Interessantes zu Theoretischer Physik


Zeitdilatation im Sinne der Theorien Einsteins

Unter Zeitdilatation versteht man die Summe zweier völlig unterschiedlicher, sich aber aufsummierender Effekte:

Sie kommen zustande

  • als etwas, das anmutet wie ein rein nur beobachtungstechnisch bedingter Scheineffekt, der auftritt, wo immer Beobachter und beobachtetes Objekt sich relativ zueinander bewegen. Die Tatsache allerdings, dass Myonen auf der Erde ankommen zeigt, dass es auch hier schon um unterschiedlich schnelle Alterung von Beobachter und Objekt geht.
  • als ganz eindeutig unterschiedlich schnelle Alterung, wenn zwei Objekte unterschiedlich starker Gravitation ausgesetzt bzw. unterschiedlich stark beschleunigt sind.


Genauer:

  • Wenn Beobachter und beobachtetes Objekt sich relativ zueinander bewegen, wird der Beobachter den Eindruck haben,
    • seine eigene Zeit verginge schneller als die des Objekts, solange sich der Abstand zwischen ihm und dem Objekt vergrößert.
    • Wenn jener Abstand sich aber verkleinert, wird der Beobachter den umgekehrten Eindruck haben: Seiner Wahrnehmung nach wird die Uhr des Objekts dann schneller gehen als die eigene.

    Ursache hierfür ist die Tatsache, dass Signale sich stets nur mit Lichtgeschwindigkeit — mit endlicher Geschwindigkeit also — aus­breiten:
     
    Zeitdilatation (ebenso wie Längenkontraktion) treten nur auf im Bild, das Licht einem Beobachter zustellt. Sie ergeben sich, da beobachtete Objekte positive Ausdeh­nung haben, und somit nicht all ihre Teile vom Beobachter gleich weit entfernt sind. Da die Lichtgeschwindigkeit konstant ist, zeigt das beim Beobachter ankommende Bild sie deswegen zu leicht unter­schiedlicher objektlokaler Zeit.
     
  • Objekte aber, die unterschiedlich starker Gravitationskraft ausgesetzt sind, werden auf jeden Fall unterschiedlich schnell altern [GZD] (man spricht dann vom sog. Zwillingsparadoxon).

    Man kann es auch so sagen:

    So wie es zwischen zwei gegebenen Ortschaften auf der Erde unterschiedlich lange Wege geben kann, gibt es auch zwischen je zwei Ereignissen (d.h. zwischen je zwei Punkten A und B der Raumzeit) ganz unter­schiedlich lange Wege.

    Der jeweils längste — in dem Sinne, dass ihn zu durchlaufen am meisten Lebenszeit erfordert — ist immer der, auf dem man gar nicht beschleunigt ist. Kurz:


    Beschleunigt zu sein verkürzt unseren Weg durch die Raumzeit.

    Im Vergleich zu weniger beschleunigten Objekten altern wir langsamer.


    Kurz: Wo immer Beschleunigung hinzukommt, wechselt man durch sie auf einen kürzeren Weg durch die Raumzeit. Wegnahme von Beschleunigung zwingt uns zurück auf Wege, die uns mehr Lebenszeit kosten.


Fassen wir zusammen:

Zeitdilatation bei gleichförmiger Relativgeschwindigkeit ergibt sich aufgrund der Endlichkeit der Licht­geschwindigkeit, ist überhaupt nichts Rätselhaftes und existiert stets nur aus Beobachtersicht.

Was zunächst aber wirklich erstaunt, ist die Tat­sache, dass bei unter­schiedlich stark beschleunigten Objekten aus Sicht Dritter selbst noch ihre typische mittlere Lebens­dauer (aus Beobachtersicht also die Geschwindigkeit ihres Alterns) davon abhängt, wie stark beschleunigt sie sind. Und dennoch ist selbst gravitative Zeitdilatation ein nur be­obachtungs­technisch bedingter Effekt: Das Bild beobachteter Objekte kommt zu uns über Wege, die das Licht nimmt — die aber folgen der Krümmung des Raumes. [?]

Dies eingesehen zu haben ist wichtig, denn hieraus wird klar, dass selbst die Relativität von Zeit und Raum kausal auf einander aufbauende Ereignisse nur scheinbar, aber nie wirklich neu anordnen kann.


Das Wesentliche auf den Punkt gebracht:

Einstein hat erkannt, das sich die Wirklichkeit aus Sicht unterschiedlicher Beobachter recht unterschiedlich darstellen kann. Seine Theorie kann diese Unterschiede sehr genau beschreiben. Sie beweist uns:

  • Gegebene Ereignisse E1 und E2 können in der Raumzeit mehr als nur einen zeitlichen Abstand haben.
  • Zeitliche und räumliche Abstände gibt es nur aus Sicht der Beobachter (die Wirklichkeit kennt nur einen eindeutigen raumzeitlichen Abstand).
  • Räumliche und zeitliche Abstände von Ereignissen werden durch unterschiedliche Beobachter umso unterschiedlicher wahrgenommen, je schneller sie sich vom Ort jener Ereignisse weg oder auf ihn zu bewegen. Auch gegebene Gravitationsfelder spielen mit eine Rolle.
  • Da sich Licht aus Sicht aller Beobachter gleich schnell bewegt, kann Relativitätstheorie diese Unter­schiede exakt beziffern (gut für uns — es gäbe sonst kein GPS).

    VORSICHT aber: Wer glaubt, dass hierzu in jedem Fall die SRT aureiche, der irrt. Sie nämlich reicht nur, wenn der Raum ungekrümmt ist (= frei von Gravitation).



Wissenswertes zu "Spezielle und Allgemeine Relativitätstheorie, Einstein, Zeitdilatation" zusammengestellt durch Gebhard Greiter.
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