Relativitätstheorie relativ anschaulich

Tempolimit Lichtgeschwindigkeit

Beschleunigte Bewegung

Beschleunigte Bewegung

Ute Kraus, 17.7.2008

Bei dieser relativistischen Fahrt starten wir aus der Ruhe, beschleunigen auf 90% der Lichtgeschwindigkeit und kommen dann wieder zum Stehen. Wir blicken die ganze Zeit in Fahrtrichtung. Dort steht das Brandenburger Tor, dem wir mit dem kurzen Sprint ein Stück näherkommen.

 

Sprint mit Beschleunigung auf 90% der Lichtgeschwindigkeit
Sprint mit Beschleunigung auf 90% der Lichtgeschwindigkeit
Ein Sprint in Richtung Brandenburger Tor: Start aus der Ruhe, Beschleunigung auf 0,9 c, Abbremsen, Anhalten. MPEG1 320×240 (444 kB), MPEG1 640×480 (5.7 MB)

Das Tor scheint in die Ferne zu rücken, obwohl wir ihm doch näherkommen und das sogar beschleunigt!

Zum Vergleich legen wir dieselbe Strecke mit einer viel kleineren Beschleunigung zurück, die uns auf "nur" 0,9% der Lichtgeschwindigkeit bringt (2700 Kilometer pro Sekunde) – bei dieser Geschwindigkeit sind keine relativistischen Effekte zu sehen.

Sprint mit Beschleunigung auf 0,9% der Lichtgeschwindigkeit
Sprint mit Beschleunigung auf 0,9% der Lichtgeschwindigkeit
Ein Sprint wie im ersten Film (gleiche Strecke), aber diesmal ist die Maximalgeschwindigkeit nur 0,9% der Lichtgeschwindigkeit. MPEG1 320×240 (487 kB), MPEG1 640×480 (5.4 MB)

Wie erwartet kommt das Tor allmählich näher.

Wie kommt nun der überraschende Eindruck des zurückweichenden Tors bei der ersten, schnellen Fahrt zustande?

Die folgenden beiden Bilder zeigen, was dahintersteckt. Sie sind in dem Moment aufgenommen, in dem gerade die Maximalgeschwindigkeit erreicht wird, 90% der Lichtgeschwindigkeit (Fahrt 1, links) bzw. 0,9% der Lichtgeschwindigkeit (Fahrt 2, rechts). Die beiden Bilder sind am selben Ort aufgenommen; der einzige Unterschied besteht in den verschiedenen Geschwindigkeiten der Kamera.

0,9 c 0,009 c

Wenn die Kamera fast so schnell ist wie das Licht, sieht das Tor kleiner aus und scheint weiter weg zu sein. Warum das so sein muss, wenn Licht sich mit einer endlichen Geschwindigkeit ausbreitet, wird im Beitrag Fast lichtschnell durch die Stadt im Detail erklärt.

Damit ist klar, was bei der beschleunigten schnellen Fahrt passiert: Wenn die Kamerageschwindigkeit in die Nähe der Lichtgeschwindigkeit kommt, dann tritt der oben beschriebene Effekt auf: Das Tor scheint weiter weg zu sein als auf dem Bild einer ruhenden (oder langsamen) Kamera am selben Ort. Die weitere Beschleunigung erhöht die Geschwindigkeit der Kamera, so dass dieser Effekt immer stärker wird – das Tor scheint in die Ferne zu rücken.

 
Mehr: Ein weiteres Beispiel: Fast lichtschnell durch die Stadt zeigt ebenfalls eine Fahrt mit Beschleunigungen. Hier wird auch genau erklärt, weshalb eine schnell bewegte Kamera ein anderes Bild macht als eine ruhende Kamera am selben Ort. Fahrten, die durch das Brandenburger Tor hindurchführen, finden Sie in Beobachtungen auf Hochgeschwindigkeitsflügen.

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AutorInnen: Ute Kraus, Datum: 17.7.2008
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