Was passiert bei Lichtgeschwindigkeit wenn sich zwei Raumschiffe begegnen?
angenommen zwei Raumschiffe fliegen mit Lichtgeschwindigkeit an einander vorbei was würde der Insasse sehen wenn er aus dem Fenster guckt?
und was würde passieren wenn beide Raumschiffe kollidieren?
würden sie mit doppelter Lichtgeschwindigkeit aneinander vorbei rauschen?
Ich möchte nicht wissen, dass es nicht möglich ist Lichtgeschwindigkeit mit einem Raumschiff zu fliegen das ist mir schon bewusst, mich interessiert nur was passieren würde wenn es möglich wäre?
12 Antworten
Hallo Benadino,
im Alltag addieren wir die Geschwindigkeiten von 2 sich aufeinander zu bewegenden Objekten einfach.
Intuitiv würden wir deshalb die Geschwindigkeiten Deiner beiden Raumschiffe zu einer Relativgeschwindigkeit addieren, die über der Lichtgeschwindigkeit liegt.... und das ist ein falsches Ergebnis.
Der Punkt ist, dass sich Geschwindigkeiten eigentlich NIE einfach addieren - nur bei so niedrigen Geschwindigkeiten wie in unserem Alltag ist das eine sooooo gute Näherung, dass uns nie auffällt, dass wir eigentlich mit der einfachen Addition im Alltag ständig einen Fehler machen.
Tatsächlich gilt immer die Formel für die relativistische Geschwindigkeitsaddition.
v_relativ = v1 + v2 /(1+ v1 * v2/c²)
(http://homepage.univie.ac.at/franz.embacher/SRT/Geschwindigkeitsaddition.html)
Die Relativgeschwindigkeit bleibt immer kleiner als die Lichtgeschwindigkeit. (Weil für v1 gegen c und v2 gegen c ergibt sich als Grenzwert der Relativgeschwindigkeit 2c/2 = c). Bei sehr kleinen Geschwindigkeiten ergibt sich als Näherung der Formel unser Alltagsfall v_relativ = v1 + v2
Die Raumschiffe würden also mit weniger als Lichtgeschwindigkeit aneinander vorbeirauschen, wobei die Relativgeschwindigkeit minimal näher an c wäre als die Einzelgeschwindigkeiten.
Das Ganze ist experimentell übrigens sehr gut bestätigt am Zerfall von Pionen. Diese fliegen mit fast Lichtgeschwindigkeit und senden beim Zerfall 2 Photonen in entgegengesetzte Richtungen aus. Wenn man die Zerfälle beobachtet, bei denen ein Photon nach vorne, in Flugrichtung ausgesendet wird und eines nach hinten, dann würden sich die Geschwindigkeiten der Photonen stark unterscheiden, wenn die Relativitätstheorie falsch läge. Tatsächlich zeigen alle Messungen aber mit hoher Genauigkeit, dass sich beide Photonen brav mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. (Nachzulesen ist das sehr schön beschrieben z.B. hier: http://www.relativitätsprinzip.info/experimente/pionen.html)
Was würde man sehen, wenn man aus den Raumschiffen rausschaut?
Man darf hier die Effekte der Längenkontraktion nicht vergessen - Nähert man sich der Lichtgeschwindigkeit, bekommt man einen (farbverzerrrten) Tunnelblick, weil einen nur noch die Photonen von fast von vorne in Flugrichtung erreichen.
Sehr schön kann man sich diese Effekte auf dieser Webseite hier anschauen: Tempolimit Lichtgeschwindigkeit zeigt an Computersimulationen, wie die Welt aussähe, wenn wir mit fast Lichtgeschwindigkeit unterwegs wären:
http://www.tempolimit-lichtgeschwindigkeit.de/bewegung/bewegung.html
Grüße
Ach ja: P.S.: " und was würde passieren wenn beide Raumschiffe kollidieren?"
Das ist der feuchte Traum jedes Teilchenphysikers am CERN...
Danke für das Sternchen!!!
=)
Sorry, Ute, ein bisschen muss ich 'meckern':
Man darf hier die Effekte der Längenkontraktion nicht vergessen -...
Das Wort 'Längenkontraktion' gehört eigentlich in das Museum physikalischer Begriffe, er passt besser in die LÄT als in die SRT.
Natürlich ist ein Körper, der sich in einen Bezugssystem Σ mit v› bewegt, in Σ tatsächlich kürzer (gemessen, er sieht nicht etwa so aus) als in seinem Ruhesystem Σ'. Allerdings zieht sich nichts zusammen, sondern es wird sozusagen schräg gemessen, d.h. in Σ werden Ereignisse als gleichzeitig interpretiert, deren absoluter Abstand sowieso kürzer ist als die 'Eigenlänge' des Körpers.
Sowohl 'Zeitdilatation' als auch 'Längenkontraktion' sind in Bezug auf die SRT das, was der 'Sonnenaufgang' respektive 'Sonnenuntergang' für die moderne Astronomie ist.
Nähert man sich der Lichtgeschwindigkeit, bekommt man einen (farbverzerrrten) Tunnelblick, weil einen nur noch die Photonen von fast von vorne in Flugrichtung erreichen.
Auch wenn man das Wort 'Längenkontraktion' verwendet, die von Dir genannten Effekte sind andere, nämlich der DOPPLER - Effekt in Verbindung mit - je nachdem, ob man sich oder die auf einen zukommenden Objekte als ruhend betrachtet - Retardierungseffekten oder Aberration.
Die 'Längenkontraktion' schwächt diesen Effekt sogar noch ab, sie sorgen dafür, dass ein auf einen zukommendes Objekt weniger in die Länge gezogen aussieht.
Wenn ich ganz ehrlich bin, halte ich das Wort 'Zeitdilatation' auch wie oben für verwendbar. So wie ich auch in der Astronomie sehr wohl noch den Zeitpunkt für den "Sonnenaufgang" verwende.
;-)
Das muss man aber dann dazu sagen. Generationen von Physikern und erst recht interessierten Laien sind durch Crackpots erreichbar, die ihnen einreden, die Relativitätstheorie sei unlogisch - und alles nur wegen eines ungeschickten Vokabulars.
Es ist irgendwie eingebürgert,
- Zeitdilatation
- Längenkontraktion
- Relativität der Gleichzeitigkeit
als die 'relativistischen Effekte' (den Ausdruck mag ich auch nicht besonders) zu bezeichnen, fast als so eine Art Trinität dieser Effekte darzustellen.
Meines Erachtens sind die ersten Begriffe LÄT-Begriffe ("es sieht nur für uns so aus, als gebe es nicht das ruhende Koordinatensystem"), und die Relativität der Gleichzeitigkeit ersetzt beide. Erst das ist wirklich SRT.
Wenn wir in der Astronomie so reden, als hielten wir die Erde für flach, ist das nicht so schlimm, weil jeder weiß, dass wir das nicht tun.
Wenn wir in der Relativitätstheorie so reden, als sei von zwei Objekten O und O' eines eindeutig das ruhende und das andere eindeutig das bewegte, und deshalb sei Letzteres zeitlich in die Länge gezogen und räumlich zusammengezogen, nimmt man das ggf. für bare Münze.
Wir machen es den Kids unnötig schwer, die Relativitätstheorie korrekt zu verstehen und gegen Crackpottery immun zu werden.
Kein Raumschiff kann Lichtgeschwindigkeit erreichen.
Es kann nur beliebig lange stark beschleunigt werden.
Geschwindigkeit als solche gibt es gar nicht: Es macht immer nur Sinn, davon zu sprechen, wie schnell sich ein Raumschiff relativ zu einem bestimmten anderen Objekt - einem Stern etwa - bewegt.
Wie hoch die Geschwindigkeit des Raumschiffs einem Beobachter erscheint, ist davon abhängig, wie schnell sich das Raumschiff ihm gegenüber bewegt. Diese von ihm gemessene Geschwindigkeit wird stets kleiner sein als die des Lichts.
also ist Geschwindigkeit relativ klingt logisch
Ja, jede Geschwindigkeit ist relativ.
Dass Geschwindigkeit relativ ist, hat übrigens schon Galilei herausgefunden. Die Erkenntnis, dass Licht aus Wellen besteht, deren Ausbreitungsgeschwindigkeit nicht von der Bewegung der Quelle abhängt, hat dies zeitweise in Frage gestellt (Stichwort »Äthertheorie«).
Die Experimente zeigten jedoch keine Abweichung vom Relativitätsprinzip, und die Relativitätstheorie ist letztlich die Anwendung des Relativitätstheorie auf die Gesetze der Elektrodynamik - und natürlich die Ausbreitung von Licht mit c, die aus diesen Gesetzen folgt.
Er würde ein Raumschiff "sehen" (physiologische Faktoren mal ausgenommen), dass mit Lichtgeschwindigkeit vorbeifliegt. Das Raumschiff ist aber aufgrund der Zeitdilatation und Lorentzkontraktion, die sich aus der allgemeinen Relativitätstheorie ergibt, stark verzerrt und in die Länge gezogen.
würden sie mit doppelter Lichtgeschwindigkeit aneinander vorbei rauschen?
Nein sie würden nur mit Lichtgeschwindigkeit aneinander Vorbeifliegen, klingt zwar nach der gängigen Physik (Newtonsche Mechanik) unlogisch, aber so ist es nunmal.
Selbiges gilt auch für ein Auto dass auf eine Lichtquelle zufährt. Das Auto fährt mit 200km/h und selbst wenn man es unendlich genau messen könnte, das Licht würde "nur" mit Lichtgeschwindigkeit ankommen, egal ob das Auto steht oder sich bewegt. Also nicht mit Lichtgeschwindigkeit + 200km/h oder so.
was würde passieren wenn beide Raumschiffe kollidieren?
Du kannst dir ja mal die kinetische Energie so eines Schiffes berechnen (k-Faktor nicht vergessen) und dann nachsehen was da so rauskommt.
Wir haben das mal mit einem Raumschiff gerechnet dass sich mit 99% der Lichtgeschwindigkeit bewegt und mit einem Kieselstein kollidiert. Die Auftretende Energie war in der Größenordnung der stärksten jemals gebauten Wasserstoffbombe. (Ich glaube die Kollision war um den Faktor 1.3 stärker)
Höchst plausibel, auch schon bei vergleichsweise "kleinen" Geschwindigkeiten von "nur" 0,8c (Lorentz-Faktor: 5/3). 1kg Masse entspricht knapp 25 TWh oder rund 22 MT TNT-Äquivalent, und Tsar Bomba hat zwischen 50 und 60 MT freigesetzt, also ungefähr 2,5kg reine Energie.
Auf ungefähr den Wert kommt man auch, wenn man sich einen unelastischen frontalen (oder sollte ich hier sagen brontalen) Stoß zwischen zwei Massen von je etwa m=1,86kg mit je v=0,8c rechnet. Die kinetische Energie jedes Stoßpartners "wiegt" dann 2/3m=1,24kg, was sich zu 2,48kg aufaddiert.
Ja das war mal bei einer Physikprüfung dabei, aber ich kann mich nicht mehr an die Masse des Teilchens erinnern, aber die war relativ klein.
Frage 1.Teil: gar nichts...siehst du das Licht, wie es aus der Glühbirne kommt und dann den Boden erhellt? Der Mensch ist gar nicht dafür geschaffen solche Geschwindigkeiten zu erfassen, warum solltest du dann ein Raumschiff erkennen, das mit 299792458 m/s an dir vorbei rauscht?
Bei Kollision? - Wahrscheinlich Kernfusionen...eine Explosion im Weltall halte ich für unwahrscheinlich, wahrscheinlich wäre eher ein Brei der in beide Richtungen wieder austritt.
Du glaubst also dass bei einer derartigen Kollision etwas übrig bleibt? :D
wieso was übrig bleiben? Materie kann nicht verschwinden. Es könnte auch möglich sein, dass etwas erschaffen wird ähnlich einem schwarzen Loch, mit extrem verdichteter Masse. Aber Materie löst sich nun mal nicht in Luft aus. Und Explosionen sind für Filme...im Alle selbst wird es keine Explosionen geben können.
…eine Explosion im Weltall halte ich für unwahrscheinlich,…
Ich nicht. Nicht bei Kollisionsgeschwindigkeiten nahe c.
…wahrscheinlich wäre eher ein Brei der in beide Richtungen wieder austritt.
Kein Brei, eher ein sehr heißes Plasma. Eine ganze Menge bislang geordneter kinetischer Energie wird auf einen Schlag in Wärme verwandelt.
Exakt mit Lichtgeschwindigkeit kann sich keine Masse bewegen, denn dazu wäre eine unendliche Energiemenge nötig. Also nehmen wir an, die beiden Raumschiffe fliegen mit 99% Licht, okay? Ein derartiges Tempo nennt man "relativistische Geschwindigkeit" und dann passieren seltsame Dinge. Eigentlich passieren die bei jeder Geschwindigkeit, aber nur bei sehr hohem Tempo kann man es tatsächlich feststellen.
Die Geschwindigkeiten addieren sich nicht einfach, die Raumfahrzeuge begegnen sich also nicht mit 2 mal 99% - also 198% Lichtgeschwindigkeit. Die Formel ist ein wenig komplizierter: https://de.wikipedia.org/wiki/Relativistisches_Additionstheorem_f%C3%BCr_Geschwindigkeiten
Geschwindigkeiten addieren sich also nicht zu 100% Lichtgeschwindigkeit, sondern man kommt dieser Geschwindigkeit nur immer näher.
mich interessiert nur was passieren würde wenn es möglich wäre?
Da es nach aktuellem Stand der Physik nicht möglich ist, gibt es momentan auch kein physikalisches Modell, welches diese Situation beschreiben würde.
Wenn ich also sagen würde, sobald sich ein Raumschiff exakt mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, verwandelt sich der Mond in grünen Käse, wäre diese Behauptung zumindest heute mit keinem Naturgesetz zu widerlegen.
Ein derartiges Tempo nennt man "relativistische Geschwindigkeit" und dann passieren seltsame Dinge.
Im Grunde sind diese Effekte nicht so merkwürdig. Eine Geschwindigkeit nahe, von oder gar über c in einem Newtonschen Universum würde die Welt noch viel merkwürdiger aussehen lassen. Der scheinbare Zeitraffer und die optische Längendehnung, die ein sich näherndes Objekt nach Newtons Mechanik zeigen müsste, werden durch die durch die SRT vorausgesagten Effekte abgemildert, die Welt sieht bei v(¬≪)c »normaler« aus als nach Newton zu erwarten wäre.
Eigentlich passieren die bei jeder Geschwindigkeit, aber nur bei sehr hohem Tempo kann man es tatsächlich feststellen.
Das gilt nicht für alle Effekte, insbesondere im Falle des Elektromagnetismus.
Wenn sich eine Probeladung q entlang eines stromdurchflossenen Leiters mit v bewegt, interagiert sie mit dem durch den Strom erzeugten Magnetfeld B und wird dadurch mit der Lorentzkraft
F = q·v × B
angezogen oder abgestoßen, je nach Ladung und Bewegungsrichtung.
Da F auch in ihrem eigenen Ruhesystem auf sie wirken muss (anderenfalls gäbe es entweder zwei Realitäten oder man hätte einen leicht gewinnbaren Nachweis eines absolut ruhenden Systems), dort aber nicht als Lorentzkraft interpretierbar ist, muss man annehmen, dass es in diesem Fall tatsächlich eine elektrostatische Kraft ist.
Da der Leiter in seinem Bezugssystem aber elektrisch neutral ist, muss angenommen werden, dass die lineare Ladungsdichte stark bezugssystemabhängig ist. Dies lässt sich mit der Lorentz-Kontraktion erklären, so winzig diese bei Alltags-Geschwindigkeiten auch ist.
(https://de.wikipedia.org/wiki/Spezielle_Relativit%C3%A4tstheorie#Lorentzkraft)
Um das zu verstehen, ist es hilfreich, sich klar zu machen, welch rohe Kräfte hier tatsächlich am Werk sind:
- 1 Mol Elementarladungen hat fast 10⁵C.
- Zwei Kugeln mit je 1C Ladung würden sich auf 1m Abstand mit1/4πε₀r² = c²µ₀/4πr² = 9×10¹⁶m²/s² · 4π×10⁻⁷V/Cm/(4π m²)= 9×10⁹J/m = 9×10⁹Nanziehen oder abstoßen.
Wenn man so liest, dass eine ganz alltägliche Sicherung gegen einen Stromfluss von über 10 oder 16 Ampère absichert, verliert man aus dem Blick, wie viel ein Coulomb wirklich ist.
Im Grunde sind diese Effekte nicht so merkwürdig.
Mit "merkwürdig" meinte ich, daß diese Erscheinungen nicht den Erfahrungen entsprechen, welche wir im täglichen Leben gemacht haben. Die klassische Mechanik ist für jeden "fühlbar" und wer in der Schule nicht darüber hinausgekommen ist, für den ist alles andere dann schwer verdaulich.
Danke für Deine Ausführungen, es ist eine Zeit her und Postings wie das Deine bringen meine grauen Zellen noch einmal auf Trab.
Übrigens: Für unterschiedliche Gravitationspotentiale halte ich das Wort 'Zeitdilatation' für angebracht, denn da ist ja die Situation definitiv asymmetrisch.