Relativistische Optik und verallgemeinerte eigentliche Lorentz-Transformationen

Wissenschaftliche Studie aus dem Jahr 2012 im Fachbereich Physik - Sonstiges, , Sprache: Deutsch, Abstract: In diesem Beitrag wollen wir grundlegende Beziehungen der speziell-relativistischen Optik herleiten, erläutern und verallgemeinern. Hierzu gehören die relativistischen Transformationsbeziehungen für die Frequenz der elektromagnetischen Welle (Doppler-Effekt, speziell: longitudinaler und transversaler Doppler-Effekt), die Transformationen der Richtungskosinus und damit der Wellennormale und eine relativistische Beziehung für den Aberrationswinkel. Diese Formeln verallgemeinern wir für beliebige Geschwindigkeitsrichtungen der Bezugssysteme und für beliebige Richtungen der Lichtausbreitung im Raum. Wir benötigen hierzu die allgemeinen, eigentlichen Lorentz-Transformationen.

Weiterhin behandeln wir die Lichtausbreitung im strömenden Medium bei beliebigen Geschwindigkeitsrichtungen, wobei wir beachten müssen, dass sich das Additionstheorem der Geschwindigkeiten aus der Kinematik i.a. nicht auf dieses Problem anwenden lässt. Wir erweitern anschließend unsere relativistischen Transformationsbeziehungen der optischen Kenngrößen für die Lichtausbreitung in einem strömenden Medium, wobei wir auch in diesem Fall beliebige Geschwindigkeitsrichtungen (Lichtrichtung und Strömungsrichtung) annehmen und eine Reihe von Spezialfällen behandeln.

Wir diskutieren weiterhin den Zusammenhang des transversalen Doppler-Effektes mit Zeitverschiebungseffekten (Zeitdehnung bzw. Möglichkeit einer Kontraktion).