Können Atome schneller als Lichtgeschwindigkeit schwingen?

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10 Antworten

Moleküle sind quantenmechanische Objekte. Die quanten­mechani­sche Schwin­gung funk­tio­niert aber nicht so wie die klassische.

In der klassischen Schwingung zappelt das Ding zeitabhängig: Zu einem Zeit­punkt ist es links, etwas später rechts, dann wieder links etc. Die Zeit, die es von links nach rechts und wieder zurück braucht heißt Periode. Wenn es stärker schwingt, dann steigt die Ampli­tude kon­tinuier­lich an („weiter nach links“, „weiter  nach rechts“), aber die Periode bleibt gleicht; daher muß es sich mit höherer Ge­­schwin­dig­keit bewegen.

Fast nichts davon trifft auf quantenmechanische Schwingungen zu. Da bewegt sich nichts, alle Zustände sind stationär (hängen also nicht von der Zeit ab). Es gibt also gar keine Ge­schwin­dig­keit, aber per­­verser­weise trotzdem eine kineti­sche Energie. Statt einses sich zeit­lich än­dern­den Ab­stan­des hat man eine Wahr­schein­lich­keits­vertei­lung, die bereits für den Grund­zustand („so wenig Schwingung wie möglich“) eine breite Glocke ist.

Diese Verteilung gibt an, wie wahrscheinlich es ist, in einem Experiment einen gewählten Abstand zu messen; aber das heißt nicht, daß sich etwas bewegt, sondern, daß der Abstand un­­bestimmt ist und bei einer Messung vers­chiede­ne Werte (mit ver­schie­de­nen Wahr­schein­lich­keiten) liefern kann.

Angeegte Schwingungszustände entsprechen grob dem klassi­schen „stärkeren Zappeln“, und sie haben eine größere Varianz (Un­bestimmt­heit) der Aus­len­kung (ent­­spricht klassisch der größeren Ampli­tude). Aber das geht nicht kon­tinuier­lich, sondern in ziem­lich großen Sprüngen. Und auch angeregte Zustände sind stationär, d.h., zeit­unab­hän­gig, und es gibt keine Ge­schwin­dig­keit.

Molekülschwingungen haben also eine Periode aber keine Geschwindigkeit.

Unabhängig davon brauchen sie keine relativistischen Korrekturen, weil die Schwin­gungs­­energien gedeckelt sind: Würde man in eine Schwin­gung eine höhere Energie als die Bin­dungs­energie hinein­stecken, würde das Molekül nicht schwingen sondern zerfallen. Bindungs­energien liegen aber konsistent bei ein paar 100 kJ/mol, und mit den in der Größen­ordnung fixen Atom­massen reicht das nicht für relativistische Effekte.

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Ganz sicher schwingen Atome nicht mit Überlichgeschwindigkeit!

Schwingungen von Atomen gibt es übrigens nur in Festkörpern oder zumindest Molekülen. Freie Atome in Gasen zum Beispiel schwingen nicht, sondern bewegen sich frei.

Eine Schwingung ist eine Bewegung mit einer rückstellenden Kraft. Bewegst Du Dich weg, zieht die Kraft Dich zurück. Durch die daraus entstehende Bewegungsenergie schiesst Du aber über den Nullpunkt hinaus und das Ganze fängt wieder von Vorne an.

Selbstverständlich ist das eine Informationsübertragung zwischen Atom und Kraftfeld!

Denke lieber in "Wirkung" als in "Information". Hier wird eine Wirkung auf das Atom ausgeübt. Und die bewegt sich nie schneller als das Licht.

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Atome Schwingen nicht und können sich auch nicht mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Temperatur ist Bewegung also kinetische Energie. Moleküle in der Luft schwingen nicht sondern flitzen wie wild umher. Sind sie schnell genug tun sie uns beim Aufprall auf unsere Haut weh - wir spüren es als Hitze. 

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Kommentar von Bujin
24.12.2015, 03:04

Wer auch immer hier runter-gevotet hat. Erleuchte mich. Aber bitte mit Quellenangabe. Bin mal gespannt welche Kraft ein einzelnes masse-behaftetes Atom zum Schwingen bringt :) 

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Kommentar von OlliBjoern
24.12.2015, 13:16

Klar schwingen Moleküle (schau mal unter "Schwingungsspektroskopie", Stichworte IR-Spektroskopie, Raman-Spektroskopie). Nur tun sie das nicht mit Lichtgeschwindigkeit (wahrscheinlich nicht mal annähernd).

Und sie flitzen umher, klar, das machen sie aber zusätzlich.

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Nein, können sie nicht. Atome schwingen nur im Festzustand und eingeschränkt in der Flüssigkeit. Ab einer gewissen "Schwingungsstärke", sprich Temperatur, geht der Stoff in den gasförmigen Zustand über und dann schwingt nichts mehr. Dann flitzen die Atome geradlinig durch den Raum, bis sie auf ein Hindernis oder ein anderes Atom treffen.

Werden sie noch schneller, also heißer, zerfallen die Atome in tausende von Materieteilchen, das Gas geht in ein Plasma über. Aber auch im Plasma wird die Lichtgeschwindigkeit nicht überschritten. Aus dieser Tatsache errechnet sich die Plancktemperatur T(p) als maximal mögliche Temperatur.

T(p) = m(p) * c^2 / k = 1,417 * 10^32 K

mit m(p) = Planckmasse
c = Lichtgeschwindigkeit im Vakuum
k = Boltzmannkonstante

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Kommentar von 314156926
24.12.2015, 14:38

Gasförmige Stoffe zeigen sehr wohl Vibration und Rotation!

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Und jetzt schreib noch mal ganz deutlich, dass du

das Schwingen

verstanden hast.

Hatte noch nicht so viel zu lachen heute.

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Nein können sie nicht.

Es gibt eine Obergrenze für die Temperatur. Bei der Hagedorn-Temperatur geht die Materie wie wir sie kennen kaputt und damit streng genommen auch die Definition für die Temperatur. Jedoch kann man als Energieäquivalent angenommen die Kelvinscala weiter hoch gehen, bis zur Planck-Temperatur, bei der dann die Raumzeit verschmilzt und nichts mehr geht.

Es gibt Phänomene wie das überschreiten der lokalen Lichtgeschwindigkeit in einem Medium (nur im Vakuum ist die Lichtgeschwindigkeit maximal schnell). Dann tritt sowas wie ein Überschallknall auf, die Tscherenkow-Strahlung. Das geht nur bei Teilchen, die kaum mit der normalen Materie wechselwirken, wie den Neutrinos.

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Zufall, erst vor kurzem mit unserer Physik-Lehrerin besprochen.

Ja, Atome können sich schneller als Licht bewegen und nein, es gibt keine Obergrenze der Temperatur.

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Kommentar von Maxi017
24.12.2015, 02:24

Berichtige mich, falls ich falsche liege aber soweit ich weiß können Atome, die sich über Lichtgeschwindigkeit bewegen niemals unter Lichtgeschwindigkeit abbremsen. Desweiteren können Atome die sich unter Lichtgeschwindigkeit bewegen niemals über Lichtgeschwindigkeit beschleunigen, da dafür ein unendlich großer Energieaufwand nötig wäre. Also müsste es ja zumindest einen Temperaturbereich (und somit auch Grenzen) für Atome die sich über bzw. unter Lichtgeschwindigkeit bewegen geben.

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Kommentar von Peter242
24.12.2015, 02:27

Eure physik Lehrerin sagt Atome können schneller als Licht sein? Mit welcher Begründung sagte sie das?

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Kommentar von OlliBjoern
24.12.2015, 13:12

Ich vermute mal, es ist gemeint, dass innerhalb von Materie (wir reden also nun nicht vom Vakuum) ein Teilchen schneller als das Licht im selben Medium (!) sein kann. (Entstehung der Tscherenkow-Strahlung...)

Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum (c) wird dabei nicht übertroffen (weder vom Licht noch vom Teilchen).

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Nein.

Die Temperatur ist eine statistische intensive physikalische Größe.

Und im Gegensatz zu der allgemein verbreiteten Vorstellung ist sie nicht proportional zur

Geschwindigkeit der beteiligten Teilchen

sondern zur

kinetischen Energie der Teilchen.

Während die Geschwindigkeit nicht über die des Lichtes hinaus wachsen kann, kann aber die kinetische Energie eines Teilchen beliebig groß werden.

Wegen der relativistischen Massenzunahme.

Darum gibt es theoretisch auch keine Obergrenze der Temperatur.

Theoretisch.

Praktisch allerdings schon, denn bei solch hohen kinetischen Energien verhält sich ein Gas (Plasma) nicht mehr wie ein ideales Gas. Die Teilchen reagieren bei jedem Zusammenstoß miteinander und lösen Spallationsreaktionen aus.

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Kommentar von Maxi017
24.12.2015, 02:35

Uhm man kan so nicht einfach sagen das die Geschwindigkeit nicht über Lichtgeschwindigkeit hinauswachsen kann. Man kann darüber lediglich spekulieren, aber so genau kenne ich mich damit nicht aus. Das hier wäre vielleicht ganz interessant für dich:

https://de.wikipedia.org/wiki/Tachyon

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Es gibt die Planck Temperatur, welche im Moment noch die höchst mögliche Temperatur sein soll.Die ist etwa 1,4 x 10^32 Kelvin.  

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Kenne mich mit Physik jetzt nicht so gut aus aber soweit ich weiß kann etwas laut unseren aktuellen physikalischen Gesetzen nicht über Lichtgeschwindigkeit beschleunigen. D.h. etwas, das momentan unter Lichtgeschwindigkeit ist kann niemals schneller als Lichtgeschwindigkeit werden (würde unendlich großen Energieaufwand benötigen). Also müsste es theoretisch eine Temperaturgrenze geben die nur durch Teilchen, die momentan unter Lichtgeschwindigkeit schwingen, erreicht werden kann.


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