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Optimist71
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Veranschaulichung des Parameters LG |
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Die Kritik an der SRT bzw. die Verwirrung ueber diese Theorie dreht sich, wie ich es aus vielen Postings heraus lese, um einen scheinbaren Widerspruch, naemlich zwischen folgenden Aussagen
a) Es gilt das spezielle Relativitaetsprinzip und das Theorem der Addition von Geschwindigketien.
b) Die Lichtgeschwindigkeit ist konstant.
Ein Ansatz, diesen Widerspruch zu loesen, ist die SRT.
Die Kritik an der SRT ist in den meisten Faellen eine Kritik an der Aussage b) Die Lichtgeschwindigkeit (LG) ist konstant.
Was allerdings ist denn die LG eigentlich?
==========================
Antwort: Dir LG ist ein Parameter einer transversalen (EM-)Welle, die materialabhaengig ist.
Jeder kennt aus dem guten alten Physikunterricht den Versuchsaufbau zur mechanischen Transversalwelle: Mehrere Elemente, die mechanisch in vertikaler Richtung schwingen, sind mechanisch miteinander so verkoppelt, so dass ein schingendes Element sein Nachbarelement in Schwingung versetzt. Die mechanische Kopplung zwischen den Elementen sorgt also fuer die Wellenfortpflanzung. Die Verzoegerung zwischen den Schwingungsphasen zwischen je zwei Elementen ist durch die Art der mechanischen Kopplung festgelegt: Je "fester" die Verkopplung, desto schneller die Wellenfortpflanzung.
Die Lichtgeschwindigkeit c ist ein Mass fuer diese Verkopplung, auf Lichtwellen angewendet (die bekanntlich Transversalwellen sind).
Zurueck zum mechanischen Versuchsaufbau: Es ist offensichtlich egal, ob ich jetzt meditativ vor diesem Aufbau verweile oder schnell daran verbei jogge: Die mechanische Kopplung ist deshalb immer gleich ausgefuehrt.
c ist also eine Konstante, egal wie schnell ich mich am Aufbau vorbeibewege. Im machanischen Beispiel ist c ein verhaeltnismaessig kleiner Wert, im Falle von Licht ist c abhaengig von den Naturkonstanten Permeambilitaet und Dielektrizitaetskonstante. In anderen Materialien aendern sich diese Konstanten und damit auch c.
FAZIT: Der scheinbare logische Widerspruch ifm der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit verschwindet, wenn man c nicht als Geschwindigkeit auffasst, sondern als Kopplungskonstante zwischen den Schwingungen, aus denen die Welle besteht. Die Einheit dieser Kopplungskonstanten ist die Einheit einer Geschwindigkeit.
Uebrigens: Wenn man das Licht lieber als Teilchen sieht, so entspricht die Geschwindigkeit dieser Teilchen nicht etwa der LG, sondern der Wellenlaenge des Wellenmodelles! Die kann veraendert werden, c dagegen bleibt konstant.
Alles erklaert und das ohne Mathematik
-- Optimist
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04.07.2006 14:22 |
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Optimist71
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04.07.2006 14:45 |
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Re: Veranschaulichung des Parameters LG |
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Hallo Optimist,
Zitat: |
Optimist71 schrieb am 04.07.2006 13:22 Uhr:
Antwort: Dir LG ist ein Parameter einer transversalen (EM-)Welle, die materialabhaengig ist.
Jeder kennt aus dem guten alten Physikunterricht den Versuchsaufbau zur mechanischen Transversalwelle: Mehrere Elemente, die mechanisch in vertikaler Richtung schwingen, sind mechanisch miteinander so verkoppelt, so dass ein schingendes Element sein Nachbarelement in Schwingung versetzt. Die mechanische Kopplung zwischen den Elementen sorgt also fuer die Wellenfortpflanzung. Die Verzoegerung zwischen den Schwingungsphasen zwischen je zwei Elementen ist durch die Art der mechanischen Kopplung festgelegt: Je "fester" die Verkopplung, desto schneller die Wellenfortpflanzung.
Die Lichtgeschwindigkeit c ist ein Mass fuer diese Verkopplung, auf Lichtwellen angewendet (die bekanntlich Transversalwellen sind).
Zurueck zum mechanischen Versuchsaufbau: Es ist offensichtlich egal, ob ich jetzt meditativ vor diesem Aufbau verweile oder schnell daran verbei jogge: Die mechanische Kopplung ist deshalb immer gleich ausgefuehrt.
c ist also eine Konstante, egal wie schnell ich mich am Aufbau vorbeibewege. Im machanischen Beispiel ist c ein verhaeltnismaessig kleiner Wert, im Falle von Licht ist c abhaengig von den Naturkonstanten Permeambilitaet und Dielektrizitaetskonstante. In anderen Materialien aendern sich diese Konstanten und damit auch c.
FAZIT: Der scheinbare logische Widerspruch ifm der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit verschwindet, wenn man c nicht als Geschwindigkeit auffasst, sondern als Kopplungskonstante zwischen den Schwingungen, aus denen die Welle besteht. Die Einheit dieser Kopplungskonstanten ist die Einheit einer Geschwindigkeit. |
Ich sehe keinen Zusammenhang zwischen den Versuchsaufbauen zur Messung von mechanischen Transversalwellen und den Versuchsaufbauen zur Messung von c.
c ist n?mlich gar kein ?Parameter?, sondern ist ein experimenteller Wert, der bei Versuchsanordnungen ermittelt wurde, die die Fortpflanzungsgeschwindigkeit eines Lichtsignals zwischen zwei oder mehreren Spiegeln bestimmt haben (eine Einweggeschwindigkeit zwischen A und B beim ?freien Lauf? ist nie ermittelt worden).
Das ist also ?berhaupt nicht zu vergleichen mit der experimentellen Ermittlung der Geschwindigkeit von Wasserwellen und da kann auch absolut nicht von "Verz?gerung der Schwingungsphasen? oder ?Verkopplung? von irgendwelchen mechanischen Werten die Rede sein, dar?ber erlauben die Me?anordnungen von c definitiv keine Aussage!
c ist nur die experimentelle Ermittlung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit eines Lichtsignals von A nach B (also Strecke/Zeit) nach Aufprallen mit einem oder mehreren Hindernissen, wobei man voraussetzt, dass dieses Aufprallen keine Verz?gerung oder Verlangsamung verursacht, also dass der R?ckweg genauso schnell ist als der Hinweg. Das hat also absolut nichts mit den von Dir erw?hnten Versuchsanordnungen von mechanischen Transversalwellen aus dem guten alten Physikunterricht. Was zwischen A und B mit den Elementen des Lichtsignals passiert wei? n?mlich kein Mensch.
Aber auch wenn man per Analogie mit mechanischen Transversalwellen annimmt, dass c als "Parameter" konstant sei, es wurde absolut nicht die weitere Annahmen f?r c rechtfertigen:
- c sei unabh?ngig von der Geschwindigkeit der Quelle (das ist bei Wasserwellen nicht der Fall, es gibt ja unendlich viele Fortpflanzungsgeschwindigkeiten von Wellen)
- c sei konstant zu allen bewegten Beobachtern (was logisch ung?ltig ist und auch bei Wasserwellen oder sonstigen Geschwindigkeiten nirgendwo existiert!)
Viele Gr??e
Jocelyne Lopez
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04.07.2006 15:14 |
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04.07.2006 15:44 |
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04.07.2006 16:11 |
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Optimist71
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Re: Veranschaulichung des Parameters LG |
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Hallo Jocelyne,
zunaechst mal ist c doch zweierlei:
1) Die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Welle (allgemein)
2) Das Messergebnis fuer die LG beim Michelson Morely Versuch.
zu 1) Die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Welle (wird auch allgemein mit c bezeichnet, nicht nur im Falle der LG) ist definiert als das Verhaeltnis, wieviele komplette Wellenperioden (in oertlicher Ausbreitung) erzeugt werden pro Schwingungsdauer (zeitliche Schwingung an einem festen Ort).
Auf den mechanischen Versuchsaufbau bezogen, ein Beispiel, versetze ich ein Pendelelement in Bewegung, und beobachte innerhalb einer Schwingungsperiode dieses Pendelelements, dass sich zwei Wellenperioden mit einer Wellenlaenge von 1 m entlang der Kette von verkoppelten Pendelelementen ausgebreitet haben. Die so ermittelte Ausbreitungsgeschwingigkeit betraegt 2 m/s.
In mathematische Sprache laesst sich dieser Zusammenhang in einer Wellengleichung wiedergeben.
Auch fuer EM-Wellen gilt eine Wellengleichung, die fuer Vakuum denselben numerischen Wert ergibt, der beim Michelson-Morely Versuch als Lichtgeschwindigkeit ermittelt worden war.
In einigen Medien (wie z.B. Wasser) ist die LG nicht nur geringer als im Vakuum, sondern auch noch frequenzabhaengig.
Dasselbe gilt auch fuer andere Wellentypen wie z.B. Wasserwellen, dort sind ja unendlich viele Frequenzen im Spiel (Uebrigens sind Wasserwellen in der Tat verkoppelte mechanische Elemente, Molekuele naemlich, und deren Schwingung ist direkt vergleichbar mit dem mechanischen Modell aus dem Versuchsaufbau.).
Der MM Versuch dagegen ist mit monochromatischem Licht durchgefuert worden, es kommt also nur eine Frequenz vor.
zu 2) Der MM Versuch. Es ist richtig, dass das Licht in diesem Versuch mehrmals reflektiert wird. Was koennte aber durch die Spiegel beeinflusst werden? Interpretieren wir das Licht als einen Korpuskelstrahl, so muesste sich, falls der Spiegel einen Einfluss haben sollte, doch der Impuls des Lichtes veraendern. Was im Wellenmodell des Lichtes der Wellenlaenge entspricht. Eine Aenderung der Wellenlaenge haette aber doch eine Aenderung des Interferenzmusters am Detektor zur Folge gehabt. Eine solche Aenderung konnte jedoch nie entdeckt werden.
Zu Deinen beiden letzten Einwaenden:
- Wasserwellen: habe ich bereits kommentiert. Was uebrigens von der Geschwindigkeit der Quelle relativ zu meinem Standpunkt abhaengt, ist die Frequenz, nicht die Ausbreitungsgesschwindigkeit. Die Wellenlaenge aendert sich aber auch entsprechend. Des Raetsels Loesung ist,
dass das Verhaeltnis zwischen Frequenz und Wellenlaenge das gleiche bleibt - und folglich auch die Ausbreitungsgeschwindigkeit.
- Logischer Widerspruch: Dieser loest sich auf, wenn man begreift, dass c ein Verhaeltnis zweier sich gleichzeitug aendernder Groessen ist. Fuer Vakuum ist dieses Verhaeltnis konstant, d.h. unabhaengig von der Frequenz und daher unabhaengig von der Bewegung einer Quelle.
-- Optimist
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04.07.2006 18:40 |
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Realist
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04.07.2006 19:00 |
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Optimist71
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04.07.2006 19:14 |
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Re: Veranschaulichung des Parameters LG |
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Zitat: |
Optimist71 schrieb am 04.07.2006 17:40 Uhr:
zu 1) Die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Welle (wird auch allgemein mit c bezeichnet, nicht nur im Falle der LG) ist definiert als das Verhaeltnis, wieviele komplette Wellenperioden (in oertlicher Ausbreitung) erzeugt werden pro Schwingungsdauer (zeitliche Schwingung an einem festen Ort).
Auf den mechanischen Versuchsaufbau bezogen, ein Beispiel, versetze ich ein Pendelelement in Bewegung, und beobachte innerhalb einer Schwingungsperiode dieses Pendelelements, dass sich zwei Wellenperioden mit einer Wellenlaenge von 1 m entlang der Kette von verkoppelten Pendelelementen ausgebreitet haben. Die so ermittelte Ausbreitungsgeschwingigkeit betraegt 2 m/s.
In mathematische Sprache laesst sich dieser Zusammenhang in einer Wellengleichung wiedergeben.
Auch fuer EM-Wellen gilt eine Wellengleichung, die fuer Vakuum denselben numerischen Wert ergibt, der beim Michelson-Morely Versuch als Lichtgeschwindigkeit ermittelt worden war.
In einigen Medien (wie z.B. Wasser) ist die LG nicht nur geringer als im Vakuum, sondern auch noch frequenzabhaengig.
Dasselbe gilt auch fuer andere Wellentypen wie z.B. Wasserwellen, dort sind ja unendlich viele Frequenzen im Spiel (Uebrigens sind Wasserwellen in der Tat verkoppelte mechanische Elemente, Molekuele naemlich, und deren Schwingung ist direkt vergleichbar mit dem mechanischen Modell aus dem Versuchsaufbau.). |
Mag sein, aber man darf die Ergebnisse von verschiedenen Me?anordnungen nicht beliebig vermischen, und es bleibt die Tatsache:
c ist kein "Parameter", c ist der Ergebniswert von experimentellen Messungen der Durchschnittsgeschwindigkeit eines Lichtsignals von A nach B auf ein paar Meter zwischen Spiegeln.
Was zwischen A und B mit den Elementen des Lichtsignals passiert sind reine Annahmen. Und man darf dies und das annehmen...
Zitat: |
Optimist71 schrieb am 04.07.2006 17:40 Uhr:
zu 2) Der MM Versuch. Es ist richtig, dass das Licht in diesem Versuch mehrmals reflektiert wird. Was koennte aber durch die Spiegel beeinflusst werden? |
Zum Beispiel das:
Mathematische Betrachtungen?
http://www.ekkehard-friebe.de/friebeforum/thread.php?threadid=145&startid=8#p27562035224512441
Zitat: |
Optimist71 schrieb am 04.07.2006 18:14 Uhr:
Zitat: |
Beim Michelson&Morley Versuch wurde ?BERHAUPT NICHTS GEMESSEN.
Sondern nur 2 Spektren miteinander verglichen. |
Da hast Du, genau genommen, recht.
Die Messung der Lichtgeschwindigkeit ist jedoch schon vorher in div. Versuchen durchgefuehrt worden, u.a. auch von Michelson.
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Ja, c wurde ein paar Mal vor seiner administrativen Festsetzung 1983 experimentell gemessen, immer mit Spiegeln, immer auf ein paar Metern, und nie wurde eine konstante Geschwindigkeit gemessen. Siehe zum Beispiel eine kleine Auflistung da:
Warum wurde die Ma?einheit Meter neu definiert?
http://www.ekkehard-friebe.de/friebeforum/thread.php?threadid=77#p47629473523705264
Viele Gr??e
Jocelyne Lopez
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04.07.2006 19:40 |
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DerDicke
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04.07.2006 23:14 |
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Optimist71
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Re: Veranschaulichung des Parameters LG |
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Hallo Jocelyne,
die Messung von c in Vakuum hat verschiedene Werte ergeben, das ist richtig. Die Genauigkeit der Messung ist natuerlich vom Versuchsaufbau, von Randbedingungen (Einfluss von Stoerungen) und dem Stand der Technik abhaengig. Der sehr alte Zahnradversuch ist sogar mit einer Strecke ueber mehrere Kilometer durchgefuehrt worden.
Andere Versuche beruhen auf Beobachtungen astronomischer Art.
Aber zunaechst ist es doch eimal interessant, dass der ermittelte Wert uebereinstimmt mit dem Wert c aus der Wellengleichung fuer EM-Wellen.
Und diese Groesse ist genau die Ausbreitungsgeschwindigkeit, wie oben beschrieben.
Was die Spiegelproblematik / das MM Experiment betrifft, so ist es jedenfalls interessant zu konstantieren, dass die Richtung des Strahls im Verhaeltnis zum damals postulierten Aetherwind auf das Ergebnis keinen Einfluss hatte. Interferenzmessungen sind schon sehr genau.
Den Effekt, dass Photonen an einem Hindernis abprallen, gibt es uebrugens auch, den sog. Compton Effekt. Was sich verringert, ist der Impuls des abgelenkten Photons, und damit wird die die Wellenlaenge groesser. Ebenso verliert das Photon auch Energie, wodurch die Frequenz entsprechend kleiner wird. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit c = Wellenlaenge * Frequenz aendert sich
folglich nicht.
Haetten diese Effekte einen Einfluss auf die Messung gehabt, so haette man Unterschiede im Interferenzmuster festgestellt. Dies ist jedoch niemals geschehen.
Der Versuch ist sehr oft widerholt worden, immer mit dem gleichen Ergebnis.
c ist sowohl eine wellentechnische Groesse (Wellengleichung) als auch eine experimentell ermittelte Groesse. Die Groessen stimmen numerisch bis auf statistische Messfehler ueberein.
Insbesondere haengt c nicht von Bewegungen der Quelle oder des Beobachters relativ zum Lichtstrahl ab. Es ist diese Tatsache, die mit der Konstanz von c gemeint ist - nicht evt. statistische Messfehler dieses Wertes.
Uebrigens ist c gar nicht so "offiziell": Es wird jedenfalls schon erwogen, dass die Lichtgeschwindigkeit im Laufe der Zeit sinken koennte. Bis jetzt nur eine Spekulation, aber wer weiss ... die Physik hat mit Einstein jedenfalls nicht aufgehoert (sonst wuerde es ja langweilig werden).
-- Optimist
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04.07.2006 23:26 |
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