Das versteckte Experiment (German Edition)

erinnere, hast du aber früher einmal gesagt, dass sich Licht nicht schneller als 300 000 km/s fortpflanzen kann.“
    „Richtig, dazu stehe ich auch. Albert Einstein hat diese Tatsache zunächst als Postulat formuliert. Erst 1913 konnte der Beweis dafür erbracht werden. Bei der Beobachtung eines Doppelsterns, also zweier Sterne, die sich umkreisen, stellte man fest, dass die Geschwindigkeit des Lichts beider Sterne dieselbe war, obwohl der eine sich mit hoher Geschwindigkeit auf die Erde zu und der andere sich von ihr weg bewegte. Inzwischen gibt es eine Vielzahl von Beweisen dafür, dass sich Licht im Vakuum immer mit der gleichen Geschwindigkeit ausbreitet, völlig unabhängig davon, wie schnell und in welche Richtung sich die Lichtquelle bewegt.“
    „Nur die Frequenz des Lichts verändert sich mit der Änderung der Geschwindigkeit relativ zum Beobachter, nicht wahr? Stichwort: Rotverschiebung.“
    „Gut, Jan.“
    „Jetzt haben wir aber ein Problem. Die Lichtgeschwindigkeit ist konstant und addiert sich nicht zur Geschwindigkeit der Lichtquelle. Ich überblicke das zwar noch nicht so ganz, aber ich vermute, das könnte zu paradoxen Situationen führen.“
    „Indem Albert Einstein das Problem löste, legte er die Grundlagen für seine Relativitätstheorie.“
    „Kannst du mir die Lösung erklären?“
    „Gerne. Lassen wir jetzt ganz einfach zwei Raumschiffe an der Erde vorbeifliegen. Sie sollen beide die gleiche Geschwindigkeit relativ zur Erde haben.“
    „Sie befinden sich beide im gleichen Inertialsystem.“
    „Richtig. Nehmen wir sogar zunächst an, dass sich die Raumschiffe gar nicht (relativ zur Erde) bewegen, also in ‚Ruhe‘ sind. Der Abstand zwischen den Raumschiffen bleibt dann natürlich unverändert. Der Abstand soll 150 Millionen km betragen. Das ist der Abstand zwischen Sonne und Erde. Ich nehme nur deshalb diesen Abstand, weil wir ohne zu rechnen wissen, dass das Licht für diese Entfernung etwa acht Minuten braucht. Der Astronaut des ersten Raumschiffs schaltet jetzt seine Scheinwerfer ein und sendet einen Lichtstrahl zum zweiten Raumschiff. Es besteht kein Zweifel: Sowohl die beiden Astronauten als auch ein Beobachter auf der Erde werden den gleichen Abstand zwischen den Raumschiffen und auch die gleiche Zeit messen, die das Lichtsignal vom einen zum anderen Raumschiff benötigt.“
    „Das ist ja ganz einfach. Ich sehe kein Problem.“
    „Noch entspricht alles unserer alltäglichen Erfahrung. Jetzt lassen wir aber beide Raumschiffe mit großer Geschwindigkeit an der Erde vorbeifliegen. Beide Raumschiffe sollen die gleiche Geschwindigkeit haben. Die Astronauten können aber nicht entscheiden, ob sie sich bewegen oder die Erde (wie in dem Beispiel mit den zwei Zügen gibt die Frage danach nicht einmal einen Sinn). Aus der Sicht der Astronauten hat sich also gar nichts verändert. Vielleicht sehen sie, wenn sie rechts aus dem Fenster blicken, die Erde vorbeiziehen. Unser Beobachter auf der Erde sieht die Situation jetzt etwas anders. Nachdem das Licht vom ersten Raumschiff ausgesendet wurde, entfernt sich das zweite Raumschiff von der Erde. Während also die Photonen noch unterwegs sind, vergrößert sich der Abstand immer mehr. Das zweite Raumschiff versucht sozusagen den Photonen zu entkommen. Da aber die Photonen schneller sind, werden sie das Raumschiff zwar einholen, aber noch nicht nach acht Minuten, sondern sagen wir nach neun Minuten. Nun wissen wir aber, dass die Lichtgeschwindigkeit konstant ist, egal, ob man die Situation von der Erde aus betrachtet oder etwa vom ersten Raumschiff in unserem Beispiel aus. Für beide Beobachter muss die Lichtgeschwindigkeit 300 000 km/s sein. Die Geschwindigkeit, hier die Lichtgeschwindigkeit, berechnet sich aus Weg/Zeit.“
    „Aha, wenn die Lichtgeschwindigkeit konstant bleiben soll, muss sich der Weg verkleinern oder die Zeit dehnen.“
    „Ja, die Astronauten erhalten für das Licht nur dann wieder ihre unveränderliche Lichtgeschwindigkeit, wenn sie die Entfernung zwischen den Raumschiffen verringern und die Zeit verlängern. Anders ausgedrückt, muss ihr Maßstab, mit der sie die Entfernung zwischen den Raumschiffen messen, verkürzt werden und ihre Uhren müssen langsamer laufen. Dann wäre für sie wieder alles in Ordnung. Die Lichtgeschwindigkeit könnte weiterhin 300 000 km/s betragen, die Entfernung (mit ihrem verkleinerten Maßstab gemessen) wäre wieder 150 Millionen km und die Zeit, die das Licht vom einen zum anderen Raumschiff