mojorisin schrieb:Der Name “Prinzip der maximalen Eigenzeit” ist hier ein bisschen irreführend; was tatsächlich maximiert wird ist der Quotient ∆τ / ∆t , wenn wir wie Epstein mit τ die Eigenzeit und mit t die Koordinatenzeit bezeichnen. ....
Kann man sich kräftefrei von X nach Y durch die Raumzeit bewegen, so geschieht das entlang einer Bahn, bei welcher für den Quotienten ∆τ / ∆t ein Maximum resultiert, wenn ∆τ auf einer mitbewegten Uhr gemessen wird.
Hmmm... Das verstehe ich nicht... Weshalb denn der Quotient ∆
τ / ∆t? Hier
∆
τ zu nehmen macht m.E. doch überhaupt keinen Sinn, die Eigenzeit ist doch invariant?! Also weshalb nicht
τ / ∆t?
Evtl. (wahrscheinlich) mache ich ja einen Denkfehler, aber ein ∆
τ sehe ich nicht... Meine Überlegung, aus einigen Artikeln v.a. von Martin zusammengebastelt (ggf. ist das ja allgemein interessant, und hoffentlich auch bei genauer Prüfung nicht zu peinlich):
Zunächst mal der Fall ohne räumlichen Abstand, sondern lediglich mit einem zeitlichen Abstand ∆t (a.k.a. Koordinatenzeit). Der Ball erreicht das Ereignis Y dann einfach, wenn er an Ort und Stelle liegen bleibt (v = 0). Die Koordinatenzeit ∆t entspricht in diesem Fall logischer Weise genau der Eigenzeit
τ. Und auch der Raumzeitabstand s entspricht wegen v = 0 exakt der Eigenzeit*:
s^2 = \Delta t^2 – \Big( \frac{\Delta x}{c}\Big)^2 = {\Delta t}^2 – \Big( \frac{0}{c}\Big)^2 = {\Delta t}^2
Es gilt also s = ∆t =
τ und damit
τ/∆t = 1. Das ist die absolut kürzeste Strecke durch die Raumzeit - einfach gar nicht bewegen und Däumchen drehen. Ein ∆
τ ist nicht zu sehen...
Das funktioniert entsprechend auch für v > 0. Wenn der Ball schneller ist (was er wegen seines Impulses nicht vermeiden kann), muss er am Ende langsamer werden, um genau pünktlich bei Y zu sein. Seine Weltlinie verläuft also so, dass der Ball einen Umweg macht. Um seine Eigenzeit zu optimieren, versucht er wieder mit konstanter Geschwindigkeit zu fliegen. Um der Geodäten zu folgen, muss der Ball das beliebig oft wiederholen, bis seine Teilstrecken infinitesimal klein sind:
s = dt\cdot \sqrt {1 - \Big(\frac{v}{c}\Big)^2}
Ein Beobachter, der sich mit konstanter Geschwindigkeit von X nach Y bewegt, muss wegen der Invarianz von
τ exakt dieselbe Eigenzeit auf seiner Uhr messen wie der Ball auf dessen Uhr. Für beide muss daher s =
τ gelten. D.h. allgemein gilt statt
τ/∆t = 1:
\frac{\tau}{dt} = \sqrt {1 - \Big(\frac{v}{c}\Big)^2}=\sqrt{\frac{1}{\gamma}}
Das
γ ist der Lorentzfaktor, der sich bekanntlich für v gegen c immer mehr 1 annähert. D.h. auch
τ/dt nähert sich für immer kleinere Teilstecken beliebig an 1 an. Aber auch hier kein ∆
τ zu sehen...
Was mache ich falsch?
*) Mit der gängigen Darstellung des Vierervektors: (-t, x/c, y/c, z/c).