Relativitätstheorie relativ anschaulich

Tempolimit Lichtgeschwindigkeit

Farbe und Helligkeit

Gitter v=0
a
Gitter v=0.9 her
b
Gitter v=0.9 weg
c
Abb. 11: Das Gitter aus Abb. 9, mit Doppler- und Intensitätseffekt simuliert. a: Gitter ruht, b/c: Gitter nähert/entfernt sich mit 90% der Lichtgeschwindigkeit. Das Gitter emittiert thermische Strahlung mit einer Temperatur von 1000 Grad Celsius. Bild b ist 1,7 Millionen mal heller zu denken als hier dargestellt, Bild c dagegen 4x1022 mal schwächer.
Sich näherndes Gitter (langsam), MPEG1 320×240 (419 kB), MPEG1 640×480 (4.3 MB)
Sich näherndes Gitter (0,9 c), MPEG1 320×240 (401 kB), MPEG1 640×480 (3.5 MB)
Sich entfernendes Gitter (0,9 c), MPEG1 320×240 (761 kB), MPEG1 640×480 (2.8 MB)

Die bisher gezeigten Abbildungen sind zwar farbig, realistisch sind die Farben aber nicht. Tatsächlich würden wir Objekte in fast lichtschneller Bewegung mit ganz anderen Farben und Helligkeiten sehen als in Ruhe. Der Grund dafür ist der Doppler-Effekt. Aus dem Alltag ist uns der akustische Doppler-Effekt vertraut: Das Martinshorn eines Einsatzwagens klingt höher, wenn sich der Wagen nähert, als wenn er sich entfernt. Im Prinzip dasselbe passiert bei Licht: Wenn sich ein Objekt nähert, dann empfangen wir seine Strahlung zu kleineren Wellenlängen hin verschoben. Gleichzeitig ist das Spektrum als Ganzes mit einem Verstärkungsfaktor skaliert (siehe [5] für eine elementare Herleitung dieses Intensitätseffekts). Umgekehrt werden beim Blick auf ein wegfliegendes Objekt die Wellenlängen größer bei insgesamt verringerter Intensität. Durch die schnelle Bewegung des Objekts rückt für den ruhenden Betrachter also ein anderer Spektralbereich – Infrarot oder Ultraviolett – ins Sichtbare.

Ein realistisch simulierter Anblick des Gitters von Abb. 9 ist in Abb. 11 zu sehen. Hier ist das Gitter 1000 Grad Celsius heiß und emittiert thermische Strahlung. Das ruhende Gitter (Abb. 11a) sieht dann dunkelrot aus, etwa wie rotglühendes Metall. Bei einem thermischen Spektrum ist die Auswirkung des Doppler-Effekts besonders einfach zu beschreiben: Es ergibt sich wieder ein thermisches Spektrum, aber mit einer höheren oder tieferen Temperatur. Wenn das Gitter mit 90 Prozent der Lichtgeschwindigkeit herankommt (Abb. 11b), ist die Temperatur stark erhöht. Am größten ist sie in der Bildmitte: Mit 5600 Kelvin ist das Gitter dort so hell wie die Sonne! Zur Seite hin nimmt die gesehene Temperatur so schnell ab, dass die äußeren Teile kaum noch zu erkennen sind. Beim Wegflug mit derselben Geschwindigkeit ist die Temperatur erniedrigt, am stärksten in der Bildmitte, wo das Gitter wie mit 20 Grad Celsius strahlt - wir empfangen die Wärmestrahlung eines Objekts bei Zimmertemperatur. Mit bloßem Auge ist das Gitter in dieser Situation unsichtbar.

 
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AutorInnen: Ute Kraus, Datum: 14.07.2005
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