Ist es möglich etwas schnelleres als Lichtgeschwindigkeit zu erzeugen?
Hallo, ich wollte mal wissen, ob es möglich ist, dass man (wahrscheinlich im Labor) etwas schnelleres als Lichtgeschwindigkeit erzeugen kann? Wenn ja, was?
11 Antworten
Hallo MarvinK08,
es ist an sich kein Problem, etwas mit Überlichtgeschwindigkeit zu erzeugen. Beispiele sind etwa
- ein drehbarer Laser und eine hinreichend weit entfernte Fläche,
- ein Körper vor einer "punktförmigen" Lichtquelle, der einen Schatten ins All wirft, und eine weit entfernte Fläche, oder schließlich
- eine Reihe von Lichtern in einer Reihe, die programmiert sind, zu bestimmten Zeiten (nach einer gemeinsamen Bezugsuhr) aufzuleuchten, und zwar entlang der Linie, in der sie liegen, so kurz nacheinander, dass man von einer Lampe das Aufleuchten der Vorläuferin erst nach dem eigenen Aufleuchten sähe.
Wenn man nun den Laser dreht, sich der schattenwerfende Körper schnell bewegt oder das Programm abläuft, huscht einige Zeit später ein Lichtfleck oder ein geworfener Schatten überlichtschnell über die ferne Fläche, respektive die Lampen bilden eine Art überlichtschnelle optische LaOla.
Bei dem Lichtfleck handelt es sich eigentlich um den Schnittpunkt zwischen dem Licht"strahl" (der durch die Bewegung spiralförmig verformt wird) und der Fläche, und bei dem geworfenen Schatten ist das ähnlich. Die Aufleucht- Ereignisse der Lampen sind unabhängige, raumartig getrennte Ereignisse. Diese Eigenschaft ist eine Verallgemeinerung der Eigenschaft, gleichzeitig zu sein; darauf komme ich noch.
Es handelt sich samt und sonders um Phänomene ohne innere zeitliche Ordnung. Das muss so sein, da die zeitliche Reihenfolge raumartig getrennter Ereignisse von der Wahl des Bezugssystems abhängt.
Abb. 1: Die Bewegungsrichtung eines überlichtschnell bewegten Schnittpunkts oder der geschilderten Leucht- LaOla (hier dargestellt durch die grüne Linie) ist in zwei unterschiedlichen Koordinatensystemen entgegengesetzt.
Abstände zwischen EreignissenEreignisse lassen sich grob idealisiert als Punkte in der Raumzeit beschreiben. Um etwa ein Treffen miteinander zu vereinbaren, brauchen wir eine gemeinsame Bezugsuhr U, also eine Uhr, die wir als stationär ansehen.
Erst sie zerlegt die Raumzeit in Zeit und Raum. Mit "Zeit" ist die von U angezeigte/ von U aus ermittelte Zeit t gemeint, mit "Ort" die Position relativ zu U, die sich in einem von U aus definierten Koordinatensystem Σ als (x | y | z) darstellt. Auch t ist als Koordinate aufzufassen. Wir können Σ auch räumlich drehen, wobei dann ein anderes Koordinatensystem Σ° herauskommt.
Wenn es zwei Ereignisse €₁ und €₂ geht, reden wir über Koordinatendifferenzen Δt = t₂ − t₁, Δx = x₂ − x₁, Δy = y₂ − y₁ und Δz = z₂ − z₁, und Δt° = Δt, Δx°, Δy° und Δz° entsprechend.
Die drei räumlichen lassen sich zum "räumlichen Abstand" Δs zusammenfassen, und zwar nach dem Satz des PYTHAGORAS:
(1) Δs² = Δx² + Δy² + Δz² ≡ Δx°² + Δy°² + Δz°²
Dieses sagt auch aus, dass die räumliche Drehung natürlich nichts an Δs ändert.
Allerdings sagt GALILEIs Relativitätsprinzip (RP) aus, dass ein von einer relativ zu U mit konstanter Geschwindigkeit v›, z.B. in x- Richtung bewegten Uhr U' aus definiertes Koordinatensystem Σ' dem Σ gleichwertig ist. Die Naturgesetze, die grundlegenden Beziehungen zwischen physikalischen Größen, sind unabhängig davon, in welchem der Koordinatensysteme die Größen ausgedrückt werden.
Anders als Δs° ist im Allgemeinen Δs' ≠ Δs. Wenn z.B. in bei U' zwei Ereignisse im Zeitabstand Δt nacheinander stattfinden, haben sie in Σ den räumlichen Abstand Δs = v∙Δt. Ιn Σ' ist der räumliche Abstand hingegen Δs' = 0, sie sind gleichortig. Allgemeiner nennt man solche Ereignisse zeitartig getrennt.
Die Zeitspanne Δt', die U' misst, ist in dem Fall mit der Eigenzeit Δτ identisch, die natürlich eine absolute Größe ist. Schließlich fällt jedes der beiden Ereignisse mit der entsprechenden Zeitanzeige räumlich und zeitlich zusammen.
Die NEWTONsche Mechanik (NM) hält alle Zeitspannen für identisch. Das ist allerdings nicht haltbar, denn das Lichttempo c folgt direkt aus MAXWELLs Grundgleichungen der Elektrodynamik, ist daher selbst ein Naturgesetz und unterliegt daher dem RP, muss also in Σ und Σ' identisch sein.
Daraus lässt sich die MINKOWSKI- Beziehung
(2.1) Δτ² = Δt² − Δs²⁄c² ≡ c²Δt'² − Δs'²⁄c²
herleiten. Dieses Minuszeichen macht den Unterschied zwischen Zeit und Raum aus und begrenzt den Bereich zeitartig getrennter Ereignisse auf den Bereich Δs < cΔt. Ereignisse, für die Δs = cΔt gilt, heißen lichtartig getrennt, und wenn Δs > cΔt ist, sind sie raumartig getrennt, mit dem Gleichzeitigkeitsabstand Δς. Dann müssen wir (2.1) umdrehen und es ist
(2.2) Δς² = Δs² − c²Δt² ≡ Δs'² − c²Δt'².
--- Baustelle ---
Nein.
Dass die Lichtgeschwindigkeit eine unüberwindbare Größe ist, ist eine der Grundannahmen bzw. Naturgesetze der Naturwissenschaft. Und das lässt sich auch nicht durch weitere Forschung überwinden.
Das bedeutet aber nicht, dass es Überlichtgeschwindigkeit nicht gibt. Es gibt sie lediglich nicht in unserem Raum-Zeit Kontinuum. So weiß man Z.B., dass sich das Universum selbst mit Überlichtgeschwindigkeit ausbreitet. Da die Raumzeit aber erst dadurch entstehen und dieser Vorgang damit nicht innerhalb dieser Grenzen passiert, ist das kein Widerspruch zu unseren Naturgesetzen. Jegliche künstliche Erzeugung würde aber notgedrungen innerhalb dieser Grenzen stattfinden, so dass das ausgeschlossen werden kann, und zwar sowohl jetzt als auch in der Zukunft.
Sollten wir tatsächlich irgendwann wie Raumschiff Enterprise durch das Universum reisen können, wird das nicht durch Überschreitung der Lichtgeschwindigkeit passieren, sondern indem man den Raum krümmt und damit einfach die Stecke, die zurück gelegt werden muss verkürzt. Dieser Warp- Antrieb ist aber natürlich bis dato auch nur eine theoretische Überlegung.
Eine theoretische Überlegung ist zumeist nur an- und nicht zuende gedacht. Neben dem von Dir absolut richtig dargestellten Problem gibt es auch noch 1000 andere.
Meine zentrale Aussage sollte dabei lediglich sein, dass man, egal wie man es irgendwann anstellen wird, durchs Universum zu cruisen, man es niemals dadurch schaffen wird, indem man sein Raumschiff schneller als das Licht bewegt.
verstehe jetzt deine Frage überhaupt nicht, eventuell kannst du das Problem noch genauer erläutern?
Wenn man beim Einsteinschen Rumzeitzeitgedanken bleibt und folglich die Krümmung der Raumzeit als Ursache für die Gravitation interpretiert und diese nun zwischen zwei Objekten verkürzt wird, was soll da jetzt das Problem für die Gravitation sein? Durch die Verkürzung des Raumes (egal auf welche Form und Weise) passt sich dementsprechend auch die Raumzeitkrümmung stetig an und damit auch die Gravitation. Alles gut nachvollziehbar gemäß der Allgemeinen Relativitätstheorie.
Ich denke es geht darum, dass durch eine nahe gelegene temporäre Veränderung der Gravitation Planeten aus ihrer Bahn geworfen werden können. Zumindest ist das ein häufig benanntes Problem, das sich aber relativ leicht dadurch beheben lässt, dass man eine entsprechende "Weltraumautobahn" nur in Räumen erlaubt, die verhältnismäßig leer sind.
Dass die Lichtgeschwindigkeit die kosmische Höchstgeschwindigkeit ist, ist richtig, aber auch eine irreführende Fehlbezeichnung Licht als maximale Geschwindigkeit darzustellen. Es liegt nicht am Licht, dass nichts schneller als dies ist, sondern an dem Higgsfeld, welches Materie ihre Trägheit oder auch Masse verleiht. Wie du dich in Wasser auch schwerer fortbewegen kannst, so kannst du es in unserer Raumzeit-Bühne auch, anstelle eines absoluten Vakuums. Das Licht sich mit dieser Geschwindigkeit (eben z.B. auch Gravitation) ausbreitet, hängt damit zusammen, dass es keine Ruhemasse besitzt.
dann geht man wohl fest davon aus, dass das Higgsfeld im Universum sowohl zeitlich als auch räumlich homogen ist. (Felder haben ja nun mal die Eigenschaft räumlich und zeitlich variieren zu können). Wäre es inhomogen verteilt bzw. Schwankungen unterworfen, so wäre c ja auch nur eine von den Raumzeitkoordinaten abhängige Variable?
homogen wie? Lokal oder global im ganzen Universum homogen, und das zeitlich wie räumlich gleichermaßen? Und wo gibt es den Beweis hierzu? Würde mich mal ernsthaft interessieren.
hey nicht falsch verstehen jetzt :) , die Frage war tatsächlich ernst gemeint von mir und nicht etwa, um dich vorzuführen oder zu widerlegen. Ich selbst weiß die Antwort darauf nämlich auch nicht, habe gehofft du kannst mir da weiterhelfen. Da werde ich wohl noch recherchieren müssen ... Ansonsten ist das ja alles richtig, was du zitierst, aber wir wissen, dass selbst die klügsten Physiker und Wissenschaftler oftmals irren können ...
Alles gut, so habe ich das gar nicht aufgenommen. Im Gegenteil, ich bin überrascht hier noch tugendhafte Menschen zu finden
"Ja" in Anführungszeiten.
Da die Raumzeit, nach allgemein anerkannter Auffassung der ART eben nicht der Beschränkung der Lichtgeschwindigkeit unterliegt, also sich z.B. ohne Probleme mit Überlichtgeschwindigkeit ausdehnen kann (wie es sich übrigens kurz nach dem Urknall für eine gewisse Zeitspanne auch tatsächlich so für unser Universum zugetragen haben soll), könnte man rein theoretisch (wie auch immer, nicht Thema hier) mit Überlichtgeschwindigkeit expandierende Raumzeit im "Labor" erzeugen. Zwei darin befindliche Objekte würden sich von außen und auch von innen betrachtet nun mit Überlichtgeschwindigkeit voneinander entfernen (in Wirklichkeit bewegen sie sich aber nicht, sondern sind fix im Raum, sondern nur der Raum zwischen ihnen expandiert, aber das können wir als Beobachter nicht so ohne weiteres unterscheiden). Für einen menschlichen Beobachter würde es letztendlich so aussehen, als ob sich die Objekte mit Lichtgeschwindigkeit voneinander entfernen.
Wer nun denkt, das ist alles Unfug, kann nicht sein etc., der irrt, es gibt tatsächlich einige anerkannte Physiker die sich damit sogar experimentell beschäftigen.
Andere Theorien kommen hingegen aus der Quantenphysik. Hier geht es niemals um exakte Größen, es geht letztendlich immer nur um Wahrscheinlichkeiten. Und genauso verhält es sich mit der Lichtgeschwindigkeit c. Im Mittel ist c natürlich immer gleich und fix die uns bekannte Konstante, aber auf mikrokosmischer Ebene eben nicht mehr. Dort können einzelne Photonen kurzzeitig und mit gewissen Wahrscheinlichkeiten sogar jede erdenkliche Geschwindigkeit annehmen, im Mittel ist sie aber genau die von uns im Makrokosmos beobachtbare Konstante. Es gibt nun spitzfindige Experimentalphysiker, die genau dieses Phänomen im Zusammenhang eines anderen Phänomens, der sog. Quantentunnelung ausnutzen wollen. Glaubt man einigen wissenschaftlichen Veröffentlichungen, so ist es anscheinend bereits gelungen, Informationen (keine Teilchen oder Energie) auf diese Weise mit Überlichtgeschwindigkeit zu übertragen.
Eine andere Idee aus der Quantenphysik, Informationen mit Überlichtgeschwindigkeit zu übertragen, ist die der Verschränkung von Teilchen. Hierüber gibt es sehr viele kontroverse Diskussionen, weshalb ich darauf auch gar nicht näher eingehen möchte. Das Phänomen der Verschränkung ist zwar real und gilt als erwiesen, aber es gibt einfach noch viel zu viel Dissenz und unterschiedliche Interpretationen dazu. Anscheinend ist es dem anerkannten Professor Dr. Zeilinger aus Österreich aber auch hier schon gelungen Informationen unmittelbar, also unendlich schnell über mehrere hundert Meter zu übertragen.
Nein. Lichtgeschwindigkeit ist gewissermaßen die "kosmische Geschwindigkeitsbegrenzung" schneller als Lichtgeschwindigkeit geht es nicht. Für ein Inertialsystem welches sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt vergeht keine Zeit, da es sich in keinem Bezugsystem in ruhe befindet.
damit meine ich Information.
Darauf wurde übrigens, u.a. auch in meiner Antwort, schon genauer eingegangen, falls dich das genauer interessiert ...
Auch Informationen können sich nicht schneller ausbreiten als Lichtgeschwindigkeit und auch Informationen.
Jetzt könnte man mit der Quantenverschränkung argumentieren und ich denke, dass du insgeheim darauf hinauswillst aber machen wir dazu mal ein einfaches Gedankenexperiment:
Wir nehmen eine subatomare Erbsen und packen diese unter eine von 2 Hüttchen. Die subatomare Erbse wird nun zu 50% Wahrscheinlichkeit unter einen der beiden Hüttchen sein.
Nun nehme ich diese Hüttchen, eine lasse ich hier auf der Erde und das andere Hüttchen nehme ich mit zur Andromeda Galaxie. Wie groß ist jetzt die Wahrscheinlichkeit? Ja immer noch 50% warum sollte sich ja auch daran etwas ändern. Ich kann auch am Arsch des Universums damit wandern, es ändert nichts daran.
Jedoch in dem Moment indem unter dem Hüttchen schaue kollabiert die "Wellenfunktion" und die Natur muss die Karten "auf den Tisch legen" und dann wird klar, worunter sich die Erbse befunden hat.
Heißt also, wenn unter dem einen Hüttchen eine Erbse gefunden wird, dann weiß man, dass unter dem anderen Hüttchen keine Erbse ist. Das wirkt wie Infromationsübertragung, tatsächlich hat keine Kommunikation stattgefunden. Das heißt man kann nur Mutmaßen. Man weiß aber trotzdem nicht sicher ob sich unter dem anderen Hüttchen nicht auch eine Erbse befunden hat.
Vor der Messung befindet sich die Erbse mit gleicher Wahrscheinlichkeit unter beide Hüttchen. Das heißt die Erbse befindet sich vor Zeitpunkt der Messung gleichzeitig unter Hüttchen 1. und 2. Das wird in der Fachwelt "Superposition" genannt. Erst die Messung legt das Ergebnis fest.
Mit Informationsübertragung hat das jedoch nichts zu tun. Information schneller als Licht zu übersenden ist also unmöglich auch mithilfe der Verschränkung.
Zu theoretisch und nicht zu Ende gedacht. ....
Wenn ich zwischen 2 Planeten fliege und den Raum dazwischen verkűrze , was passiert mit der Gravitation zwischen den Planeten?