Photon verfolgt Raumschiff

[JoAx]

Hallo,

ich bin zwar noch nicht sicher, ob meine Antwort richtig ist, ob ich die Aufgabe richtig verstanden habe, aber:

Zitat von Eyk van Bommel

... Sonst müsste sich p entgegen E ändern??? Auf jedenfall E/p =c!

Energie und Impuls eines Photons ändern sich gleich, wenn es zu einer Rotveschiebung kommt. Es ist ihr Verhältniss zu einander, das konstant ist und bleibt.
Setzen wir E1=E/2 und P1=P/2 folgt:

E/P = 2E1/2P1=E1/P1=c

Das Raumschiff ist beschleunigt. Somit ist es kein IS. Also kann das Photon auch nicht so wahrgenommen werden, wie im Ruhesystem des Senders.

Ich bleibe immer noch bei (b).


Gruss, Johann

[Uli]

Zitat von JoAx

Hallo,

ich bin zwar noch nicht sicher, ob meine Antwort richtig ist, ob ich die Aufgabe richtig verstanden habe, aber:



Energie und Impuls eines Photons ändern sich gleich, wenn es zu einer Rotveschiebung kommt. Es ist ihr Verhältniss zu einander, das konstant ist und bleibt.
...
Ich bleibe immer noch bei (b).


Gruss, Johann

Sehe ich auch so: die Verschiebung der Frequenz (~Energie) und des Wellenvektors (~Impuls) des Photons gehen Hand in Hand.

Andererseits garantiert das Prinzip der Konstanz der Vakuumlichtgeschwindigkeit, dass man unabhängig von der Momentangeschwindigkeit des Raumschiffes immer dieselbe Lichtgeschwindigkeit c misst.

Die Raumfahrer müssen bei dieser Messung einzig ein wenig aufpassen, da ihr Laborsystem nicht inertial ist. So sollten sie nicht die Uhr am Bug des Schiffes nutzen um die Geschwindigkeit des Photons am Heck des Schiffes zu messen: lokal messen.

Gruß,
Uli

[Timm]

Zitat von Uli

Die Raumfahrer müssen bei dieser Messung einzig ein wenig aufpassen, da ihr Laborsystem nicht inertial ist. So sollten sie nicht die Uhr am Bug des Schiffes nutzen um die Geschwindigkeit des Photons am Heck des Schiffes zu messen: lokal messen.

Hallo Uli,

das verstehe ich jetzt nicht, das Raumschiff treibt während der Messung doch antriebslos dahin.

Inzwischen bin ich zu der Einsicht gekommen, daß die Doppler-Rotverschiebung z=v/c zunimmt,

Gruß, Timm

[JoAx]

Hallo Timm,

Zitat von Timm

das Raumschiff treibt während der Messung doch antriebslos dahin.

Zitat von Bauhof

In welcher Weise ändert die Steigerung der Raumschiffgeschwindigkeit die vom Astronauten wahrgenommenen Werte V, P und E?

Gruss, Johann

[Uli]

Zitat von Timm

Hallo Uli,

das verstehe ich jetzt nicht, das Raumschiff treibt während der Messung doch antriebslos dahin.

Inzwischen bin ich zu der Einsicht gekommen, daß die Doppler-Rotverschiebung z=v/c zunimmt,

Gruß, Timm

Hi Timm,

in der Aufgabenstellung hieß es doch:

"In welcher Weise ändert die Steigerung der Raumschiffgeschwindigkeit die ..."

d.h., das Raumschiff führt - wie in meiner Rechnung - eine beschleunigte Bewegung aus (nicht antriebslos).

So habe ich die Aufgabe zumindest verstanden.

Gruß,
Uli

[Timm]

Nach meinem Verständnis handelt es sich um den Vergleich zweier Situationen. Man kann genausogut von 2 Raumschiffen sprechen.

Raumschiff 1 mit v1=const., Raumschiff 2 mit v2>v1=const. Wegen v2>v1 kann man von gesteigerter Geschwindigkeit sprechen (um den Kontext herzustellen), mehr sehe ich da nicht.

Gruß, Timm

[Bauhof]

Zitat von Uli

Das heißt, wenn der Vorsprung oder die Beschleunigung des Schiffes zu groß sind, wird der Lichtstrahl das Schiff nie einholen.

Hallo Uli,

ein Photon wird das Raumschiff immer einholen, gleichgültig wie groß sein Vorsprung ist. Und der Beschleunigungsvorgang bleibt bei dieser Aufgabe außer Betracht. Siehe hierzu meinen Beitrag #5: http://www.quanten.de/forum/showpost...43&postcount=5

Um gleich weiteren Irrtümern vorzubeugen: auch eine mögliche Raumdehnung zwischen Photon und Raumschiff infolge der Universum-Expansion bleibt hier außer Betracht.

Mit freundlichen Grüßen
Eugen Bauhof

[Uli]

Zitat von Bauhof

Hallo Uli,

ein Photon wird das Raumschiff immer einholen, gleichgültig wie groß sein Vorsprung ist. Und der Beschleunigungsvorgang bleibt bei dieser Aufgabe außer Betracht. Siehe hierzu meinen Beitrag #5: http://www.quanten.de/forum/showpost...43&postcount=5

Wenn das Schiff nicht beschleunigt, hast du natürlich recht; wenn g=0, ist das Produkt aus g und Vorsprung x1 immer kleiner c^2 und das Schiff wird in endlicher Zeit vom Photon eingeholt.

Dann ist auch die Messung von c an Bord des Schiffes unkomplizierter, da das Schiff inertial ist.

Damit wird die Aufgabe m.E. etwas zu trivial für Physikstudenten. Man kann höchstens testen, ob sie gar nichts von der SRT kapiert haben.

Gruß,
Uli

[Bauhof]

Zitat von Timm

... bin etwas spät dazu gestoßen. Nach Deinen Angaben kommt das Photon unverschoben an, dann müßte (a) richtig sein.

Hallo Timm,

leider nicht. Die Antwort (b) ist richtig.
Nachdem der Forenteilnehmer "SRC" die Quelle der Knobelaufgabe bereits genannt hat, nenne ich jetzt die Lösung der Aufgabe. Die Aufgabe ist zu finden im Buch von Lewis Carroll Epstein auf Seite 532. Hier Epsteins Lösung:

Die Antwort ist: (b).
Die wahrgenommene Lichtgeschwindigkeit verringert sich nicht, auch wenn der Beobachter vor dem Licht wegläuft. Diese seltsame, aber experimentell bestätigte Tatsache ist einer der Eckpfeiler der Physik. V ändert sich nicht.

Wenn jedoch der Beobachter immer schneller vor dem sich nähernden Licht wegläuft, macht der Doppler-Effekt die beobachtete Lichtfrequenz kleiner und die beobachtete Wellenlänge größer, d.h. das Licht erfährt eine Rotverschiebung. Je röter ein Photon wird, desto weniger Energie und Impuls enthält es. Das ist der Grund dafür, warum die Dunkelkammerbeleuchtung rot ist. Also werden P und E kleiner.

Jetzt erst fällt mir auf, dass Epsteins Formulierung "immer schneller" auch den Fall der ständigen Beschleunigung einschließen könnte. Das würde heißen, dass Epstein auch dann die Lösung (b) für richtig hält, wenn während des Experiments das Raumschiff ständig beschleunigen würde.

Mit freundlichen Grüßen
Eugen Bauhof

[1] Lewis Carroll Epstein
Epsteins Physikstunde. 450 Aufgaben und Lösungen.
Berlin 1988. ISBN=3-7643-1952-6

[Bauhof]

Zitat von Uli

Wenn das Schiff nicht beschleunigt, hast du natürlich recht;...

Hallo Uli,

das Raumschiff könnte so viel und so lange beschleunigen wie es will. Es wird nie die Geschwindigkeit v=c relativ zum Photon erreichen. Und weil es diese Geschwindigkeit niemals ereichen kann, kann es dem Photon auch dann nicht entkommen, wenn das Raumschiff ständig beschleunigen könnte. Es würde bei ständiger Beschleunigung nur etwas länger dauern, bis das Photon das Raumschiff eingeholt hat.

Sehe ich da etwas falsch?

Mit freundlichen Grüßen
Eugen Bauhof