Das versteckte Experiment (German Edition)

Bananen mit Senf?“
    „ :-) Der Witz gefällt mir. Bezeichnend ist, dass er erst dadurch lustig wird, dass der Beobachter die falsche Frage stellt.“
    „Lass uns jetzt die richtigen Fragen stellen.“
    „Gut, also auf der Fahrt von Husum nach Westerland öffnest du das Abteilfenster und wirfst eine Banane waagerecht in Fahrtrichtung aus dem Fenster. Welche Geschwindigkeit wird die Banane haben (den Einfluss des Fahrtwindes lassen wir  einmal unberücksichtigt)?“
    „Nun, die Banane hat schon vor dem Abwurf die Geschwindigkeit, mit der der Zug fährt. Durch den Abwurf erhält sie eine zusätzliche Geschwindigkeit. Die Gesamtgeschwindigkeit ist dann = Zuggeschwindigkeit + Wurfgeschwindigkeit.“
    „Richtig, wobei wir sagen müssen, dass das die Geschwindigkeit relativ zum Erdboden ist. Ein Beobachter, der draußen an der Wegstrecke steht, sieht die Banane also mit dieser Gesamtgeschwindigkeit vorbeifliegen.“
    „Von mir bewegt sie sich aber nur mit der Wurfgeschwindigkeit fort.“
    „Genau, schon an diesem einfachen Beispiel sieht man, dass Geschwindigkeiten keine absoluten Größen sind. Sie hängen vom Bewegungszustand (oder besser vom Bezugssystem) des Beobachters ab.“
    „Aber alle ruhenden Beobachter müssten die gleiche Geschwindigkeit wahrnehmen.“
    „Es gibt aber keine ruhenden Beobachter.“
    „Der Beobachter an der Wegstrecke ist doch ein ruhender Beobachter.“
    „Nicht wirklich. Er bewegt sich mit der Erdrotation. Außerdem bewegt sich die Erde um die Sonne. Das Sonnensystem bewegt sich durch die Milchstraße, die Milchstraße durch das Weltall und dieses dehnt sich aus. Es gibt keinen Punkt im Weltraum, den wir als ruhend betrachten können.“
    „Also gibt es überhaupt kein festes örtliches Bezugssystem?“
    „Kein festes, aber durchaus beliebig viele Bezugssysteme, auf die wir unsere physikalischen Experimente gleichberechtigt anwenden können. Es sind Bezugssysteme, die sich geradlinig und mit gleichbleibender Geschwindigkeit relativ zueinander bewegen (also ohne Beschleunigung und ohne Rotation). Man nennt sie Inertialsysteme. Das Wesen eines Inertialsystems kann man sich anhand von einfachen Beispielen verdeutlichen. Nehmen wir wieder an, du sitzt im Zug. Wenn du nicht aus dem Fenster siehst, wirst du nicht merken, wie schnell du fährst (lassen wir mal die Erschütterungen beiseite, die mit der Geschwindigkeit zunehmen). Ob du 50 km/h oder 200 km/h fährst, du wirst keinen Unterschied merken. Es ist tatsächlich so, dass du mit keinem noch so ausgeklügelten Experiment zwischen verschiedenen gleichförmig bewegten Systemen unterscheiden kannst. Du hast sicher schon einmal in einem Zug im Bahnhof gesessen und vom Fenster aus einen anderen stehenden Zug direkt neben dir beobachtet. Wenn sich einer der beiden Züge langsam in Bewegung setzt (die Beschleunigung sehr gering ist), kannst du nicht erkennen, ob sich dein Zug (mit dir) bewegt oder der Nachbarzug. Solange du nur die beiden Züge betrachtest, gibt es nicht einmal einen Sinn zu fragen, welcher von beiden Zügen sich bewegt. Es bewegen sich eben beide nur relativ zueinander. Also, egal mit welcher Geschwindigkeit du dich bewegst, wirst du die gleichen physikalischen Beobachtungen machen. Wirfst du z. B. die Banane senkrecht in die Luft, so wirst du keinen Unterschied feststellen, ob der Zug steht, ob er mit 50 km/h oder 200 km/h fährt. Das gilt auch für alle anderen Experimente, die du mit der Banane durchführst.“
    „Ich könnte sie z. B. aufessen.“
    „Bitte nicht schon wieder, Jan. Wir brauchen sie noch. Außerdem verträgt sie sich nicht mit dem Kaffee in deinem Magen.“
    „O. k., wenn ich schon nicht viel zur Wissenschaft beitragen kann, will ich sie doch nicht behindern. Aber was hat das Ganze jetzt mit der Zeit zu tun?“
    „Das beschriebene Prinzip der Geschwindigkeiten ist, wie du gesehen hast, sehr einfach und entspricht genau unseren Erfahrungen. Problematisch wird es, wenn wir die Geschwindigkeit erhöhen. Ersetzen wir unseren Zug in unserem Gedankenexperiment durch ein viel schnelleres Raumschiff. Nehmen wir weiter an, dass sich das Raumschiff mit einer Geschwindigkeit von 140 000 km/s an der Erde vorbeibewegt. Die Geschwindigkeit, die wir nach unserer bisherigen Vorstellung für das Licht messen würden, wäre 300 000 km/s + 140.000 km/s = 440 000 km/s. Das vom Raumschiff ausgestrahlte Licht hätte (von der Erde aus gemessen) eine Geschwindigkeit von 440 000 km/s.“
    „Wenn ich mich richtig