Gedankenexperimente

Dieser Teil meines Projektes Relativitätsprinzip.info beschäftigt sich mit Gedankenexperimenten zur Relativitätstheorie. Gedankenexperimente werden in der Physik benutzt um sich die Konsequenzen einer Theorie klar zu machen. Oft werden sie als Prüfsteine einer Theorie formuliert, an denen geprüft werden soll, ob die Theorie logisch widerspruchsfrei ist.

Gedankenexperimente haben in der Regel nicht zu Ziel eine Theorie zu beweisen, sie werden bewusst vereinfacht geschildert und auf technische Realisierbarkeit wird kein Wert gelegt. Die realen Experimente, an denen eine Theorie überprüft werden soll, sind dagegen oft schwieriger nachzuvollziehen.

Das Zwillingsparadoxon

Das wohl berühmteste Gedankenexperiment ist das Zwillingsparadoxon. Es beschäftigt sich mit der Zeitdilatation der Relativitätstheorie, also damit, dass die Zeit in einem bewegten System langsamer vergeht als in dem als ruhend angenommenen Referenzsystem. Meist wird das System so geschildert, dass ein raumfahrender Zwilling seinen Zwillingsbruder (oder -schwester) auf der Erde zurücklässt und bei der Wiederkehr feststellt, dass er weniger gealtert ist als der daheimgebliebene Zwilling.

Das Zwillingsparadoxon ist eine Folge der speziellen Relativitätstheorie und lässt sich im Rahmen dieser Theorie berechnen. Entgegen einer nicht selten vertretenen Ansicht braucht man nicht die allgemeine Relativitätstheorie bemühen, solange keine extrem starken Gravitationsfelder eine Rolle spielen. Auf diesen Seiten habe ich das Zwillingsparadoxon berechnet und ein Zahlenbeispiel zum Zwillingsparadoxon angegeben.

Eine Beschreibung des Falls ohne Mathematik befindet sich in meinem Projekt Quantenwelt.de auf den Seiten zum Zwillingsparadoxon.

Ich wurde schon oft gefragt, wie sich das Zwillingsparadoxon darstellen würde, wenn nicht ein reisender und ein ruhender Zwilling angenommen wird, sondern wenn zwei Reisende zueinander symmetrische Reisen in entgegengesetzte Richtungen unternehmen würden. Dass sich auch dieses Drillingsparadoxon lösen lässt, zeige ich ebenfalls auf diesen Seiten.

Die relativistische Lochkamera

Ein weiteres interessantes Gedankenexperiment ist eine bewegte Lochkamera. Dieses Beispiel wird heute verwendet um die Konsequenzen der Relativitätstheorie in Computersimulationen zu visualisieren. Es gibt auch Kritiker der Relativitätstheorie, die davon überzeugt sind, die relativistische Betrachtung der Lochkamera würde zu logischen Widersprüchen führen.

Ich habe auf diesen Seiten zwei Beispiele für die relativistische Lochkamera durchgerechnet.

Beschleunigung in der speziellen Relativitätstheorie

In einem dritten Gedankenexperiment möchte ich mich der Frage stellen, was die spezielle Relativitätstheorien eigentlich über beschleunigte Systeme aussagt. Was passiert bei einer relativistischen Beschleunigung? Neben einer allgemeinen Erklärung des Gedankenexperimentes gibt es auch eine Berechnung der relativistischen Beschleunigung.

Relativistisch bewegter Laserresonator

Das vierte Gedankenexperiment handelt von einem relativistisch bewegten Laserresonator. Betrachtet man die stehenden Wellen in einem Laserresonator, so müssen die Knotenabstände genau mit den Abständen der Laserspiegel übereinstimmen. Eine oberflächliche Betrachtung dieser Resonanzbedingung könnte nun zu dem Schluß führen, ein bewegter Laser könne diese Resonanzbedingung nicht mehr erfüllen, da er aufgrund der Längenkontraktion verkürzt ist.

Tatsächlich lässt sich aber mit Hilfe des experimentell bestätigten Dopplereffekts zeigen, dass sich die Längenkontraktion bei Betrachtung eines bewegten Lasers von selbst ergibt. In zwei Gastbeiträgen zeigt Marco Rothley, wie die stehenden Wellen eines bewegten Lasers relativistisch transformiert werden und wie das in einem Minkowski-Diagramm anschaulich dargestellt werden kann.

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Letzte Änderung: 25.12.2008

© Joachim Schulz

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