Können Atome schneller als Lichtgeschwindigkeit schwingen?
Wir wissen, dass Informationen nicht schneller als Lichtgeschwindigkeit übertragen werden können. Nun ist das Schwingen an sich jedoch keine Informationsübertragung. Das Schwingen der Atome signalisiert ja die Energie, bzw. wie warm etwas ist. Also gibt es keine Obergrenze für die Temperatur? Ist das so richtig oder lieg ich irgendwo falsch? Danke im Vorraus!
10 Antworten
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.
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.
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.
Nichts ist schneller als das Licht , sagt man jedenfalls.
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.
Eure physik Lehrerin sagt Atome können schneller als Licht sein? Mit welcher Begründung sagte sie das?
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).
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.