11.11.2017
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Spezielle Relativitätstheorie • Kommentarcheck Aristoteles ? Stringtheorie (15) | Josef M. Gaßner

Zum Abschluß der Speziellen Relativitätstheorie in der Reihe von Aristoteles zur Stringtheorie beantwortet Josef M. Gaßner Fragen/Kommentare:
Ist letztendlich jede Energieform Bewegungsenergie?
Woher weiß eine bewegte Uhr, dass sie bewegt wird?
Die Masse wird doch vom Higgsfeld vermittelt - wieso spielen dann andere Energiebeiträge eine Rolle?
Warum sind im Film Interstellar die Rückkehrer älter und nicht jünger, wie gemäß Spezieller Relativitätstheorie?
Gibt es einen Ort im Universum, an dem die Uhren am langsamsten gehen?
Warum ist das Phänomen der Myonen in der Atmoshäre nicht symmetrisch, dh. wenn aus Sicht des erdgebundenen Beobachters für die Myonen die Zeit langsamer vergeht, müsste doch aus Sicht der Myonen die Zeit für den erdgebundenen Beobachter ebenfalls langsamer vergehen?

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  • Wow, "jetzt gehts looos". "Erstes wirklich dickes Brett bohren". Und dummerweise wird es immer unanschaulicher.
    Josef M. Gaßner erklärt mit seinem durchgehenden roten Faden wunderbar die Erkenntnisse, in den Kommentaren sieht man dann, dass Zuseher (mich eingeschlossen) versuchen, dieses Erklärte aus anderen Sichtwinkeln zu betrachten - und verfranzen sich manchmal dabei ganz schön.

    Hier mein Sichtwinkel (... und im letzten Satz meine Frage: Habe ich mich auch verfranzt?):

    Was es so unanschaulich macht ist, dass wir es an unseren voneinander getrennt gesehenen Begriffen von vergehender Zeit und zurückgelegtem Weg (im Raum) festzumachen versuchen.
    Eigentlich bewegt sich aber alles - mit seiner Eigenzeit - mit Lichtgeschwindigkeit durch das Raum-Zeit-Kontinuum: Ich, als auch schnellere Dinge, als auch das Myon durch die Atmosphäre, als auch die Photonen.

    * Ein Photon zehrt seine Bewegung mit Lichtgeschwindigkeit durch das Raum-Zeit-Kontinuum dadurch auf, dass es für das Photon keinen Raum mehr gibt (alle Längen maximal kontrahiert), sondern nur noch Zeit (auf seiner theoretisch mitgeführten Uhr tickt es jede Sekunde ein Mal). Interessante Frage deshalb, wieviel Zeit für ein Photon seit dem Urknall vergangen ist? Wegen der Zeitdilatation ist für das Photon seit dem Urknall keine Zeit vergangen. Seit es sich annähernd seit dem Urknall (wohl genauer 380000 Jahre danach) auf den Weg gemacht hat, hat es somit seitdem auf seiner Uhr leider noch kein einziges Mal mit dem Sekundenzeiger getickt.
    * Massebehaftete Dinge wie wir bewegen sich ebenfalls mit Lichtgeschwindigkeit durch das Raum-Zeit-Kontinuum. Wir zehren unsere Bewegung mit Lichtgeschwindigkeit durch das Raum-Zeit-Kontinuum dadurch auf, dass der Raum eine Ausdehnung hat (Längen kaum kontrahiert - jedenfalls relativ wenig mittels unserer gemächlichen Bewegung auf dem Planeten Erde) und die Zeit seit dem Urknall für uns 13,81 Millarden Jahre beträgt. (Oder eben minimal kürzer oder länger, wenn sie sich ein bisserl schneller oder langsamer als ich auf unserem Planeten bewegt haben ;-)
    * Myonen (mit beispielsweise Gammafaktor 15) bewegen sich ebenfalls mit Lichtgeschwindigkeit durch das Raum-Zeit-Kontinuum. Das Universum ist für sie 15 Mal kleiner als für uns - und nicht ganz 1 Millarde Jahre alt. (Anhand ihrer extrem kurzen Lebensdauer haben sie davon aber noch viel weniger mitbekommen als wir mit unserer mittleren menschlichen Lebensdauer von 80 Jahren plus/minus.)

    Für unser Empfinden hätte das Myon in seiner mittleren Lebensdauer von 2,2 Mikrosekunden nur 660 Meter durch unsere Erdatmosphäre zurücklegen können, es sind aber von uns gemessene 15 x 660 Meter = 10 Kilometer und es lebte für unser Empfinden 15 Mal seine Lebensdauer. Für das Myon waren es aber nur die 660 Meter und ein normal langes Leben.

    Für unser Empfinden hätte ein Photon, seit es sich beim Urknall auf den Weg gemacht hat, 13,81 Milliarden Jahre * Lichtgeschwindigkeit 299792458 Meter pro Sekunde = 1,31 * 10^23 Kilometer zurückgelegt. Für das Photon war dies nur unendlich wenig Weg in unendlich wenig Zeit - oder zumindest ein Quäntchen Weg in einem Quäntchen Zeit - wobei es aber mit Recht behaupten kann, indem es genau diesen Weg (wohl die Planck-Länge) durch genau diese Zeit (wohl die Planck-Zeit) dividiert (= Geschwindigkeit), mit von ihm genau ausgerechneten 299792458 Meter pro Sekunde gesaust zu sein.
    Man könnte nun verleitet sein, rein rechnerisch die Lebensdauer eines Photons zu ermitteln. Für alle Photonen ist in ihrem eigenen Bezugssystem wie gesagt nur ein Quäntchen Zeit seit dem Urknall vergangen. Von uns aus betrachtet, der Lorentzfaktor gamma ist für v = c unendlich groß, ergibt sich somit unendlich groß mal unendlich klein für die Lebensdauer: Das könnte alles sein zwischen Null und unendlich.
    -> Diesen Bereich ein bisschen weiter einzuschränken, zumindest Stück-für-Stück, bleiben somit nur andere theoretische Betrachtungen, experimentelle Versuche und Messungen wie die der Hintergrundstrahlung.

    In dieser Glockenform des Universums seit dem Urknall bis heute: Da ist mir unklar, wie sich mein heutiger Ereigniskegel zu dem Ereigniskegel des Photons verhält, das meine Stirn getroffen hat, als ich gerade zum Nachthimmel geblickt habe. Und ist das für das Photon überhaupt noch eine Kegelform, je näher man zum Urknall kommt? (Dann würde er ja die Glockengrenze überschreiten.)

    Habe ich mich auch verfranzt?

  • Lieber olir,
    vorab vielen Dank für Ihre stets konstruktive und detaillierte Kritik. Aber konkret zum Higgsfeld: Ja, Elementarteilchen ohne Ruhemasse wechselwirken offenbar nicht mit dem Higgsfeld. In unserer Playlist "Live aus dem Hörsaal" finden Sie einen Vortrag zum Higgsfeld/Higgsteilchen/LHC, in dem ich den Mechanismus ausführlich erkläre. Auch in der Reihe "Von Aristoteles zur Stringtheorie" werden wir noch ausführlich darauf eingehen.
    Herzliche Grüße
    Josef M. Gaßner

  • Hallo UWL Team,

    der von Ihnen etablierte Serientyp: „Kommentarcheck“ ist eine wirklich feine Sache. (hier stand Dr. Lesch mit Terra X Lesch & Co ein klein wenig Pate und in der Vorreiterrolle.)

    So einen „Kommentarcheck“ hatte ich bei meinen früheren Kommentaren hin und wieder vermisst. Denn oftmals ist es so, dass ein Beitrag Fragen aufwirft, die einer Klärung bedürfen. Anhand der Anzahl der Fragen kann man zudem gut erkennen, ob es ein allgemeines Verständnisproblem ist oder ob es nur ein Einzelfall darstellt.
    Ganz wichtig erscheint mir, dass man durch den Kommentarcheck erkennt, dass Rückfragen und Unklarheiten geklärt werden und man nicht einfach im „Text“ weitermacht.

    Ich habe es zu Studienzeiten immer gehasst, wenn nach (oder während) einer Vorlesung der Prof. keine Zeit hatte auf Fragen zu antworten bzw. antworten zu wollen, weil er/sie entweder zur nächsten Vorlesung musste oder sich einfach nicht mit den „dümmlichen“ Fragen von Studenten befassen wollte. Da blieb zumindest bei mir nur Halbwissen hängen (vor allem wenn man wie ich zu den eher dunkler leuchtenden Kerzen im Raum gehörte).

    Ganz wichtig für das menschliche Flair in der UWL Community ist die Wertschätzung des Einzelnen durch so einen Kommentarcheck. Hier muss ich unseren Prof. Gassner fünf Sterne zugestehen. Es ist wirklich eine Seltenheit, wenn man auch auf etwaig nichtige Kommentare reagiert. OK und ganz klar, so ein Kommentarcheck kostet Zeit und nicht jeder Kommentar kann berücksichtigt werden, trotzdem erscheint es mir unverzichtbar auf das Feedback der Zuschauer zu reagieren. Dazu haben wir ja dieses hervorragende bidirektionale Medium Internet.

    Übrigens (1) …
    Prof. Gassner mit Brille hat wirklich was. Keine Ahnung warum, aber so eine Brille wirkt nach außen wie ein optischer Intellekt-Heber. Daher habe ich mich gleich mal bei den Nobelpreisträgern umgesehen:
    https://de.wikipedia.org/wiki/Liste_der_Nobelpreistr%C3%A4ger_f%C3%BCr_Physik

    … und ich kann beruhigen: Eine Brille scheint kein Muss. Zumindest kann ich keinen kausalen Zusammenhang zwischen Nobelpreisträgern und Brillenträgern finden.

    Übrigens (2) …
    Bitte im nächsten Kommentarcheck keine schwarze oder gar blonde Langhaarperücke aufsetzen, auch wenn dies die Geheimratsecken gut retuschieren würde. Zumindest in diesem Fall kann ich (leider) einen kausalen Zusammenhang zwischen Nobelpreisträger/innen und langen blonden Haaren feststellen. - Schon eigenartig, welche Zusammenhänge viele Menschen aus dem optischen Erscheinungsbild (wie Brille, (Bart-) Haare usw.), herzuleiten gedenken. Wobei es gleichwohl ein sehr gutes Experiment wäre, wie glaubhaftig die Menschen eine blond-langhaarige Nobelpreisträger/in einschätzen würden. Da dürfte bei einigen Männern (und nicht nur im Nobelpreis Komitee) im Kopf glatt die Sicherung durchschlagen. Ich hoffe, dass sich dies irgendwann mal ändert und das Frauen in der Wissenschaft breiter Fuß fassen können. Frauen erscheinen mir sehr wichtig in der Wissenschaft, da sie doch oftmals eine etwas andere Herangehensweise (mal allgemein formuliert) als Männer haben. Ich denke hier könnten sich sinnvolle Wissenschaftssynergien entwickeln.

    P.S. Eine kleine Frage poppt bei mir zum Kommentarcheck noch auf -Thema Higgs-Feld und Massevermittlung.

    Ab 15:30 min geht es um die Ruhemassevermittlung durch das Higgsfeld/teilchen. Prof. Gassner sagt, die Elementarteilen erhalten im vollen Umfang die Ruhemasse vom Higgsfeld. Heißt aber Elementarteilen ohne Ruhemasse wie das Gluon und Photon (Masse 0) wären vom Higgsfeld nicht „geprägt“? Oder hätte ich hier etwas falsch verstanden? Beim Gluon erscheint es mir verständlich, weil es quasi den Bindungskleber/-energie (Träger der starken Wechselwirkung) „darstellt“ Eventuell kann man dies ja in einer fortfolgenden Seriefolge zu den Elementarteilchen nochmals im Detail aufrollen.