Das Aussehen schnell bewegter Körper

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Dieses Projekt wurde bei vorgestellt.

Galileo Galilei,
klassisch retardiert 		Albert Einstein,
relativistisch retardiert

U. Backhaus, R. Thiel, Universität Koblenz

Zusammenfassung

Die Verkürzung sich schnell bewegender Objekte in Bewegungsrichtung ist ein bekannter Effekt der Relativitätstheorie: Verschiedene Beobachter erhalten unterschiedliche Ergebnisse, wenn sie die Länge eines Objektes messen: Das Objekt erweist sich als umso kürzer, je höher die Relativgeschwindigkeit zwischen Objekt und Beobachter ist. Viel weniger ist der Umstand bekannt, dass diese so genannte Lorentz-Kontraktion im folgenden Sinne unsichtbar ist: Wenn man ein sich bewegendes Objekt ansieht oder es fotografiert, nimmt man es nicht als verkürzt wahr, sondern im Gegenteil als verlängert und, unter gewissen Umständen, als verformt und verdreht.

Der wesentliche Grund für diesen überraschenden Effekt ist der grundsätzliche Unterschied zwischen Messen und Beobachten:

gleichzeitige Aussendung,
ungleichzeitige Registrierung 		ungleichzeitige Aussendung,
gleichzeitige Registrierung
Solche Animationen können mit dem Programm Retardierung erzeugt werden.

Der endliche Wert der Lichtgeschwindigkeit hat zur Folge, dass Teile des Objektes mit unterschiedlichen Entfernungen zum Beobachter zu verschiedenen Zeiten in der Vergangenheit abgebildet werden - und bei bewegten Objekten heißt das: bei verschiedenen Positionen des Objektes.

Während der letzten Jahre wurde der Einfluss zusätzlicher Effekte wie des Doppler-Effektes und der Intensitätstransformation auf die Wahrnehmung schneller Objekte diskutiert. Die meisten der Veröffentlichungen erwecken den Eindruck, es handele sich dabei um wesentlich relativistische Effekte. Wir wollen darauf hinweisen, dass die meisten dieser Effekte auch in der klassischen Physik auftreten, wenn auch in anderer Ausprägung.

Wir zeigen Computeranimationen, die wir mit eigenen Raytrace-Routinen erzeugt haben. Sie veranschaulichen die verschiedenen Effekte, die durch die endliche Lichtgeschwindigkeit, den Doppler-Effekt und die Intensitätstransformation in der klassischen und in der relativistischen Physik hervorgerufen werden.

Wir halten die Erzeugung solcher Animationen und die Betrachtung der dargestellten Effekte für eine hervorragende Gelegenheit, über die verschiedenen Theorien und ihre Implikationen nachzudenken. Darüberhinaus betrachten wir die Erzeugung solcher Bilder und Filme als ein gutes Beispiel für das Zusammenspiel zwischen theoretischen Betrachtungen, numerischen Rechnungen und Visualisierung:

Die Filme zeigen die relative Bewegung zwischen einer (Loch-) Kamera und einem Würfel bzw. den Namenszügen von "ALBERT EINSTEIN" (bei relativistischer Rechnung) und "GALILEO GALILEI" (bei klassischer Rechnung). Sie unterscheiden zwischen den folgenden Fällen:

Im Falle klassischer Retardierung stellt die Lichtgeschwindigkeit keine obere Grenze dar. Einige Filme zeigen deshalb Effekte, die nach der klassischen Theorie bei Überlichtgeschwindigkeit auftreten würden.

Die auftretenden Effekte werden in der Einführung kurz erklärt!

Durch Anklicken der folgenden Bilder kann man sich ein Dokument mit einer entsprechenden kleinen Animation herunterladen. Es enthält einen Link zu dem entsprechenden hochauflösenden mpeg-Video.

Übersicht

Die Filme

Die Simulationen dieses Projektes entstammen z.T. der Examensarbeit, die R. Thiel im Rahmen der 1. Staatsprüfung für das Lehramt an Realschulen am Institut für Physik angefertigt hat, z.T. sind sie parallel dazu bzw. im Rahmen unserer nachfolgenden Zusammenarbeit entstanden.

Die Arbeit hat den Titel:

Der Einfluss der endlichen Lichtgeschwindigkeit auf das Aussehen schnell bewegter Objekte

Wesentliche Ergebnisse können der Kurzfassung eines Vortrages entnommen werden.

Prof. Dr. Udo Backhaus
Letzte Änderung:  18. Juni 2001