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10. Licht und Raumzeit

Intervall und Eigenzeit #

Mit der Signatur (+,−,−,−) gilt in flacher Raumzeit

ds2=c2dt2−dx2−dy2−dz2.ds^2=c^2dt^2-dx^2-dy^2-dz^2.

Die Bahn einer massiven Uhr ist zeitartig: ds²=c²dτ²>0. τ ist ihre Eigenzeit. Licht folgt einer Nullbahn mit ds²=0. Ein verschwindendes Eigenzeitintervall definiert kein Ruhesystem des Photons.

Der Lorentzfaktor γ=1/√(1−v²/c²) divergiert, wenn die Geschwindigkeit eines massiven Beobachters c erreicht. Ein endlicher Boost kann einen Inertialbeobachter nicht in ein Photon-Ruhesystem verwandeln.

Frequenz eines Beobachters #

Für radiales Zurückweichen in flacher Raumzeit gilt

νobsνem=1−β1+β,β=v/c.\frac{\nu_{\rm obs}}{\nu_{\rm em}}=\sqrt{\frac{1-\beta}{1+\beta}},\qquad\beta=v/c.

β=0,60 ergibt 0,50: Die Frequenz halbiert sich, die Vakuumlichtgeschwindigkeit nicht. Kosmologische Rotverschiebung erfüllt dagegen 1+z=a(t₀)/a(tem) und beschreibt die Expansionsgeschichte. Beide Fälle müssen anhand ihrer Annahmen unterschieden werden.

Lichtkegel in einer Raumrichtung. Lichtbahnen haben ein Nullintervall; massive Beobachter bewegen sich im Inneren des Kegels.
Lichtkegel in einer Raumrichtung. Lichtbahnen haben ein Nullintervall; massive Beobachter bewegen sich im Inneren des Kegels.

Quellen und weiterführende Literatur #

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