Relativitätstheorie relativ anschaulich

Tempolimit Lichtgeschwindigkeit

Im freien Fall nach innen

Die hohen Beschleunigungen kann man natürlich auch dadurch vermeiden, dass man sich einfach frei fallen lässt.

Nehmen wir einen Beobachter an, der in großer Entfernung vom Schwarzen Loch aus der Ruhe startet und im freien Fall radial nach innen stürzt. Während wir an der letzten Station in 4 Kilometern Abstand zum Horizont verharren, kommt er mit 99,75 Prozent der Lichtgeschwindigkeit an uns vorbei. Wenn er in diesem Augenblick ein Panoramabild macht, entsteht Abb. 7: Blick nach vorne auf das Schwarze Loch, zur Seite und nach hinten auf den Sternenhimmel.

Schwarzes Loch, Entfernung 4 km, bei 99.75c Schwarzes Loch, Entfernung 4 km, bei 99.75c Schwarzes Loch, Entfernung 4 km, bei 99.75c
Abb. 7: Rundumblick eines frei fallenden Beobachters, der momentan bei 0,9975 c vier Kilometer Abstand zum Horizont hat. (c) 2005 Frank Grave.
 

Dieses Bild entsteht am selben Ort wie Abb. 6b – warum also sieht es völlig anders aus?

Der Grund dafür ist das Phänomen der Aberration. Im Alltag können wir Aberration zum Beispiel bei Schneefall beobachten: An einem windstillen Tag fallen die Schneeflocken senkrecht nach unten. Aus dem fahrenden Auto heraus sieht man sie aber schräg von vorne kommen, um so flacher, je schneller man fährt. Ebenso bei Regen; so kann man im offenen Cabrio durch den Regen fahren und dabei trocken bleiben, einfach indem man schnell genug fährt. Denn dann treffen die Regentropfen flach genug ein und die Windschutzscheibe fängt sie ab.

 
Lichtstrahlen
Abb. 8: Links: Lichtstrahlen erreichen einen Beobachter aus verschiedenen Richtungen. Jeder Strich markiert einen Lichtstrahl, der Punkt gibt die Beobachterposition an. Rechts: Ein Beobachter, der sich gegenüber dem ersten mit 90 Prozent der Lichtgeschwindigkeit nach rechts bewegt, ordnet denselben Lichtstrahlen andere Richtungen zu. In beiden Skizzen sind jeweils dieselben beiden Lichtstrahlen rot und dieselben 5 Lichtstrahlen blau markiert.

Allgemein gilt, dass die Richtung einer Bewegung je nach dem eigenen Bewegungszustand unterschiedlich beurteilt wird. Auch bei Licht: Zwei Beobachter, die sich relativ zueinander bewegen, schreiben demselben Lichtstrahl verschiedene Richtungen zu (Abb. 8). Licht, das den ruhenden Beobachter von oben erreicht (Abb. 8a, rote Strahlen), kommt dem bewegten Betrachter schräg von vorne entgegen (Abb. 8b, rote Strahlen). Wenn wir im stationären Raumschiff den Sternenhimmel als kleinen runden Fleck hinter uns sehen (Abb. 8a, blaue Strahlen), dann muss er dem hineinstürzenden Beobachter größer erscheinen (blaue Strahlen in Abb. 8b). Tatsächlich nimmt er in Abb. 7 den größten Teil der Himmelskugel ein.

Man kann nachrechnen, dass der frei fallende Beobachter sogar in dem Augenblick, in dem er den Horizont durchquert, das Schwarze Loch mit weniger als 90 Grad Durchmesser sieht. D. h. im freien Fall sehen wir das Schwarze Loch auch dann noch vor uns, wenn wir bereits drin sind. Bei der schrittweisen Annäherung dagegen meinen wir schon drin zu sitzen, wenn wir tatsächlich noch draußen sind.

 
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AutorInnen: Ute Kraus, Datum: 11.11.2005
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