Bewegter Spiegel
Relativitätstheorie
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Basiswissen
Ein klassisches Problem der speziellen Relativitätstheorie Einsteins[1]: wie wird Licht an einem bewegten Spiegel reflektiert?
Fußnoten
- [] Einstein thematisierte das Problem 1905: "Es sei nun die Koordinatenebene ξ=0 eine vollkommen spiegelnde Fläche, an welcher die im letzten Paragraph betrachteten ebenen Wellen reflektiert werden. Wir fragen nach dem auf die spiegelnde Fläche ausgeübten Lichtdruck und nach der Richtung, Frequenz und Intensität des Lichtes nach der Reflexion" In: Einstein, A. (1905). Zur Elektrodynamik bewegter Körper. Annalen der Physik, 17(10), 891–921.
- [] Wolfgang Pauli, 1921: "In den Aussagen über den Dopplereffekt am bewegten Spiegel gehen die veschiedenen Emissionstheorien auseinander. Nach J. J. Thomson und Stewart ist der bewegte Spiegel, was die Geschwindigkeit des reflektierten Strahles anlangt, äquivalent mit dem Spiegelbild der Lichtquelle, nach Tolman wirkt er wie eine neue Lichtquelle an seiner Oberfläche, nach Ritz entlich ist die Geschwindigkeit des reflektierten Strahles gleich der eines parallelen, von der urprünglichen Lichtquelle ausgehenden Strahlen. Bei ruhender Quelle und bewegtem Spiegel ist also nach Thomson-Stewart kein Dopplereffekt der Wellenlänge zu erwarten, nach Tolman ist er halb so groß wie der der gewöhnlichen Optik, nach Ritz stimmt er mit dieser überein. Nun ist der Dopplereffekt der Wellenlänge des von einem bewegten Spiegel reflektierten Lichtes neuerdings wiederholt mit dem Interferometer bestimmt worden mit dem unzweifelhaften Ergebnis, daß er mit dem von der klassischen Optik gefordreten übereinstimmt. Die Annahmen von Thomson-Stewart und Tolman sind damit widerlegt." In: Pauli, W.: Relativitätstheorie. Sonderabdruck aus der Encyklopädie der mathematischen Wissenschaften mit Einschluß ihrer Anwendungen, Band V, Teil 2 (mit einem Vorwort von A. Sommerfeld), IV, S. 539–775. Leipzig/Berlin: B. G. Teubner 1921.
- [] Bewegter Spiegel über die Lorentz-Kontraktion erklärt: "We derive a formula for the law of reflection of a plane-polarized light beam from an inclined flat mirror in uniform rectilinear motion by applying the Huygens-Fresnel principle. We then use this formula and the postulates of special relativity to show that the moving mirror is contracted along the direction of its motion by the usual Lorentz factor. The result emphasizes the reality of Lorentz contraction by showing that the contraction is a direct consequence of the first and second postulates of special relativity, and is not a consequence of the relativistic measurement of the length." In: Aleksandar Gjurchinovski: Reflection of light from a uniformly moving mirror. American Journal of Physics 72 (10), 1316 – 1324 (Okt. 2004). DOI: 10.1119/1.1778390. Online: https://www.researchgate.net/publication/243492758_Reflection_of_light_from_a_uniformly_moving_mirror
- [] Bewegter Spiegel als Hypberbel modelliert: "Euclid's law of reflection, r = i, rests on three assumptions: Fermat's principle of least time, constancy of speed of light, and that the mirror is stationary. For a moving mirror, the corresponding law is known as the relativistic reflection law; however, it was first inferred prior to relativity. While modern derivations rely on Lorentz transformations or Maxwell's equations, the original derivation was an elegant application of geometric optics. In this paper, we develop a new geometric approach which shows that the relativistic reflection from a plane mirror is equivalent to the ordinary reflection from a certain hyperbolic mirror, and that the incident and reflected rays are the focal rays of the hyperbola." In: Mohsen Maesumi: Reflections in a moving mirror. American Journal of Physics 88 (1), 46 – 50 (Jan. 2020). DOI: 10.1119/10.0000172
- [] Bewegter Spiegel ohne Relativitätstheorie: "A special case of the relativistic Doppler effect, which occurs when light reflects from a moving mirror, is discussed. The classic formula for the Doppler shift is derived in a fully non-relativistic fashion using basic facts from geometry. The derivation does not involve Lorentz transformations, length contractions and time dilations, and therefore is conceptually simpler than the standard derivations in physics textbooks." In: Malik Rakhmanov: Reflection of light from a moving mirror: derivation of the relativistic Doppler formula without Lorentz transformations. arXiv:physics/0605100 (Mai 2006). Online: https://arxiv.org/abs/physics/0605100
- [] Christian Gerthsen, Hans-Otto Kneser, Helmut Vogel (Hrsg.), Gerthsen Physik, 23. Aufl., Springer Spektrum, Berlin 2002 – Kapitel „Spezielle Relativität“ mit Lichtuhr-Modell und Reflexion zwischen bewegten Spiegeln
- [] John D. Jackson, Classical Electrodynamics, 3. Aufl. (deutsche Übersetzung bei De Gruyter 2013) – Abschnitt zur Reflexion an bewegten Grenzflächen (Kap. 11.7)