Why would you experience time differently when moving at the speed of light?
Das Problem mit dem Konzept der Zeitdilatation - wie auch mit dem Rest der Relativitätstheorie - ist, dass es nicht sehr intuitiv ist. Wir mögen Dinge, die intuitiv sind und die wir uns zurechtlegen können, aber die Relativitätstheorie gehört einfach nicht dazu.
Alles hängt davon ab, dass die Lichtgeschwindigkeit unabhängig von der relativen Geschwindigkeit des Beobachters konstant ist. Das stimmt nicht mit dem überein, was wir intuitiv bei massiven Objekten beobachten. Wenn ich zum Beispiel in einem Zug mit einer Geschwindigkeit von 20 km/h sitze und einen Ball mit der gleichen Geschwindigkeit nach hinten werfe, sehe ich, dass sich der Ball mit 20 km/h von mir weg bewegt. Für einen stehenden Beobachter scheint der Ball jedoch gerade nach unten zu fallen. Mythbusters hat diesen Effekt mit einem Fußball demonstriert, der von einem Lastwagen aus abgefeuert wurde:
Für einen außenstehenden Beobachter ist die Geschwindigkeit des Balls die kombinierte Geschwindigkeit des Wurfs und der Bewegung des Autos, daher ist seine Geschwindigkeit gleich Null.
Beim Licht ist das nicht der Fall. Wenn ich einen Laserstrahl ausstrahle und die Geschwindigkeit des Strahls irgendwie verfolgen könnte, würde es so aussehen, als würde er sich mit der Lichtgeschwindigkeit ( c ) entfernen. Doch egal wie schnell ich mich bewege, wenn ich den Laserstrahl abfeuere, wird ein stillstehender Beobachter auch beobachten, dass sich der Laserstrahl mit c bewegt. Das ist kontraintuitiv und ergibt keinen "Sinn" - wie kann es sein, dass sich das Licht mit derselben Geschwindigkeit zu bewegen scheint, während sich der Beobachter selbst mit unterschiedlicher Geschwindigkeit bewegt? So seltsam es auch ist, es ist einfach so, und wir haben Beobachtungen, die beweisen, dass dies wahr ist, und nicht nur eine verrückte Theorie.
Was hat das nun mit der Zeitdilatation zu tun?
Nehmen wir an, wir sitzen wieder im Zugwaggon, und dieses Mal habe ich einen Laserstrahl, und an der Seite des Waggons ist ein Spiegel angebracht. Ich stelle mich vor den Spiegel, feuere einen Laserstrahl ab und starte gleichzeitig eine Stoppuhr. Wenn der Laserstrahl vom Spiegel abprallen und zu mir zurückkommen konnte, stoppe ich die Stoppuhr und schreibe auf, wie lange es gedauert hat.
Außerhalb des Zuges befindet sich ein Beobachter, der seine Stoppuhr zum gleichen Zeitpunkt wie der Laserstrahl startet und sie anhält, wenn der Laserstrahl nach der Reflexion am Spiegel zurückkehrt. Aus seiner Perspektive ist der Zug (und alles im Zug) jedoch in Bewegung, d. h. der Weg, den der Laserstrahl zurücklegen musste, ist länger.
Links sieht der Beobachter im Zug, wie der Laser die Strecke L und zurück zurücklegt. Rechts sieht der externe Beobachter, dass der Laser die Entfernung D und zurück zurücklegt, um die Vorwärtsbewegung des Zuges zu berücksichtigen.
So weit, so gut, oder? Aber jetzt wird es seltsam. Da der externe Beobachter den Laserstrahl mit Lichtgeschwindigkeit sieht, genau wie ich im Inneren, dauert es aus seiner Perspektive länger, bis sich das Ereignis entfaltet. Ihre Stoppuhr zeigt mehr Reisezeit an. Unsere Stoppuhren stimmen nicht überein, obwohl wir das gleiche Ereignis beobachtet haben. Ich, der Beobachter im Zug, habe weniger Zeit vergehen sehen als Sie draußen - in der Tat erscheint alles im Zug im Vergleich zu Ihnen verlangsamt.
Das spielt natürlich nur eine Rolle, wenn man sehr schnell fährt. In der Realität, selbst in einem sehr schnellen Zug, ist der Unterschied in den Beobachtungen so gering, dass wir ihn nicht wirklich feststellen können. Aber er ist da, und je näher man sich der Lichtgeschwindigkeit nähert, desto ausgeprägter ist dieser Effekt.