THEMA:

Ich fahre mit dem Motorrad nachts mit eingeschaltetem Licht auf einer geraden und ebenen Straße. Vor mir sehe ich einen weißen Lichtkegel vom Licht meines Scheinwerfers. Aufgrund der Streuung des Lichtes sehe ich ihn nur begrenzt. Innerhalb dieser Grenze befindet sich kein Gegenstand, der vom Lichtkegel angestrahlt wird (auch nicht die Straße). Warum sehe ich eigentlich diesen Lichtkegel? Liegt es daran, dass sich das Licht an der Luft reflektiert? Würde ich im Vakuum fahren, würde ich dann keinen Lichtkegel sehen? Würde ich dann gar nicht erkennen, dass ich das Licht eingeschaltet habe?

Trifft das Scheinwerferlicht auf kein Objekt, dass es reflektiert (also auch keinen Dunst), wirst Du keinen Lichtstrahl sehen. Fahre mal im dichten Nebel mit Fernlicht und zum Vergleich in kristallklarer Luft.

Der Mond reflektiert das von der Sonne kommende Licht. Wo kein Mond ist, siehst Du auch keinen Sonnenstrahl, obwohl der selbstverständlich noch da ist. Lasershows funktionieren auch nur bei Nebel.

Wenn Du aber keine Straße mehr siehst, bist Du bereits über die Abbruchkante hinaus. Dann solltest Du Dich gut festhalten.

OK, alles klar soweit. Danke
Ich fahre nachts im Nebel und sehe vor mir einen weißen Kegel. Dann gebe ich Gas. Wird aus meiner Sicht dieser weiße Lichtkegel irgendwann ins Blaue verschoben, wenn ich immer schneller werde? Sehe ich, wenn ich schnell genug bin, vor mir einen blauen Lichtkegel?

Selbstverständlich.

Relativistisch ist es dasselbe, wie wenn Du stillstehst und der Nebel auf Dich zuströmt, die Blauverschiebung ist offensichtlich.

Das Licht nimmt allerdings zwei entgegengesetzte Wege. Vom Scheinwerfer zum Nebel (blauverschoben) und vom Nebel zurück zu mir (rotverschoben). In Summe müsste es weiß bleiben, da sich blau und rotverschoben wieder ausgleichen. Oder sehe ich da irgend etwas falsch?

Die Lichtquelle (Scheinwerfer des Motorrads) bewegt sich auf einen Reflektor (Nebeltröpfchen) zu. Es kommt zur Blauverschiebung.
Der Sensor (Auge des Fahreres) bewegt sich auf den Reflektor (Nebeltröpfchen) zu. Es kommt zu einer Blauverschiebung.

Ich erkenne keinen Grund für eine Rotverschiebung.

OK, das war natürlich ein Blödsinn von mir, beeinflusst jedoch nicht die nächste Frage.
Wird ein blauverschobenes Licht von einem Reflektor reflektiert, fängt es dann beim Reflektor wieder bei null (weiß) an zu reflektieren oder verschiebt sich das bereits blauverschobene Licht (in diesem Fall) noch weiter ins blaue?

Unter Blauverschiebung verstehe ich eine Veränderung des ursprünglichen Lichtsignals hin zu einer kürzeren Wellenlänge,höheren Frequenz und höheren Energie. Diese Verschiebung ist nicht virtuell, sie findet tatsächlich real statt.

Ich sehe keinen Grund, weshalb sich dieses blauverschobene Licht beim Auftreffen auf den Reflektor an seine ursprüngliche Frequenz und Wellenlänge zurückerinnern sollte. Ich wüsste nicht, woher diese Information kommen sollte.

Da sich der Sensor (Auge) auf den Reflektor zubewegt, wird auch dies zu einer Blauverschiebung führen.

badhofer schrieb:

Das Licht nimmt allerdings zwei entgegengesetzte Wege. Vom Scheinwerfer zum Nebel (blauverschoben) und vom Nebel zurück zu mir (rotverschoben). In Summe müsste es weiß bleiben, da sich blau und rotverschoben wieder ausgleichen. Oder sehe ich da irgend etwas falsch?

Das ist falsch, es kommt auf die relative Geschwindigkeit mal 2 an und sonst gar nichts.
Wenn Du auf den Nebel zufährst oder der Nebel auf Dich zukommt, dann wird Dein Scheinwerferlicht blauverschoben beim Nebel ankommen. Und dann wird die Reflexion nochmals blauverschoben bei Dir ankommen.

badhofer schrieb:

oder verschiebt sich das bereits blauverschobene Licht (in diesem Fall) noch weiter ins blaue?

Ja genau, bei Reflexion wird es doppelt blauverschoben.

Soweit ist alles klar und verständlich.

Es ist ein fundamentaler Bestandteil der SRT, dass die Lichtgeschwindigkeit, also c, unabhängig von seiner Quelle ist. Wenn das Licht den Scheinwerfer verlässt, verlässt es ihn mit c. Dass irgendwann ein Nebel oder Reflektor kommt, weiß das Licht noch gar nicht und kann deshalb auch keinen Einfluss haben auf eine zukünftige kürzere Wellenlänge, höhere Frequenz und höhere Energie. Während der Bewegung zum Reflektor fängt das Licht auch nicht an, sich nachträglich um seine Quelle zu kümmern, wie könnte es das auch? und den Reflektor kennt es auch noch immer nicht. Wenn das Licht beim Reflektor ankommt, kommt es mit c an, es kann ja gar nicht anders als mit c ankommen. In welcher dieser 3 Phase verschiebt sich das Licht ins Blaue?

badhofer schrieb:

Soweit ist alles klar und verständlich.

Es ist ein fundamentaler Bestandteil der SRT, dass die Lichtgeschwindigkeit, also c, unabhängig von seiner Quelle ist. Wenn das Licht den Scheinwerfer verlässt, verlässt es ihn mit c. Dass irgendwann ein Nebel oder Reflektor kommt, weiß das Licht noch gar nicht und kann deshalb auch keinen Einfluss haben auf eine zukünftige kürzere Wellenlänge, höhere Frequenz und höhere Energie. Während der Bewegung zum Reflektor fängt das Licht auch nicht an, sich nachträglich um seine Quelle zu kümmern, wie könnte es das auch? und den Reflektor kennt es auch noch immer nicht. Wenn das Licht beim Reflektor ankommt, kommt es mit c an, es kann ja gar nicht anders als mit c ankommen. In welcher dieser 3 Phase verschiebt sich das Licht ins Blaue?

Aus Sicht des Senders erst, wenn es auftrifft, aus Sicht des Empfängers aber bereits, wenn es den Sender verläßt.
Bei der Expansion des Universums ist das anders, da passiert es auf dem Wege. Und auch bei der gravitativen Blau- bzw Rotverschiebung auf dem Wege.

ra-raisch schrieb:
Aus Sicht des Senders erst, wenn es auftrifft, aus Sicht des Empfängers aber bereits, wenn es den Sender verläßt.

Na ja, Blauverschiebung bedeutet ja einen höheren energetischen Zustand. Ein Energiezustand kann ja nicht an verschiedenen Sichtweisen liegen. Also, diese Antwort kann mich nicht ganz überzeugen.

Bei der Expansion des Universums ist das anders, da passiert es auf dem Wege. Und auch bei der gravitativen Blau- bzw Rotverschiebung auf dem Wege.

OK, das ist halbwegs gut nachzuvollziehen.

badhofer schrieb:

Na ja, Blauverschiebung bedeutet ja einen höheren energetischen Zustand. Ein Energiezustand kann ja nicht an verschiedenen Sichtweisen liegen.

Doch natürlich, die Energie des Photons verändert sich ja nicht sondern nur der Wert für den Empfänger.

Das ist wie bei einem Tennisball, wenn er schnell genug fliegt, macht er ein Loch, und es ist vollkommen egal, wie schnell er den Schläger verlassen hat, es kommt nur darauf an, wie er auftrifft.

Beim Photon ist zwar die Geschwindigkeit immer gleich, aber dafür ändert sich die Frequenz relativ. Das ist aber bei diesen Beispielen vorwiegend der Dopplereffekt, hat also erstmal mit SRT überhaupt nichts zu tun. SRT kommt erst ins Spiel, wenn der Sender verlangsamte Frequenzen (zB Rubinlaser) erzeugt.

Die SRT verursacht also immer eine leichte Rotverschiebung zusätzlich zum Dopplereffekt. Daher fällt bei einer Rotation die Blauverschiebung auf einer Seite geringer aus als die Rotverschiebung auf der anderen Seite, was natürlich durch eine zusätzliche Bewegung des Schwerpunktsystems nochmals verändert werden kann.

@ra-raisch
Du bringst zusätzlich Annahmen ins Spiel, die nicht den Punkt treffen.

Dopplereffekt beim Ton:
Varinte 1)
Ein bewegter Sender gibt einen Ton mit der Frequenz a von sich. In dem Augenblick, in dem der Ton den Sender verlässt und sich durch die Luft auf den Weg macht, wechselt der Ton zu Frequenz b, weil der Ton seine Geschwindigkeit veränderte. Frequenz b bleibt den gesamten Weg bis zum Empfänger auf b. Der Empfänger empfängt Frequenz b.

Variante 2)
Ein ruhender Sender gibt einen Ton mit der Frequenz a von sich. In dem Augenblick, wo der Ton den Sender verlässt, bleibt aufgrund der gleichen Geschwindigkeit der Ton auf a auf seinem gesamten Weg. In dem Augenblick, wo der Ton den Empfänger erreicht, wechselt aufgrund des wechseln zu einer anderen Geschwindigkeit der Ton auf Frequenz b. Der Empfänger empfängt Frequenz b.

Die Änderung der Geschwindigkeit verändert die Frequenz zum Zeitpunkt der Geschwindigkeitsveränderung. Bei Variante 1 ändert sich die Geschwindigkeit zwischen Sender und Luft, bei Variante 2 zwischen Luft und Empfänger. Wie auch immer, das Verändern der Geschwindigkeit verändert die Frequenz zum Zeitpunkt der Geschwindigkeitsveränderung. Das Licht jedoch verändert nie seine Geschwindigkeit. Die Geschwindigkeit ist immer konstant in allen Situationen und für alle Betrachter, sowohl für den Sender, den Empfänger, dem Weg des Lichtes und sogar auch für alle bewegten und unbewegten externen Beobachter.

Was verursacht die Änderung der Frequenz und wann erfolgt das?

badhofer schrieb:

Was verursacht die Änderung der Frequenz und wann erfolgt das?

Bei Schallwellen ist es der Übergang ins Medium. kD = (cS-v[obs])/(cS+v[send])
Bei Lichtwellen ist es die unterschiedliche Interpretation durch die Beobachter.
f = 1/T bzw f' = 1/T' = γ/T → kd = kD/γ mit je nach Standpunkt.entweder v[send]=0 oder v[obs]=0 (nur die Sichtweise des Empfängers ergibt Sinn)
Eine hohe Frequenz bedeutet für ein langsames System höhere Energie.

ra-raisch schrieb:
Bei Lichtwellen ist es die unterschiedliche Interpretation durch die Beobachter.

Inwieweit beobachten verschiedene Beobachter etwas Verschiedenes, was sie dann verschieden interpretieren könnten? Sowohl der ruhende als auch der bewegte Beobachter beobachten lediglich das Licht, welches sich für beide mit c bewegt.

badhofer schrieb:

Sowohl der ruhende als auch der bewegte Beobachter beobachten lediglich das Licht, welches sich für beide mit c bewegt.

Das schon, aber die Frequenz ist unterschiedlich.

badhofer schrieb:

Ich fahre mit dem Motorrad nachts mit eingeschaltetem Licht auf einer geraden und ebenen Straße. Vor mir sehe ich einen weißen Lichtkegel vom Licht meines Scheinwerfers. [...] Warum sehe ich eigentlich diesen Lichtkegel? Liegt es daran, dass sich das Licht an der Luft reflektiert? Würde ich im Vakuum fahren, würde ich dann keinen Lichtkegel sehen? Würde ich dann gar nicht erkennen, dass ich das Licht eingeschaltet habe?

Ja, so ist es. Im Vakuum könntest du den Lichtkegel nicht sehen. Die Photonen des Lichts bewegen sich vom Scheinwerfer ausgehend nach vorne, also von dir weg. Weil sie nicht freiwillig die Richtung ändern, sondern sich immer stur geradeaus bewegen, können sie auch nicht in dein Auge gelangen, es sei denn, sie werden von etwas gestreut bzw. reflektiert, z.B. von den Molekülen der Luft oder dem Nebel oder der Straße oder so.

badhofer schrieb:

Variante 2)
Ein ruhender Sender gibt einen Ton mit der Frequenz a von sich. In dem Augenblick, wo der Ton den Sender verlässt, bleibt aufgrund der gleichen Geschwindigkeit der Ton auf a auf seinem gesamten Weg. In dem Augenblick, wo der Ton den Empfänger erreicht, wechselt aufgrund des wechseln zu einer anderen Geschwindigkeit der Ton auf Frequenz b. Der Empfänger empfängt Frequenz b.

Wie das ? Doch nur dann, wenn sich der Empfänger auf die Schallquelle zubewegt. Davon war aber in diesem Beispiel nirgends die Rede.

badhofer schrieb:

Wie auch immer, das Verändern der Geschwindigkeit [Anm.: des Schallsenders ?] verändert die Frequenz zum Zeitpunkt der Geschwindigkeitsveränderung. Das Licht jedoch verändert nie seine Geschwindigkeit.

Die Schallgeschwindigkeit liegt in der Luft bei rund 330 m/sec. Auch der Schall ändert seine Geschwindigkeit in diesem Beispiel nicht. Es ändern sich Frequenz und Wellenlänge, also die Tonhöhe.

badhofer schrieb:

Das Licht jedoch verändert nie seine Geschwindigkeit.

Licht breitet sich in unterschiedlichen Medien unterschiedlich schnell aus: Vakuum, Luft, Wasser, Glas. Sag niemals nie

gaston schrieb:

badhofer schrieb:

Das Licht jedoch verändert nie seine Geschwindigkeit.

Licht breitet sich in unterschiedlichen Medien unterschiedlich schnell aus: Vakuum, Luft, Wasser, Glas. Sag niemals nie

So war es von badhofer natürlich nicht gemeint, bleiben wir lieber dabei, dass c für alle Beobachter gleich ist.
Es stimmt allerdings, dass es im Medium auch einen geringen Mitnahmeeffekt gibt, aber das würde hier zu weit führen.

@ra-raisch: man beachte den Smiley

gaston schrieb:

@ra-raisch: man beachte den Smiley

Schlechtes Timing in einer (ich hoffe doch) ernsten Diskussion, wo bereits die Verwirrung überwiegt.

ra-raisch schrieb:

badhofer schrieb:

Was verursacht die Änderung der Frequenz und wann erfolgt das?

Bei Schallwellen ist es der Übergang ins Medium. kD = (cS-v[obs])/(cS+v[send])
Bei Lichtwellen ist es die unterschiedliche Interpretation durch die Beobachter.
f = 1/T bzw f' = 1/T' = γ/T → kd = kD/γ mit je nach Standpunkt.entweder v[send]=0 oder v[obs]=0 (nur die Sichtweise des Empfängers ergibt Sinn)
Eine hohe Frequenz bedeutet für ein langsames System höhere Energie.

Super, dass bei den Formeln auch immer die Bedeutung der komischen Zeichen dabeisteht wie z.B. kaDe, ceeS usw. Da kann man sofort losrechnen
Sonst müsste man viel rumraten oder entsprechende Formeln in Wikipedia raussuchen um dort dann zu raten.

SCNR

Steinzeit-Astronom schrieb:

Sonst müsste man viel rumraten oder entsprechende Formeln in Wikipedia raussuchen um dort dann zu raten.

Das wäre bei Unkenntnis über den Doppler Effekt sowieso anzuraten. Welchen Sinn hat es denn, über SRT zu sprechen, wenn der Dopplereffekt nicht bekannt ist?

cS ist die Schallgeschwindigkeit, in diesem Zusammenhang (mit 10 ¢ Vorkenntnis) eindeutig zu erkennen. Für Licht ist natürlich cS=c.

kD soll der klassische Dopplerfaktor sein und kd der relativistische Dopplerfaktor, was sich ja aus den Formeln und dem Zusammenhang eigentlich erschließen sollte.

Steinzeit-Astronom schrieb:

SCNR

Kein Problem.

ra-raisch schrieb:

Steinzeit-Astronom schrieb:

Sonst müsste man viel rumraten oder entsprechende Formeln in Wikipedia raussuchen um dort dann zu raten.

Das wäre bei Unkenntnis über den Doppler Effekt sowieso anzuraten. Welchen Sinn hat es denn, über SRT zu sprechen, wenn der Dopplereffekt nicht bekannt ist?

Unbekannt ist mir der Doppler-Effekt natürlich nicht. Es ist nur so, dass ich immer bildhafte Vorstellungen der Zusammenhänge habe bzw. zum Verständnis brauche. Beim Doppler-Effekt z.B. sehe ich Wellen und etwas wie ein Schiff, das mit oder gegen die Wellen fährt und die zeitliche Ankunft der Wellenberge registriert: Schnellere Abfolge bei Fahrt gegen die Ausbreitungsrichtung (=>höhere Frequenz oder blau) bzw. langsamere Abfolge bei Fahrt mit der Ausbreitungsrichtung (=>tiefere Frequenz oder rot). Das reicht völlig zum grundsätzlichen Verständnis ganz ohne Formeln. Wirklich rechnen muss ich also selten. Daher brauche ich selbst bei einfachen Formeln meistens eine Legende, um den formal ausgedrückten Zusammenhang meiner bildhaften Vorstellung richtig zuordnen zu können. Vermutlich ist das zum großen Teil einfach mangelnde Gewohnheit. Weiß natürlich nicht, wie andere das machen, könnte mir aber denken, dass ich da nicht der Einzige bin ^^.

Ja gut. Wichtig ist eben, den Dopplereffekt beim ZP auszublenden. Wir sprechen nicht über die Lichtlaufzeiten und das optische Sehen sondern nur über die subjektive Gleichzeitigkeit. Vielleicht irritiert mich auch nur gerade der Parallelthread.
Aber auch das herkömmliche Minkowski Diagramm zum ZP beruht ja augenfällig auf dem klassischen Dopplereffekt und das finde ich mehr als irritierend, weil es mit SRT und Zeitdilatation überhaupt nichts zu tun hat bzw deren Effekte eher kaschiert. Ganz im Gegensatz dazu beruht das Loedel Diagramm ausschließlich auf SRT.

Das Problem ist schon auch, dass SRT nicht ohne Mathematik funktioniert (naja mit Loedel Diagrammen geht es mit reiner Geometrie). Wenn Du es rein optisch angehen willst, kommst Du um das Loedel Diagramm nicht herum, ich habe es ja gepostet. Wenn Du das nicht gleich komplett verstehst, sollten wir es diskutieren, damit lösen sich 200% der Fragen....mindestens.

Hier hatte ich das Loedel diagramm zum ZP auch nochmal erklärt.
www.uwudl.de/forum/5-allgemeine-relativi...n-film-16.html#35246

ra-raisch schrieb:

Wichtig ist eben, den Dopplereffekt beim ZP auszublenden. Wir sprechen nicht über die Lichtlaufzeiten und das optische Sehen sondern nur über die subjektive Gleichzeitigkeit. Vielleicht irritiert mich auch nur gerade der Parallelthread.

Ja, ist klar. Das muss man natürlich bedenken und fällt mir eigentlich auch nicht schwer. Ich hatte im Parallelthread offenbar lange nicht ganz verstanden, worum es im ZP eigentlich geht, aber das hast du ja dann erklärt. Dachte, dass da vielleicht eine Uneinigkeit darüber besteht, dass am Ende eben doch einer wirklich Jünger ist als der andere. Aber es geht ja nur darum, dass sich die Zwillinge während der Bewegung nicht darüber einig sind... so gesehen ist das eigentlich trivial verglichen mit der bahnbrechenden Tatsache, dass jemand durch schnelle Bewegung im Raum wirklich langsamer altern kann.

ra-raisch schrieb:

Das Problem ist schon auch, dass SRT nicht ohne Mathematik funktioniert.

Im Wesentlichen geht es schon ohne Mathematik. Man kann die Sache zwar mit etwas Mathematik am Anfang besser verstehen, aber nachdem der Groschen mal gefallen ist, geht das grundlegende Verständnis nicht mehr verloren, auch wenn man die konkreten Formeln wieder vergisst. Natürlich kann man dann nichts mehr einfach durchrechnen, aber wer braucht das schon... mein Hauptberuf wird es sicher nicht... ich will ja nicht auf der Enterprise anheuern oder so. Wenn ich mal eine tolle Idee habe und die gründlich durchrechnen muss, dann kann ich mir vielleicht wie damals Einstein einen Rechenknecht ins Boot holen .

Aber Scherz beiseite... beim Mathe-first-Ansatz habe ich immer das dumpfe Gefühl, dass man den Formeln aus Versehen eine Wirklichkeit zuordnet, die so gar nicht existiert, wie Punkte ohne Ausdehnung, um nur ein Beispiel zu nennen. Oder nehmen wir den Doppler-Effekt: Aus E=f·h folgt natürlich, dass die Energie eines Photons mit der Frequenz zunimmt, und man könnte meinen, dass das Photon dann intrinsisch mehr Energie hat, was wohl nicht stimmt. Mit meiner Anschauung des Effekts mit Schiff und Wellen kann mir der Trugschluss nicht passieren: Warum sollte auch eine Welle stärker werden, nur weil ein Schiff zugegen ist?

ra-raisch schrieb:

(naja mit Loedel Diagrammen geht es mit reiner Geometrie)
Wenn Du es rein optisch angehen willst, kommst Du um das Loedel Diagramm nicht herum, ich habe es ja gepostet. Wenn Du das nicht gleich komplett verstehst, sollten wir es diskutieren, damit lösen sich 200% der Fragen....mindestens.

Ja, sehr interessant, vielleicht komme ich darauf zurück.

Steinzeit-Astronom schrieb:

Aus E=f·h folgt natürlich, dass die Energie eines Photons mit der Frequenz zunimmt, und man könnte meinen, dass das Photon dann intrinsisch mehr Energie hat, was wohl nicht stimmt. Mit meiner Anschauung des Effekts mit Schiff und Wellen kann mir der Trugschluss nicht passieren: Warum sollte auch eine Welle stärker werden, nur weil ein Schiff zugegen ist?

Das ist richtig, aber es ist halt anders herum so, dass das Schiff von der Welle viel stärker getroffen wird als die Küste. Vom Schiff aus gesehen hat die Wellenkraft zugenommen. Und in der SRT können wir eben Schiff und Küste nicht mehr unterscheiden sondern nur noch Sender und Empfänger bzw sogar nur noch Subjekt (Beobachter) und von ihm subjektiv betrachtetes Objekt. Jeder Beobachter sieht das Objekt mit anderen Augen, das Objekt wird relativ. Die einzige halbwegs objektive Sichtweise ist die vom Objekt aus (die Welle sieht die Küste auf sich zukommen...), aber das scheidet bei Licht eben aus.

Es wurde in der Vergangenheit öfters die verschiedenen Rotverschiebungen der unterschiedlich entfernten Galaxien angesprochen. Es wurde kritisiert, dass das umgekehrt sein muss. Dabei wurde des Öfteren von verschiedenen Leuten geantwortet, dass das schon so richtig ist, denn erst der dazwischen sich ausdehnende Raum erzeugt die Rotverschiebung und nicht die Beschleunigung der Galaxien. Zwischen Motorrad und Reflektor dehnt sich der Raum jedoch nicht aus (bzw. in diesem Fall, der Raum schrumpft nicht.) Sollte sich das Licht tatsächlich ins Blaue verschieben, wenn ich auf dem Motorrad sitze und Gas gebe, dann muss das einen anderen Grund haben. Und wenn es einen Grund gibt, dann muss dieser Grund bei den Galaxien zusätzlich noch zur Raumausdehnung dazugerechnet werden.

Existiert so eine Aufteilung der Rotverschiebung? Zu wieviel Prozent verschiebt sich das empfangene Licht von den fernen Galaxien aufgrund des sich ausdehnenden Raumes und zu wieviel Prozent dadurch, dass die Galaxien Gas geben?

Jede Galaxie hat eine Eigenbewegung, die zu einer Rot- oder Blau-Verschiebung führt. Die Andromeda Galaxie nähert sich uns beispielsweise und daher ist ihr Licht blauverschoben.

Je weiter weg eine Galaxie ist, desto stärker ist ihr Licht durch die Raumexpansion rotverschoben. Wenn Galaxien weit genug weg sind, dann spielt ihre Eigenbewegung gegenüber der Raumausdehnung keine Rolle mehr.