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THEMA: Rel.&Zeit; v>c für Masse ja und nein??

Rel.&Zeit; v>c für Masse ja und nein?? 28 Okt 2016 05:04 #9130

  • *Frank
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Kleines Gedankenexperiment um letztendlich doch Überlichtgeschwindigkeit einer Masse in sich ergänzenden Bewegungssystemen zu erreichen:

Voneinander unabhängige Beschleunigungen von Masse in eine gleiche Richtung würden sich (innerhalb ihrer Bewegung) addieren.

In Teilchenbeschleunigern die als Ringbeschleuniger gebaut sind, können Massen auf über 90% der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden.

Als Idee:
Was wäre wenn sich der gesamte Beschleuniger zusätzlich in Bewegungsrichtung der beschleunigten Teilchen drehen würde, und wie schnell müsste dieser sich drehen, das aus der sich addierenden Geschwindigkeit des Masseteilchens eine Überlichtgeschwindigkeit entsteht? Wäre dies hier nicht schon bei über 10 % der Lichtgeschwindigkeit dieser zusätzlichen, unabhängigen Drehung der Fall?
Würde der zusätzlich beschleunigte Beschleuniger ein unabhängiges bewegtes System bilden?

Oder würde das Masseteilchen auch durch alle unabhängigen Bewegungssysteme nicht mehr als c erreichen können, obwohl es dies aus einer aussenstehenden Sichtweise der sich so bewegenden Systeme müsste -
Was wäre dann der Grund dafür?
Hätte man mit einem beschleunigten Linear-Beschleuniger, oder sich ähnlichen, voneinander unabhängig ergänzenden Systemen mehr Erfolg?

Könnte sich so eine Zeitreise in die Vergangenheit realisieren lassen?
Würde nach einem solchen Prinzip das Masseteilchen die Informationsgeschwindigkeit übertreffen können, so würde es sich nach einigen Runden, in einem unabhängigen beschleunigten System des gesamten Teilchenbeschleunigers, bereits in der Vergangenheit befinden.

Aus mehreren Verschachtelungen eines solchen, oder in ähnlichen Varianten dieses Systems, die keines für sich selbst, jedoch die Summe aller unabhängigen, gleichgerichteten Bewegungsrichtungen eine höhere Geschwindigkeit als c erreichen würde, könnte sich so, mit derzeit natürlich noch unrealistisch hohem Aufwand eventuell schon eine funktionierende Zeitreise-Maschine konstruieren lassen.
ALLES ist relativ zueinander -
Will mir bei diesem, vielleicht etwas "unbeliebten Problem" jemand weiterhelfen? - Ich interessiere und beschäftige mich nur so nebenbei mit physikalischen Grundlagen.
Vielen Dank;
Euer*Frank.

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Rel.&Zeit; v>c für Masse ja und nein?? 28 Okt 2016 09:17 #9132

Hallo Frank,
Schön gedacht, funktioniert aber leider nicht. Nicht weil man einen Beschleuniger nicht so schnell rotieren lassen kann, sondern deshalb, weil massebehaftete Teilchen, wenn sie sich der LG nähern, unter einer Massenzunahme zu leiden beginnen. Exakt bei LG hätten sie eine unendlich große Masse, egal, ob man vorher den Beschleuniger selber auch noch beschleunigen würde.
Warum man da nicht drüber kommt, liegt daran, weil die LG eine Eigenschaft der Raumzeit selbst ist.
Grüße
Thomas
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Rel.&Zeit; v>c für Masse ja und nein?? 28 Okt 2016 12:01 #9133

Hallo Frank,

Was du versuchst ist Überlichtgeschwindigkeit durch klassische Geschwindigkeitsaddition zu erreichen doch so funktioniert das nicht.

Sicher kann man das Teichen relativ zu einem relativ zum Beobachter bereits mit 90%c fliegenden Objekts wieder auf 90%c beschleunigen.
Doch erhält man dadurch keine 180% Lichtgeschwindigkeit! Der Wikiartikel Relativistisches Additionstheorem für Geschwindigkeiten zeigt die mathematischen Grundlagen und in einem kleinen Rechenbeispiel für je 0,75c: \( \frac{(0,75+0,75)}{(1+{0,75 \cdot 0,75})}=0,96 \). wobei ich hier mit \(c=1\) gerechnet habe weil sich der genaue Zahlenwert eh wegkürzt. (Nachtrag: mit deinen je 0,9 gerechnet kommt knapp 0,995 heraus)

Man muss bedenken: für den äußeren Beobachter laufen die Prozesse im sich bereits drehenden Beschleuniger ja ebenfalls relativistisch ab (Zeitdilatation) Dadurch bleiben von \(+0,75c\) nur noch \(+0.21c\) für den Beobachter übrig.

Merilix

kleiner Nachtrag:
Muß nach deiner Idee der gesammte Beschleuniger bewegt werden oder reicht es wenn sich das Magnetfeld durch entsprechend hohe Frequenz bewegt?

assume good faith
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Rel.&Zeit; v>c für Masse ja und nein?? 29 Okt 2016 06:00 #9140

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Vielen Dank für die schnellen Antworten !

Da ich kein Experte in diesem Bereich bin, habe ich leider noch etwas Verständnisprobleme.

Zuerst zu dem Nachtrag:
Die Frequenz des Magnetfeldes und der Antrieb mit den Magnetfeldern würde ab einem bestimmten Punkt nicht mehr weiteres bewirken können, da die gesamte Bewegungsenergie ja ab LG in Masse „umgewandelt“ würde;
Es müssten also die äußeren Bedingungen sein, die zusätzlich voneinander unabhängige bewegte System darstellen.
Ließe sich nicht eine Verschachtelung vieler bewegter Systeme erzeugen, wo nicht irgendeine Masse c erreichen müsste, sondern sich das am Ende zwangsläufig ergeben muss, was würde man beobachten ? Die mathematisch grundlegende Berechnung ist sicher hilfreich, aber wie wird es sich in der Realität letztendlich darstellen, wenn alle Systeme das Teilchen aus relativer Sicht immer weiter bewegen, es beschleunigt in seinem eigenen System ja nicht weiter. Würde es in den Systemen irgendwann "stecken bleiben“? Ließe sich diese Beobachtung besser beschreiben? Ich komme mit diese Erklärung leider nicht ganz zurecht:
- Man muss bedenken: Für den äußeren Beobachter laufen die Prozesse im sich bereits drehenden Beschleuniger ja ebenfalls relativistisch ab -

Was bedeutet denn, das ein massebehaftetes Teilchen zu leiden beginnt, es soll ja selbst nicht LG erreichen in seinem eigenen System - Diese sollte sich nur aus dem Ergebnis aller bewegten Systeme auf ein äußeres ergeben.
Habe ich richtig verstanden, dass die Zeitdilatation des Beobachters aller bewegten Systeme dafür verantwortlich ist, dass das Massseteilchen die sich summierende LG nicht überschreiten kann ?

Bitte nur mathematische Formeln, wenn wirklich notwendig; Danke.

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Rel.&Zeit; v>c für Masse ja und nein?? 29 Okt 2016 11:26 #9141

Dann versuche ich es noch mal einfach zu formulieren. Es gibt zwei Formeln, die v gleich c und v größer c für Körper mit Ruhemasse größer 0 verhindern. Ich versuche, sie anschaulich zu beschreiben.

Im Falle einer Beschleunigung nimmt die relativistische Masse eines Objekts mit zunehmender Geschwindigkeit zu. Bei Erreichen der Lichtgeschwindigkeit würde die relativistische Masse unendlich werden. Somt kann durch Beschleunigen niemals v=c erreicht werden.

Im Falle der Addition zweier Geschwindigkeiten addieren sich die Geschwidingkeiten relativistisch. Kleine Geschwindigkeiten addieren sich linear, wie wir es aus dem Alltag kennen. Geschwindigkeiten nahe c addieren sich so, dass die resultierende Geschwindigkeit zwar größer wird, aber stets unterhalb von c bleibt. Es gibt keine Möglichkeit, durch Addition kleinerer Geschwindigkeiten v=c zu erreichen.

Wie kann man sich die Massenzunahme vorstellen? Im CERN werden kleine Elementarteilchen in einem kreisförmigen Riesenbeschleuniger in einer Kreisbahn beschleunigt. Diese Teilchen fliegen mit fast Lichtgeschwindigkeit auf ihren Kreisbahnen. Die relativistische Masse eines dieser Elementarteilchen ist (je nach Energie) so hoch wie die eines Autos, eines Busses oder eines Zuges.

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Rel.&Zeit; v>c für Masse ja und nein?? 29 Okt 2016 12:46 #9143

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Frank,
vll. hilft noch zusätzlich zu den guten Erklärungen, die dazu bereits von Claus, Merilix und Thomas gemacht wurden noch Folgendes:
Ein Proton oder auch ein Neutron im Atomkern besteht aus 3 Quarks. Die Ruhemasse dieser 3 Quarks beträgt nur ca. 1% der Gesamtmasse des Protons oder Neutrons. Die restlichen 99% bestehen aus Bindungs- und Bewegungsenergie. Da wird es im Detail dann richtig kompliziert und komplex. So entstehen und vergehen ständig sogenannte Gluonen und "Seequarks" oder auch Mesonen. Zwar haben Gluonen keine Masse, können sich aber in Seequarks umwandeln. Alle diese Teilchen schwirren mit einem Affenzahn im Atomkern herum, selbst wenn das Atom scheinbar in Ruhe verweilt. Das ist mit auch ein Grund, warum nie exakt die Temperatur null, der absolute Nullpunkt erreicht werden kann.
Wenn nun die Materie, die ohnehin auf Quantenebene nichts anderes als eine brodelnde Suppe ist, selbst im Ruhezustand, auch noch beschleunigt wird, dann wird ihr zusätzlich Bewegungsenergie zugeführt, die als relativistische Masse mit steigender Geschw. und vor allem Annäherung an Lichtgeschw. immer stärker zum Tragen kommt. Auch hier gilt eben letztlich E = m * c^2.
Die Berechnung der relativistischen Masse (googeln z.B. Wiki) ist nach einer ganz einfachen Formel zu bewerkstelligen. Dabei kommt der Lorentzfaktor zum Tragen. Wenn du dir die Formel anschaust, begreifst du sehr schnell, warum die relativistische Masse jedes Masseobjekts gegen Unendlich gehen muss bei Annäherung an die Lichtgeschw.

Grüße Cyborg

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Rel.&Zeit; v>c für Masse ja und nein?? 31 Okt 2016 00:02 #9187

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Danke, für diese sehr guten Erklärungen und den dahinter liegenden Gründen.

Was letztendlich mit dem Masseteilchen geschieht, fällt mir zwar etwas schwer, richtig vorstellen, aber vielleicht kann mir jemand noch eine weitere, anschauliche Antwort geben.
Hier noch ein konkretes Beispiel mit Zahlen:

Klassische Geschwindigkeitsaddition ist ja bekannt:
Ein ICE-Zug fährt mit 300 km und ich laufe mit 5 km/h durch die Abteile zur Lock.
Meine gesamte Geschwindigkeit beträgt nun 305 km/h.

Angenommen ein Raumfahrzeug kann in der Zukunft einmal 10% der LG erreichen, und in diesem befände sich ein Linearbeschleuniger, der ein massenbehaftetes Teilchen in Flugrichtung auf 90% der LG beschleunigt.
Welche gesamte Geschwindigkeit hätte dann dieses Teilchen, wenn LG nicht funktioniert?

Welche Formel würde man für dieses Beispiel konkret anwenden…
"Kleine Geschwindigkeiten addieren sich linear, wie wir es aus dem Alltag kennen. Geschwindigkeiten nahe c addieren sich so, dass die resultierende Geschwindigkeit zwar größer wird, aber stets unterhalb von c bleibt."

Gäbe es keine andere Möglichkeit, dieses Gesetz zu umgehen?

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Rel.&Zeit; v>c für Masse ja und nein?? 31 Okt 2016 04:09 #9190

Es kann keine andere Möglichkeit geben das Gesetz zu umgehen als nachzuweisen das es falsch ist denn das Gesetz wurde ja gerade so formuliert wie es ist um der Behauptung die Lichtgeschwindigkeit sei in allen Bezugssystemen gleich auch mathematisch gerecht zu werden. Beim Versuch das zu umgehen beißt sich die Katz in den Schwanz wie man so sagt ;)

Zur relativistischen Massenzunahme vielleicht noch folgendes: das Teilchen selber verändert sich nicht. Ein Proton bleibt ein Proton mit seiner für das Proton ganz spezifischen Masse. Die zusätzliche Masse steckt in der kinetischen Energie denn Energie ist schwer (E=mc²) Dabei ist es völlig egal woher das Teilchen die Energie erhält. Ob vom ruhenden Beobachter, von einem schon mit halber LG bewegten Beschleuniger oder von einer mit gleicher Geschwindigkeit mitfliegenden Rakete -- der Effekt bleibt der gleiche.

Um jetzt noch das letzte bisschen Klarheit zu beseitigen: natürlich ist die kinetische Energie selbst (und damit die Masse) auch relativ. Gegenüber einem mit halber LG in die gleiche Richtung bewegten Teilchens ist die kinetische Energie (und damit die Masse) kleiner...

Was meinst du bei deinem Beispiel mit "wenn LG nicht funktioniert"?

Für relativistische Geschwindigkeitsaddition hatte ich einen Link angegeben der das mathematisch gut beschreibt..
Die Formel für eine Dimension (alle Geschwindigkeiten haben die gleiche Richtung) ist
\[v_{gesamt} = \dfrac{v_1 + v_2}{1 + \dfrac{v_1 \,\cdot\, v_2}{c^2}}\]
Dabei ist \(v_1\) die Geschwindigkeit deines Beschleunigers relativ zu einem ruhenden Beobachter und \(v_2\) die Geschwindigkeit des Teilchens relativ zum mit \(v_1\) bewegten Beschleunigers.

Da wir eh nur mit Faktoren relativ zu c rechnen wollen können wir auch c=1 setzen und es bleibt wie schon geschrieben
\[v_{gesamt} = \dfrac{v_1 + v_2}{1 + v_1 \cdot v_2}\]
übrig.
Nimmt man jetzt nur mal zum Spass an ein schon mit LG bewegter Beschleuniger hätte ein Teilchen relativ zu sich wieder auf LG gebracht erhält man:
\[v_{gesamt} = \dfrac {1 + 1} {1+1\cdot 1} = \dfrac{2}{1+1}=\dfrac{2}{2}=1\]
also ebenfalls nur LG relativ zum ruhenden Beobachter.
Bei kleinen Geschwindigkeiten, sagen wir mal bis 0,1c aber bekommen wir das was wir erwarten
\[v_{gesamt} = \dfrac {0.1 + 0.1} {1+0.1\cdot 0.1} = \dfrac{0.2}{1+0.01}=\dfrac{0.2}{1.01}=0.198...\approx0.2\]

Der relativistische Einfluß nimmt also bei kleiner werdenden Geschwindigkeiten quadratisch ab und ist bei ein zehntel c ein hundertstel, bei ein hundertstel c ein zehntausendstel und bei ein Tausendstel c nur noch ein Millionstel. Der ist bei 300+5km/h also völlig zu vernachlässigen (sofern man keine Versuche mit Atomuhren macht ;)

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Rel.&Zeit; v>c für Masse ja und nein?? 01 Nov 2016 04:52 #9210

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Ich danke nochmals allen Experten für diese schön anschaulichen Erklärungen.

Vieles ist hiermit für mich deutlich geworden.
Wie sicher weiß man denn, dass dieses Gesetz nicht falsch ist?
Gibt es Experimente mit so großen Geschwindigkeiten, die dieses Verhalten nachweisen konnten, oder handelt es sich bislang um die logische Folge der Theorie?
Experimente, wo Massen sich der LG näheren sollen, stelle ich mir schwierig vor, durchzuführen, besonders wenn diese sich noch gegenseitig ergänzen müssten - wie in dieser schönen Formel beschrieben.

Mit dem Beispiel „wenn LG nicht funktioniert“ meinte ich nur „wenn die Addition der Geschwindigkeiten insgesamt die LG nie erreichen kann, wie groß muss die Gesamtgeschwindigkeit (für den äußersten Beobachter) praktisch sonst letztendlich sein“ - Was ja nun verständlich wurde.
Es scheint sich vieles in der Physik anders herauszustellen, als wie es zuerst klar und deutlich den Anschein gehabt hat.

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Rel.&Zeit; v>c für Masse ja und nein?? 01 Nov 2016 07:24 #9211

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Grüße dich, vorab in der Physik ist alles klar und deutlich. Die Quantenphysik ist eine die sich jedoch nur schwer zu verstehen uns offenbart.

Ja es gibt Experimente wo man ein Gewicht von 1,672621898*10−27 kg auf 7 Teraelektronenvolt beschleunigt, was 99,9999991% der Lichtgeschwindigkeit entspricht.
www.lhc-facts.ch/

Gruß Chris

Ja ich kann alles, sogar definieren was ich nicht kann.

Man muss noch Chaos in sich haben, um einen tanzenden Stern gebären zu können.
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Rel.&Zeit; v>c für Masse ja und nein?? 01 Nov 2016 23:39 #9252

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Stimmt, in der Physik sollte alles klar und deutlich sein :)
Korrektur des letzten Satzes:
Mit Physik meinte ich hier natürlich die Beobachtung von physikalischen Ereignissen / Abläufen.

Was ist, wenn plötzlich Massepartikel gefunden werden, die sich von der Grenzgeschwindigkeit nicht stören lassen, und dessen Massenzunahmen sich anders verhalten - Ist dann dieses Gesetz falsch, zumindest unvollständig? Zum Vergleich vielleicht: Man war ja auch mal davon ausgegangen, das es keine Supraleiter geben wird.

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Rel.&Zeit; v>c für Masse ja und nein?? 02 Nov 2016 01:29 #9255

99,9999991%c ist natürlich eine Zahl bei der das Gehirn in den abstrakten kalten Wissenschaftsmodus umschaltet. Aber was bedeutet das?
c - 0,999999991 * c sind 299.792.458 m/s - (299.792.458 m/s * 0.999999991) = 299.792.458 m/s - 299.792.455,3 m/s = 2,7 m/s oder 9,72 km/h die an der LG fehlen. Das schafft man ganz bequem mit dem Fahrrad. Eigentlich unglaublich oder?
(+ Und doch erfordern diese zusätzlichen 9,72km/h unendlich viel Energie a) zu Beschleunigung und b) um sie auf ihrer Kreisbahn im Ringbeschleuniger zu halten)

*Frank schrieb: Was ist, wenn plötzlich Massepartikel gefunden werden, die sich von der Grenzgeschwindigkeit nicht stören lassen, und dessen Massenzunahmen sich anders verhalten - Ist dann dieses Gesetz falsch, zumindest unvollständig?

Das wäre natürlich schon mehr als ein mittleres Erdbeben in der Physik, das würde die Grundlagen erschüttern.

Gruß
Merilix

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