständlich lassen sich Wirkungen vorstellen die durch Gravitation erzeugt wurden.
Diese mit Lichtänderung (direkt) nachweisen zu wollen dürfte der falsche, zumindest ein unergiebiger Weg sein.


Gruss Kurt

[gh001]

Bevor wir die SRT-Probleme vielleicht endgültig hier lösen, zunächst noch einige Überlegungen genereller Art:

1. Es wird immer gesagt, die SRT sei die am besten verifizierte physikalische Theorie. Das heißt aber auch, dass diese Theorie am häufigsten getestet bzw. überprüft wurde. Warum eigentlich immer wieder? Offenbar fühlt sich auch die offizielle Physik mit dieser Theorie irgendwie unwohl.

2. Was wurde denn, genau genommen, bisher experimentell nachgewiesen? Meines Wisssens fanden z.B. sämtliche Messungen von c auf unserem Planeten statt, also relativ zur Erdoberfläche. Die insofern gesicherten Aussagen sind wohl:

a) c ist relativ zur Erdoberfläche in alle Richtungen gleich groß.
b) c ist auch bei bewegter Quelle (z.B. Photonen emittierende schnelle Elementarteilchen) in Bewegungsrichtung unverändert.

Messungen mit bewegtem Beobachter wurden meinens Wissens nicht durchgeführt (wurden von Einstein in seiner Originalarbeit wohl auch nicht erwähnt). Insofern wäre nur eine teilweise Konstanz von c wirklich nachgewiesen.

Soweit diese Messergebnissse aber vorliegen, muss man sie natürlich anerkennen. Allerdings liefern die Ergebnisse nicht ihre eigene Interpretation mit. In der Regel sind denn auch verschiedene Theorien/Hypothesen denkbar.

So ergab sich die Äthertheorie fast zwangsläufig als Folge der (damals) vorherrschenden Meinung, Licht sei eine Welle und benötige daher ein Medium (zusätzlich zum (Luft-)leeren Raum). Auch hier versuchte man, auch nach den Versuchen von MM, an dieser Theorie zunächst "auf Biegen und Brechen" festzuhalten.

In der Zeit nach Einsteins Postulaten wurde dann der gesamte Äther "wieder aus dem Universum entfernt". Das zweite (und problematische) Postulat (Konstanz von c, unabhängig von allem) geht aber über die tatsächlichen experimentellen Befunde hinaus (s.o.). Bedauerlicherweise liegt auch keinerlei physikalische Erklärung für diese "wundersame c-Geschwindigkeit" vor. Wenn man die c-Konstanz aber "postuliert" und als wahr vorrausetzt, folgen die bekannten Merkwürdigkeiten über Zeit und Raum (mit allen ebenfalls wundersamen und viel diskutierten Folgeerscheinungen).

3. Aus der Geschichte der Physik ist allerdings auch bekannt, dass an einer einmal aufgestellten Theorie oft noch lange festgehalten wurde, selbst nachdem widersprüchlichere Messergebnisse aufgetaucht waren. Zunächst versuchte man fast immer, die bisherige Theorie durch (oft abenteuerliche) Zusatzannahmen oder Modifizierungen zu retten. Manchmal half erst ein Generationswechsel der maßgeblichen Physiker.

Soviel für heute.
Gruß, gh001