Frage von chrisis98, 196

Ist Lichtgeschwindigkeit wirklich das Limit?

Hallo ich habe mal gehört, dass es nicht möglich sei, schneller als das Licht zu sein... Ich frage mich nur, warum?

Wie kommt man dazu so etwas zu behaupten, nur weil man nichts Schnelleres kennt?

Wieso gibt es diese Theorie die als physikalisches Gesetz behandelt wird?

Immerhin muss es ja nicht das Limit sein. Kennt sich jemand mit der Materie aus und hat vielleicht eine Erklärung parat?

Expertenantwort
von SlowPhil, Community-Experte für Physik, 57

Lichtgeschwindigkeit das Limit?

Genauer gesagt die Vakuumlichtgeschwindigkeit c = 299792458m/s. Sie ist eigentlich ein Geschwindigkeitsbetrag (engl. speed). Geschwindigkeit ist eigentlich eine Vektorgröße, g.h. sie hat eine Richtung. Geschrieben wird sie oft mit v oder v⃑ (v wie engl. velocity), ich schreibe besonders hier gern |v›. Mit v wird entweder der Betrag oder eine Komponente in einer bestimmten Richtung bzw. die eindimensionale Version bezeichnet.

Wie kommt man dazu so etwas zu behaupten nur weil man nichts anderes kennt?

Das wäre in der Tat ein schwaches Argument dafür, dass c  eine Obergrenze für Geschwindigkeitsbeträge darstellt. Darauf beruht diese These aber nicht.

Sie folgt als Konsequenz aus Einsteins Relativitätstheorie (RT).

Aus ihr folgt, dass etwas, das Masse hat, c nicht einmal erreichen kann, weil dafür unendlich viel Energie erforderlich wäre. Außerdem folgt aus ihr, dass Überlichtgeschwindigkeiten möglich sind, aber nur für etwas, das keinem Kausalitätsprinzip unterliegt. Zur Begründung muss ich weiter ausholen. 

Wieso gibt es diese Theorie…

Du meinst wahrscheinlich »These« oder »Hypothese«. Eine Theorie ist weit mehr als das. Da ist schon viel belegt und - soweit dies in der Physik möglich ist - auch bewiesen. Natürlich kann man keine Hypothesen beweisen, aber auf Grundlage einer Prämisse einen logisch zwingenden Schluss ziehen.

…die als physikalisches Gesetz behandelt wird? 

Weil sie eines ist, übrigens fest in der klassischen Mechanik verankert.

Die RT wird oft als eine Art umstürzlerische Neuerung dargestellt, dabei beruht sie streng auf einem grundlegenden Prinzip der klassischen Physik, nämlich Galileis Relativitätsprinzip (RP).

Es gibt nämlich nicht die Geschwindigkeit an sich, sondern nur die Geschwindigkeit relativ zu einem Körper oder Beobachter A oder abstrakter, relativ zu einem Koordinatensystem K.A, das Bezugsrahmen oder -system oder Referenzsystem heißt und als ruhend betrachtet wird.

Das RP besagt, dass Du mit demselben Recht ein anderes Koordinatensystem als Referenzsystem wählen kannst, z.B. K.B, das sich relativ zu K.A mit konstant (v;0;0) bewegt und in dem Du ruhst. In K.B gelten nämlich dieselben Naturgesetze wie in K.A.

Im Newton-Limes v ≪ c kannst Du mit den Galilei-Transformationen 

(1.1) t.B = t.A = t
(1.2) x.B = x.A – v·t

umrechnen, und die Galilei-Transformation zu (-v),

(1.3) x.A = x.B – (-v)·t = v·t,

ist die passende Rücktransformation.

Die RT ist die konsequente Anwendung des RP auf die Gesetze der Elektrodynamik. Aus diesen folgt die Ausbreitung elektromagnetischer Strahlung mit dem Betrag c. Wenn hier das RP gelten soll, muss die Lichtgeschwindigkeit relativ zu K.A und K.B den Betrag c haben, und das leisten (1.1-3) nicht.

Aus der Forderung lassen sich jedoch die Lorentz-Transformationen

(2.1) t.B = γ(t.A – v·x.A/c²)
(2.2) x.B = γ(x.A – v·t.A)
(2.3) t.A = γ(t.B + v·x.B/c²)
(2.4) x.A = γ(x.B + v·t.B)

herleiten. Zeit (ggf. mal c) wird zu einer Koordinate der nunmehr (1+3)-dimensionalen Koordinatensysteme K.A und K.B (die Zeit nimmt eine Sonderstellung ein), die sich (mutatis mutandis) als gegeneinander gedrehte Koordinatensysteme beschreiben lassen.

Der Lorentz-Faktor γ ergibt sich daraus, dass bei einer Lorentz-Transformation mit –v wieder x.A und t.A herauskommen sollen, nämlich zu

(3.1) γ = 1/√{1 – (v/c)²},

wie sich leicht am Beispiel von (2.4) nachrechen lässt:

x.A = γ(x.B + v·t.B) = γ(γ(x.A – v·t.A) + v·γ(t.A – v·x.A/c²))
      = γ²(x.A – v·t.A + v·t.A – v²·x.A/c²) = γ²(x.A – v²·x.A/c²)
      = x.A·(γ²(1 – v²/c²))

Bist Du nun B und misst auf Deiner mitbewegten Uhr eine Zeitspanne

Δτ = Δt.B[x.B ≡ 0]

(Deine Eigenzeit), verwendest aber K.A als Bezugsrahmen, so weißt Du, dass »in Wirklichkeit« (nämlich in K.A) Δt.A=γΔτ verstrichen ist, es ist also auch

(3.2) γ = Δt.A/Δτ

ein Maß dafür wie schnell Du Dich als B bezüglich t.A zeitlich vorwärts bewegst.

Nach Deiner eigenen Uhr kannst Du beliebig schnell durch den Raum reisen, nämlich mit


Δ|x.A›/Δτ = (Δt.A/Δτ)·(Δ|x.A›/Δt.A) = γ|v›,

doch dabei bewegst Du Dich automatisch mit γ durch die Zeit, und der Quotient bleibt immer unter c.

Was man an (2.1-4) auch gut sehen kann, ist, dass Gleichzeitigkeit  und zeitliche Reihenfolge zweier Ereignisse mit

Δx > c·Δt

vom Bezugssystem abhängen. Überlichtgeschwindigkeiten würden Ereignisse miteinander verbinden, deren zeitliche Reihenfolge nicht festliegt, sodass es für einen überlichtschnellen Körper ein Bezugssystem gibt, in dem er eher ankommt als er gestartet ist, und das verstößt gegen das Kausalitätsprinzip, vor allem, wenn er ebenfalls mit Überlichtgeschwindigkeit zurückkehren können sollte.

Phasengeschwindigkeiten oder vorabgesprochene La-Olas, aber auch Lichtflecke von Laserstrahlen können sich hingegen beliebig schnell durch den Raum bewegen, ohne sich dabei schneller als mit 1 durch die Zeit zu bewegen, wobei die Richtung aber vom Bezugssystem abhängt.

Kommentar von Patrickson ,

Stimmt alles, danke! Die wichtigste aussage von dir finde ich: Ueberlichtgeschwindigkeit kann nur von etwas erreicht werden, das nicht dem kausalitätsprinzip unterworfen ist! 

Kommentar von Patrickson ,

Total wichtig finde ich deinen hinweis auf das bezugssystem! Dabei geht es ja eben gerade um die gleichzeitigkeit: wenn ein flugzeug mit 1000 kmh fliegt und ich fliege nebenan ebenfalls mit 1000 kmh, so findet zwischen dem flugzeug und mir gleichzeitigkeit statt, dh. die zeit bleibt stehen und für mich bleibt das flugzeug stehen. Wenn ich 1005 kmh fliege, so bewege ich mich zu dem flugzeug mit 5 kmh. 

Kommentar von SlowPhil ,

 …wenn ein flugzeug mit 1000 kmh fliegt und ich fliege nebenan ebenfalls mit 1000 kmh,…

…und zwar in dieselbe Richtung, dann befinden sich Du und das betrachtete Flugzeug relativ zueinander im Ruhezustand.

 …so findet zwischen dem flugzeug und mir gleichzeitigkeit statt,…

Die Formulierung ist unklar. Richtig ist in jedem Fall: Du und der Pilot haben einen gemeinsamen gleichzeitigen Raum und könnt Eure Uhren miteinander synchronisieren. Sie bleiben (sofern sie richtig gehen) synchron.  

…d.h. die zeit bleibt stehen…

Das auf keinen Fall. Im Gegenteil: Sie läuft synchron. Eure Zeitachsen sind parallel.

Antwort
von ProfFrink, 48

Wie kommt man dazu so etwas zu behaupten nur weil man nichts anderes
kennt? Wieso gibt es diese Theorie die als physikalisches Gesetz
behandelt wird?

Aus Deinen Frage ist ja sogar eine richtige Empörung heraus hörbar. Tatsächlich gehört die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit zu den sehr gut abgesicherten Beobachtungen dieser Welt. Sie ist auch eine Eigenschaft des leeren Raumes und kann sogar aus zwei anderen Naturkonstanten berechnet werden. Das ist zum die Dieelektrizitätskonstante des leeren Raumes

epsion-null = 8,854*10^-12 As/Vm

und magnetische Permeabiliät des leeren Raumes

my-null = 1,257*10^-6 Vs/Am

c = 1/Wurzel( eps-null * my-null)

Rechne nach.

Und trotzdem gibt es höhere Geschwindigkeiten. Es sind die so genannten Phasengeschwindigkeiten, die man Speiseleitungen von Antennen beobachtet, in Hohlleitern. In der Nähe der untersten Grenzfrequenz einer Hohlleitung können diese Phasengeschwindigkeiten sogar Vielfache der Lichtgeschwindigkeit erreichen. Aber: Der reine Energietransport bzw. der Informationstransport erfolgt trotzdem nur mit Lichtgeschwindigkeit. Prof. Nimtz in Köln hat in den 90er Jahren einmal gezielt Experimente mit Hohlleitern angestellt, um diese Phasengeschwindigkeit zu nutzen. Ist meines Wissens aber nichts gescheites dabei heraus gekommen.

Antwort
von Physikus137, 25

 Zunächst einmal ist die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit ein Ergebnis der klassischen Physik − nämlich der Elektrodynamik.

Das hat die Sonderbehandlung der Zeit beim Übergang von einem bewegten zu einem unbewegten Bezugssystem (Inertialsystem) in eine Krise gestürzt. Bei der Galileitransformation ist nämlich die Lichtgeschwindigkeit nicht konstant.

Die Auflösung erfolgte mit der Lorentz-Transformation. Es lässt sich zeigen, dass diese die einzige konsistente Möglichkeit darstellt, die Transformation zwischen Inertialsystemen, die die Lichtgeschwindigkeit konstant lässt. Die "Lichtgeschwindigkeit als Limit" ist eine Konsequenz daraus. 

Antwort
von Sanxra, 78

Warum braucht ein großer LKW denn mehr Sprit als ein kleines Auto mit demselben Treibstoff? - Das ist zwar jetzt kein allzu optimales Beispiel, aber du kannst es sicher hierauf übertragen; Jede masse, die beschleunigt wird, benötigt dafür eine gewisse Energie, da licht - knapp gesagt - "keine Masse" besitzt, ist auch die Energie zur Beschleunigung von Licht - wie vermuten lässt - bei "0".

Genaueres kannst du dir allerdings mit dieser Formel herleiten; E = mc^2(quadrat), wobei E die Energie, m die Masse und c^2 die Lichtgeschwindigkeit in's quadrat ist (was aber sicher jedem bewusst ist) - Wie viel Energie jetzt ein kleiner Wurfball mit 200g benötigen würde, das kannst du gern' ausrechnen und dann mit der Jahresleistung aller Kraftwerke dieser Welt vergleichen!

Kurz gesagt kann nichts materielles wirklich die Lichtgeschwindigkeit erreichen (auf keinstem Fall die Raumschiffe mit ihrer 10fachen Lichtgeschwindigkeit :D) da man diese Summen an Energie nicht aufbringen könnte.

Da das Thema aber tiefgründiger ist, als sich vermuten lässt, hoffe ich mal, deine Frage soweit beantwortet zu haben.

Kommentar von FrankCZa ,

Ja also die Formel E=mc² sagt nicht wieviel Energie man benötigt um Lichtgeschwindigkeit zu erreichen, ansonsten stimmts einigermaßen^^

Kommentar von Sanxra ,

Wirklich? ^^' Oh, dann Denkfehler meinerseits... Wir haben im Unterricht nur gelernt; "E ist die Energie" - Da muss ich was falsch verstanden haben, berichtigen sie mich da mal bitte...

Kommentar von MagicalMonday ,

E steht für Energie, ja. Aber die Formel sagt eigentlich nur aus, dass Masse immer auch mit Energie einhergeht. Mit Geschwindigkeit hat E=mc² zunächst mal nichts zu tun.

Kommentar von Sanxra ,

Okay, vielen Dank!

Antwort
von segler1968, 58

Das ist so. Man kommt dazu, das zu behaupten, weil diese Hypothese die Realität am besten beschreibt. Informiere Dich über die allgemeine Relativitätstheorie. 

Wenn Du - was sehr unwahrscheinlich ist - ein valides Gegenargument hast, bekommst Du mit Sicherheit mindestens einen Nobelpreis.

Antwort
von precursor, 13

Hallo !

Das kann man beweisen.

Nehmen wir mal an eine Tennisballmaschine schießt Tennisbälle mit einer Geschwindigkeit von 120 km / h ab (Diese Geschwindigkeit erreichen diese Maschinen wirklich).

Nun montiert man diese Tennisballmaschine fest verankert auf das Dach eines Autos.

Das Auto fährt mit 140 km / h und gleichzeitig feuert die Tennisballmaschine auf dem Dach Tennisbälle ab.

Man kann beweisen, dass die Tennisbälle dann eine Geschwindigkeit von 260 km / h haben, weil die Geschwindigkeiten sich addieren.

Das Licht, was aus den Scheinwerfern des Autos strahlt, müsste dann ja auch eine Geschwindigkeit von Lichtgeschwindigkeit + Geschwindigkeit des Autos haben, hat es aber nicht.

Man hat es ganz genau nachgemessen, die Lichtgeschwindigkeit bleibt immer gleich und beschränkt, man kann keine Geschwindigkeit zur Lichtgeschwindigkeit hinzu addieren.

Antwort
von MagicalMonday, 102

Wenn du es etwas mathematisch angehen willst, stelle dir ein rechtwinkliges Dreieck vor. Oder besser noch, zeichne eines.

Die beiden Katheten benennst du "p·c" und "m·c²". p ist dabei der Bewegungsimpuls, m ist die Masse und c die Lichtgeschwindigkeit.

Die Hypotenuse beschriftest du mit "E", was für die Energie steht.

Wendest du auf dieses Dreieck den Satz des Pythagoras an (a²+b²=c²), erhälst du die Formel: E² = pc² + (mc²)²

In diesem Verhältnis stehen diese Werte zueinander. Das ist ein Naturgesetz und lässt sich nun mal nicht ändern.

Wenn es nun um Geschwindigkeit geht, dann gilt: V = c · (pc / E)

An deinem Dreieck kannst du leicht erkennen, dass - egal wie du es drehst und wendest - E immer größer ist, als pc. Daher ist pc/E immer kleiner als 1, und c multipliziert mit einem Wert kleiner 1 ist immer kleiner als c.

pc und E sind nur dann gleich groß, wenn m (also die Kathete, die du mit "mc²" beschriftet hast, Null beträgt. In dem Fall ist pc/E immer 1, und die Geschwindigkeit V ist immer gleich c.
Das heißt, dass sich Objekte, die keine Masse besitzen, immer und nur mit Lichtgeschwindigkeit bewegen.

Übrigens nur so am Rande: Lässt du die Bewegung weg (pc = 0), betrachtest du nur das Verhältnis von Masse zu Energie in einem unbewegten Objekt. So erhälst du die Formel E=mc². Kommt dem einen oder anderen vielleicht bekannt vor. ;-)

Es gibt noch andere Betrachtungsweisen um zu erklären, weshalb massereiche Materie niemals Lichtgeschwindigkeit erreichen kann. Aber diese hier fand ich immer recht anschaulich.

Kommentar von Jackie251 ,

Achso?
Wenn man also zunächst definiert dass m x c² eine Seite des Dreiecks ist, dann erhält man m x c² als Summe sobald man die andere Seite zu L = 0 setzt?
Das ist ja super.

Was passiert eigentlich wenn man eine der Kathetenseiten als pi x Daumen definiert und die andere Seite auf 0 setzt?

Kommentar von MagicalMonday ,

Dann ist die Hypotenuse gleich Pi mal Daumen.

Dir scheint aber nicht ganz klar zu sein, dass nicht jemand einfach nur mal zum Spaß solange irgendwo irgendwelche Werte eingesetzt hat, bis "Überlichtgeschwindigkeit = unmöglich" herauskam. 

Naturgesetze sind klare, immer wieder überprüfbare Beobachtungen. Und diese Beobachtungen zeigen nun mal, dass Energie, Masse und Bewegung auf genau diese Weise zusammenhängen.
Die Tatsache, dass massereiche Teilchen niemals auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden können, ist einfach nur eine logische Schlussfolgerung daraus. Und inzwischen hat sich absolut alles, was die Relativitätstheorie gefolgert hat, in Experimenten und Beobachtungen bestätigt. Daran gibt es also nichts zu rütteln.

Kommentar von Jackie251 ,

Ich fand zwar lediglich aus mathematischer Sicht deine Erkenntnis lustig, dass am Ende von zauberhafter Hand etwas herauskommt, dass man vorher eingesetzt hat. Aber du hast du wohl mehr rein interpretiert.

Und "Naturgesetze" geben leider nur das derzeitige Verständnis der Menschen wieder. Wir haben noch nicht die Weltformel. Es gibt reichlich Belege in der Wissenschaftsgeschichte, dass man Modelle wieder aufgeben musste, weil neue Modelle das ganze Besser erklären konnte. Man fand heraus, dass gewisse Dinge lediglich eine starke Vereinfachung darstellen, die zwar im praktischen Leben noch ausreichend korrekt sind, aber eben nicht wissenschaftlich genug. Und es gibt auch Vermutungen das über lange Zeiträume bestanden bis sie bewiesen werden konnten.

Wenn eines sicher ist, dann doch dies: in 1000 Jahren werden Historiker auf unsere Wissenschaft blicken und feststellen:
- dort waren sie auf dem richtigem Weg
- hier hatten sie gute Ansätze, waren aber technologisch nicht so weit
aber auch
- dort waren die damaligen Theorien schlicht Schwachsinn
(okay sicher ist auch das nicht, vielleicht hat sich die Menschheit bis dahin ausgelöscht....)

Die Datenmenge die man aus Experimenten erhält reicht nämlich uU gar nicht aus um das korrekte Ergebnis zu ermitteln. Denn unsere Messgeräte bilden nur einen Teil das tatsächlichen Geschenisse ab.

Kommentar von MagicalMonday ,

Naturgesetze geben nicht unser derzeitiges Verständnis wieder, sondern unsere Beobachtungen. Von daher gibt es an Naturgesetzen nichts zu rütteln sondern höchstens zu ergänzen. Sie können nicht falsch sein.

Was (zumindest teilweise) falsch sein kann, sind die zugehörigen Theorien, die zu erklären versuchen, warum sich die Dinge so verhalten, wie sie es unverkennbar tun.

1000 Jahre sind dabei übrigens wesentlich zu großzügig angesetzt. Man sagt, dass naturwissenschaftliche Theorien eine Halbwertzeit von etwa 30 Jahren haben. Das würde bedeuten, wenn du dir heute eine komplette Physik-Enzyklopädie zulegst, schon in 30 Jahren die Hälfte der Theorien darin überholt wären.

Wenn es um die Relativitätstheorie geht, sprechen wir aber von einer der best untermauerten Theorien, die es jemals gab. In allem, was wir seither beobachtet haben, fand sich diese Theorie exakt bestätigt. Anwendungen wie z.B. Satellitennavigation würden nicht funktionieren, wenn man Effekte, die diese Theorie vorhergesagt hat, nicht einberechnen würde.

Was gut passieren kann -und hoffentlich wird - ist, dass die Theorie noch ergänzt wird. Wie du ja selbst sagtest, eine Weltformel haben wir noch nicht.
Dennoch ist alles, was die Relativitätstheorie heute aussagt, absolut korrekt. Vielleicht unvollständig, aber mit Sicherheit nicht falsch.

Kommentar von Jackie251 ,

"Von daher gibt es an Naturgesetzen nichts zu rütteln sondern höchstens zu ergänzen. Sie können nicht falsch sein."

Ich frage mich ob du das auch so siehst wenn du mal ein paar Monate nur 10% deines Lohns ausgezahlt bekommt und auf die Beschwerde die Lohnabrechnung sei falsch die Antwort erhälst:
"An Lohnabrechnungen gibt es nichts zu rüttel, sonden höchsten zu ergänzen. Sie können nicht falsch sein."
Selbst ein Gericht im Rechtsstaat macht klar das eine Zeugenaussage durch Weglassen bereits falsch ist.

Selbstverständlich ist unsere Darstellung schlicht falsch wenn es Faktoren gibt die das Ergebnis beeinflussen, wir diese jedoch nicht kennen.

Anders verhält es sich wenn wir Faktoren die wir kennen weglassen, weil ihr Einfluss für den betrachteten Fall gering ist.

Kommentar von MagicalMonday ,

Du verstehst nicht (oder willst nicht verstehen) dass Naturgesetze lediglich Beobachtungen sind. Die bloße Tatsache, dass wir die Gesetzmäßigkeiten in der Natur nun mal so beobachten wie wir sie beobachten, ist nichts, woran es etwas zu diskutieren gäbe.

Der erste Punkt an dem es überhaupt Sinn ergibt etwas einzuwenden, sind die Erklärungen darüber, weshalb sich die Natur so verhält, wie sie es tut. Und das sind die Theorien.

Noch einfacher ausgedrückt: Niemand stellt infrage, ob ein Apfel auf dem Boden fällt (Naturgesetz), sondern höchstens die Erklärung, dass es etwas mit Raumkrümmung zu tun hat (Theorie).

Kommentar von Jackie251 ,

Einfaches Beispielt. Ein Kompas zeigt immer nach Norden. Das war die Beobachtung der Menschen für eine lange Zeit. Aus dieser Beobachtung wird ein "Naturgesetz beschlossen".

Gibs es daran etwas zu diskutieren wegen der Unvollständigkeit? Aber natürlich! Stand der Forschung ist, dass dieses Magnetfeld gar kein "Naturgesetz" ist, sondern sich öfter umpolt.
Die Beobachtung über einen kleinen Zeitraum und ohne höheres Wissen hat also zu einem unvollständig und damit in bestimmten Zeitabschnitten schlicht falschem "Gesetz" geführt.

Dieses Problem darfst du nun auf unsere gesamte Physik übertragen.
Können wir beweisen, dass die Gravitation in dieser Form immer vorhanden war, ist und sein wird? Sind Theorien möglich die ein schwanken der resultierenden Kraft ermöglichen? Ja durchaus.
Wir können nicht den Beweis erbringen, dass zum Zeitpunkt des Gigantismus in der Biologie der Apfel auch mit 9,81 (+/-) m/s² in Richtung Erdschwerpunkt beschleunigt wurde.

Die Menschheit verhält sich hier schlicht selbstgefällig.
Wenn wird heute ein Eingeborenenvolk treffen, das vor 10 Jahren den Einbaum erfunden hat. Wieviel wäre deren Schätzung wohl wert, welche praktikable Schiffsgröße man bauen kann?
Wir Menschen haben seit ein paar tausend Jahren unsere Umwelt beobachtet und es gerade mal geschafft unseren Mond zu besuchen. Maßen uns aber an dass unsere aus lokaler temporärer unvollkommener Beobachtung entstandenen Gesetze für immer und ewig im ganzen Universum gelten.

Es gibt nichts an den Gesetzen zu rütteln? Hand aufs Herz wir beide wissen sehr genau warum du für dein Fallbeispiel einen Apfel und keinen Magneten verwendet hat. Selbst wenn die Gravitation wirkt, muss daraus eben kein zu Boden fallen resultieren. Nur wer ALLE Effekte berücksichtigt erhält das korrekte Ergebnis.
Und genau hier stellt sich nur die Frage ob man so naiv und stolz ist zu glauben, die Menschheit hätte die Natur entschlüsselt und kennt alle Effekte. Oder ob man wissenschaftlich ist und sich bewusst ist, dass wir keine Weltformel haben und somit nicht alle Effekte zusammenfassen können.

Kommentar von MagicalMonday ,

Dass ein Kompass immer nach Norden zeigt, hat auch kein Naturwissenschaftler behauptet. Aber auch die korrektere Aussage, dass sich eine Kompassnadel nach dem Erdmagnetfeld ausrichtet, ist kein Naturgesetz.

Auch die Erdbeschleunigung, von der wir übrigens sehr wohl sagen können, dass sie auch damals schon den gleichen Wert hatte den sie heute noch hat, ist viel zu speziell um ein Naturgesetz zu sein.

Wenn du aber lange genug fallende Äpfel und Planeten beobachtest, kommst du irgendwann zu dem Schluss: "Die Anziehungskraft zwischen zwei Massen ist proportional der Größe der Massen und umgekehrt proportional zum Abstandsquadrat".
Und das ist ein Naturgesetz.

Ein Naturgesetz beschreibt die Zusammenhänge physikalischer Größen so allgemein, dass man davon ausgehen muss, dass sie im gesamten Universum gelten.
"Ein Kompass zeigt nach Norden" gilt nicht mal auf der Erde überall.

Außerdem beschreiben die Gesetze den Ist-Zustand und sagen nicht, dass es auch immer so bleiben wird.

Auch gibt es keinen Naturwissenschaftler der glaubt, wir würden alles wissen und sämtliche Effekte kennen. Dann würden sie nämlich in Rente gehen. ;-)
Ein gutes Beispiel wäre dunkle Energie, welche eine ziemlich neue Beobachtung beschreibt, die wirklich jeden überrascht hat.

Ein Punkt bei dem ich dir aber zustimmen würde ist die Arroganz der meisten Menschen - und damit auch vieler Wissenschaftler- was die menschliche Intelligenz anbelangt.
Denn obwohl wir uns sicher alle einig sind, dass z.B. ein Schimpanse die Weltformel, sollte sie existieren, nicht verstehen können würde, gehen die meisten Leute mit völliger Selbstverständlichkeit davon aus, dass ein Mensch sie verstehen können muss.

Kommentar von SlowPhil ,

Und "Naturgesetze" geben leider nur das derzeitige Verständnis der Menschen wieder.

Naturgesetze sind grundlegende Zusammenhänge zwischen physikalischen Größen. Unser Wissen über sie mag immer Stückwerk bleiben, und jede Theorie mag falsch sein, aber falsch heißt nicht unbrauchbar. Die antike »Ochsenkarrenmechanik« (»worauf keine Kraft wirkt, das bleibt stehen«) war schlecht falsch oder unsauber, weil noch nicht zwischen Kraft, Impuls und Energie unterschieden wurde. 

Newtons Mechanik ist sehr gut falsch, denn sie leidet bis heute Anwendung in weiten Teilen unseres Lebens und hat zudem grundlegende Prinzipien hervorgebracht, die Gültigkeit behalten haben und sogar noch - übrigens von einer Frau , nämlich Emmy Noether - theoretisch untermauert wurden, nämlich die Erhaltungssätze.

Die RT wurde trotz regelrechtem Hass, dem sie selbst von Seiten einiger Physiker ausgesetzt war, niemals widerlegt, obwohl das doch angeblich so einfach ist. Sie muss verdammt gut falsch sein.

Kommentar von Jackie251 ,

Ich fürchte sie muss nicht sehr gut falsch sein.
Hier gehts ja auch viel um Reputation, die Wissenschaft ist bei neuen Ideen bekanntermaßen nicht offen, sondern sowas muss weitgehend erst reinwachsen. Ist es dann erstmal gefestigt, will keiner der Spinner sein der darüber nachdenkt ob es nicht auch die letzten 30 Jahre auf dem falschen Dampfer war.

Unsere Geschichte ist voll von falschen Modellen und Vorstellungen die sich über Jahrhunderte gehalten haben.

Ein einfaches Beispiel für den Fehler in Teilmodelle ist zB MRF. Wo die Viskosität von Flüssigkeiten im allgemeinen von der Temperatur abhängig ist - ändern sich diese zusätzlich bei anliegen von Magnetfeldern. Die Tatsache das es Magnetismus und elektromagnetische Felde gibt ist uns Menschen noch gar nicht mal solange bekannt.

Vieleicht sollte man als Rasse die gerade mal ihren Mond betreten hat vorsichtig sein welche Geschwindigkeiten im Raum erreicht werden können. 

Auch die Evolutionstheorie hat ausreichen "Hass" allein schon die Religionen sind wenig von ihr begeistert da sie keinen Platz mehr für Gott hat.
Dennoch kann sie auf ganz einfach Weise falsch sein. Genau wie eine Zelle einen Kern und DNA hat, können wir nicht beweisen ob es im inzwischen schon mehrfach zerlegtem "unteilbarem" Atom in irgeneiner Ebene keine Atom-DNA gibt.
Womöglich ist die Evolution gar nicht zufällig sondern ein Prozess der bei entsprechender Umwelt immer beginnt. Dann stellt sie die Evolutionstheorie nicht als besonders gut falsch sondern lediglich als falsch weil die einfachste Annahme zugrundegelegt wurde..

Solange man keine Weltformel hat ist zu erwarten das es Bindeglieder gibt die wir noch nicht gefunden haben. Diese können sehr klein sein quasi nur der Kit zwischen den Fugen betrachtet man aber die Unvereinbarkeit manch unserer Modelle, fehlen da wohl durchaus potente Puzzleteile.

Kommentar von MagicalMonday ,

Natürlich kann man in einer magischen Fantasiewelt leben, in der alles möglich ist. Auch das fliegende Spagettimonster kannst du nicht widerlegen, also ist selbst das möglich...

Wenn wir aber weiterkommen wollen, müssen wir nun mal immer so lange von der wahrscheinlichsten Erklärung ausgehen, bis sie widerlegt oder erweitert wird.

Du wirfst übrigens ständig die Worte Gesetz, Theorie und Modell durcheinander. An Naturgesetzen gibt es nichts zu diskutieren. Dass anerkannte naturwissenschaftliche Theorien sich als grundlegend falsch entpuppen, ist extrem unwahrscheinlich. Und Modelle sind nichts weiter als eine Veranschaulichung einer Theorie. Manche sind besser, manche schlechter.

Das Wissenschaftler nicht für neue Ideen offen sind, und ihre Reputation nicht gefährden wollen, saugst du dir komplett aus den Fingern, und es zeigt, dass du gar nicht weißt, wie Wissenschaft funktioniert. Aber ein einfaches "könnte doch eventuell sein, dass...", reicht halt nicht. Auch eine Hypothese musst du vernünftig begründen.

Wenn du mit der Idee daherkommst, dass Atome DNA haben, welche bekanntermaßen aus Molekülen besteht, lachen Wissenschaftler dich wohl aus, das stimmt. Dann könntest du ihnen nämlich auch tatsächlich mit dem fliegenden Spagettimonster als Erklärung kommen.

Kommentar von ThomasJNewton ,

Dir ist aber schon klar, dass es um Physik und damit um die Natur geht?

Mathematik ist da nur eine Sprache zur Beschreibung.
Und wenn jemand Fakten der Natur mit mathematischen Beispielen anschaulich machen will, ist es kein Argument, dass es mathematisch auch anders ginge, oder die Mathematik nichts beweist.

Weil die Mathematik eben nichts beweist.
Weil die Mathematik nur eine Sprache ist.
Und die Natur so ist, wie sie eben ist.

Kommentar von Jackie251 ,

Eben auch das ist ein wichtiger Punkt. Womöglich ist schon unser Mathematik ein Modell das die Natur auf ein Level vereinfach in dem wir die Realität gar nicht genau genug erfassen.

Kommentar von MagicalMonday ,

Streiche das Wort "genug" und du hast recht. Gerade in den Grenzbereichen der Astrophysik und der Quantenmechanik können wir ab einem gewissen Punkt nur noch rechnen, uns aber nichts mehr vorstellen. Dafür ist unser Verstand, der sich in der makroskopischen Natur auf diesem Planeten entwickelt hat, ganz einfach nicht ausgelegt.

Dass ein Teilchen sich erst an einem Ort und dann an einem anderen befindet, ohne die Strecke dazwischen passiert zu haben, dass etwas gleichzeitig ein Teilchen und eine Welle sein kann, dass pure Wahrscheinlichkeit als Wellenfunktion tatsächlich physische Substanz besitzt, etc...
Das alles sind Dinge die wir uns nicht bildhaft vorstellen können. Wir können es nur berechnen und sehen den Effekt, den es am Ende hat.

Aber diese Berechnungen funktionieren nun mal. Ohne Quantenmechanik würdest du jetzt nicht an einem Computer sitzen und diesen Text lesen.

Übrigens wurde die Quantenverschränkung unfreiwillig von einem Physiker bewiesen, der sie eigentlich widerlegen wollte. Aber obwohl ihm seine Ergebnisse nicht in den Kram passten, hat er sie trotzdem veröffentlicht und zugegeben, dass er sich geirrt hat. So verhalten sich die - laut deiner Aussage engstirnigen - Wissenschaftler.

Versuche solch eine Offenheit und Ehrlichkeit mal in irgendeiner Religion zu finden.

Antwort
von hypergerd, 12

Man muss 2 Typen unterscheiden:

a) Objektgeschwindigkeit (Elementarteilchen; beim Licht sind es die Photonen)

Maximum = Lichtgeschwindigkeit (Ly)

b) Ereignisgeschwindigkeit

hier kann man tricksen und Ereignisse zeit-gesteuert so auslösen, dass sie für einen äußeren Betrachter oberhalb der Ly liegen.

( oder durch Abkürzungen wie "Wurmlöcher" den zurückgelegten Weg verändern)

zu a): warum Obergrenze?

Weil es eine Energie-Grenze gibt. Ursache für Bewegung ist Energie. 

Da die Relativitätstheorie zig mal bewiesen wurde, zeigt der

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

eine nötige Zunahme der Energie -> die bei Annäherung an Ly gegen UNENDLICH strebt.

Da wir nur endlich viel Energie haben, stellt sich auch immer ein endlicher Wert ein.

Man kann nicht einfach das "Ursache-Wirkungs-Prinzip" ausschalten und ohne Ursache nach einem beliebigen Zustand fragen (außer in der Phantasie oder der theoretischen Mathematik natürlich).

Für Interessierte: viele physikalische Konstanten haben Toleranzparameter. Da sich aber die Zeit mit Messgeräten am genausten messen lässt, wurde von Wissenschaftlern 1983 die Konstante "Lichtgeschwindigkeit im Vakuum" als Referenzwert für alle anderen Werte auf exakt

c= 299792458 m/s siehe

http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?c

festgelegt. Egal wie sich nun die Messmethoden ändern -> damit ändern sich alle anderen Größen (wie z.B. wie Lang ist 1 Meter)

aber nicht dieser Wert für c!!!!

Antwort
von MonkeyKing, 38

Es ist nicht einfach so festgesetzt worden. Es ist eine Theorie, die durch Beobachtungen unternmauert wurde. Ganz konkret kann man das zum Beispiel in Teilchenbeschleunigern sehen. Hier werden Teilchen (Protonen, Elektronen) unter hohem Energieaufwand beschleunigt. Je näher ihre Geschwindigkeit an die Lichtgeschwindigkeit kommt, desto höher ist der Energieaufwand für weitere Beschleunigung und der Energieaufwand steigt exponentiell, d.h. um das Teilchen Auf Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen bräuchte man theoretisch unendlich viel Energie. Nur Teilchen die keine Masse haben (Photonen) können sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Es gibt zwar auch Theorien von Teilchen die sich schneller als das Licht bewegen (Tachyonen), diese sind aber noch nicht nachgewiesen und bleiben reine Theorie.

Antwort
von Willibergi, 87

Ganz kurz erklärt:

Mit steigender Geschwindigkeit erhöht sich das Gewicht (nicht die Masse!) des bewegenden Objekts. Ein Objekt, das sich schneller als Lichtgeschwindigkeit bewegen würde, wäre zu schwer, als dass es sich so fortbewegen könnte.

Das wusste auch schon Einstein (bzw. vermutete es).

LG Willibergi

Kommentar von FrankCZa ,

Also für eine Masse ist es glaub ich sogar schon unmöglich überhaupt Lichtgeschwindigkeit zu erreichen. Ansonsten stimme ich aber zu.

Wenn man weiter ausholen würde: http://www.leifiphysik.de/relativitaetstheorie/spezielle-relativitaetstheorie

Das benötigt aber schon ein paar Grundkenntnisse.

Kommentar von FrankCZa ,

http://www.leifiphysik.de/relativitaetstheorie/spezielle-relativitaetstheorie/re... Hier nochmal etwas direkter, dann musst du nicht so viel suchen ;)

Kommentar von SlowPhil ,

Das stimmt so nicht. Gewicht hat ein Körper der Masse m nur, wenn es ein Gravitationsfeld g⃑ gibt, das ihn mit der Kraft mg⃑ in die Richtung von g⃑ zieht. Dabei kann g⃑ auch eine Trägheitskraft sein, Artefakt einer Beschleunigung

a⃑ = –g⃑.

Konstante Geschwindigkeit bedeutet eine bestimmte kinetische Energie und damit eine gegenüber der Masse m höhere sog. Impulsmasse

mγ = m/√{1 – (v/c)²},

die bei v = (1 – δ)c mit kleinem δ

m/√{2δ}

ist und für δ → 0 explosionsartig ansteigt.

Kommentar von ProfFrink ,

erhöht sich das Gewicht (nicht die Masse!)

Nicht richtig: Die Masse erhöht sich sehrwohl.

Expertenantwort
von Hamburger02, Community-Experte für Physik, 40

So etwas kann man zu Recht behaupten, wenn man es zuerst mathematisch herleitet und in der Natur dann genau so beobachtet und niemals anders.

Antwort
von danhof, 23

Das liegt daran, dass sich Einsteins Relativitätstheorie bislang nicht widerlegt, sondern immer nur bestätigt hat.

Sie besagt unter anderem, dass nichts schneller sein kann als das Licht. Man bräuchte unendlich viel Energie, um diese Geschwindigkeit c zu erreichen.

Aber jetzt halt dich fest: Es GEHT schneller als das Licht. Das ist die gute Nachricht.

Die schlechte Nachricht ist: Informationen lassen sich NICHT auf diese Weise transportieren. Nehmen wir eine riesige Schere, die wir mit Lichtgeschwindigkeit schließen. Der Punkt, an dem die beiden Scherblätter von offen auf geschlossen umschalten, bewegt sich schneller als das Licht!

Nehmen wir eine Laser-Taschenlampe, die sich mit Lichtgeschwindigkeit dreht. Der Lichtpunkt, der 100 Meter entfernt auf eine Leinwand trifft, bewegt sich mit Überlichtgeschwindigkeit. Es bringt nur nichts, da hier keine Informationen übertragen werden.

Was aber natürlich WIRKLICH schneller als das Licht ist: Verschränkte Teilchen. Deren Zustand ändert sich auch über größere Distanzen "instantly".

Und man könnte über Raumfaltung diskutieren. Einfach mal den Raum zwischen einem Raumschiff und seinem Zielort "zusammenknüllen". Der tatsächlich zu überwindende Raum würde sich dann dramatisch verkürzen. So könnte man mit Überlichtgeschwindigkeit tatsächlich auch reisen. Aber das ist (noch) Science Fiction.

Kommentar von ThomasJNewton ,

Das ist doch Gedanken-Hokus-Pokus

Vor 200 Jahren hätte ich ein Foto in 2 Teile reißen können, und eine Hälfte zu einem Freund in New York und die andere zu einem in Buenos Aires schicken können, beide mit einer Erklärung, was ich gemacht habe.

Klar hätte der Empfänger der linken Hälfte in Buenos Aires sofort (instantan) "gewusst", dass die rechte in New York ist.
Oder eben nur geahnt, weil er meinem Begleitschreiben Glauben schenkt.

Eine Vergewisserung erfordert dann Kontakt mit dem Bekannten in Nwe York, was nur mit Segelschiffgeschwindigkeit ging.

Also alles in allem nur eine Übersegelschiffgeschwindgkeit der Vermutung, nicht der Gewissheit, oder der Information.

Kannst du einen Versuch benennen, der meiner Segelschiffgeschwindigkeit widerspricht?
Wo also nicht jemand später die Daten vergleicht, mit Überlichtgeschwindigkeit übertragen, die ihn aber natürlich nur mit Lichtgeschwindigkeit erreicht haben?

Sicher nicht!

Antwort
von TimeosciIlator, 5

Die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit ergab sich aus dem negativen Ausfall des Michelson-Versuchs. Über eine aufwendige riesige Spiegelapparatur  wurde ein Lichtstrahl gelenkt. Ein zweiter dagegen auf kürzestem Weg. Beide trafen auf eine Photoplatte und schwärzten diese zur exakt gleichen Zeit, obwohl der eine Lichtstrahl einen erheblich längeren Weg zurückzulegen hatte.

Dennoch denke ich, dass das letzte Wort zu diesem Thema noch nicht gesprochen wurde. Sag niemals nie sagt man ja bekanntlich ;)

Allein die mysteriöse --> Quantenverschränkung gibt uns Hoffnung, dass es irgendwann mal etwas Lichtschnelleres gibt.

https://www.gutefrage.net/frage/gibt-es-eigentlich-nichs-schnelleres-als-die-lic...

Antwort
von Raph101, 30

Wie schon erwähnt gibt es verschiedene Herleitungen. Eine ist die relativistische Massenzunahme.
Umso schneller ein Körper sich bewegt umso mehr Energie steckt in ihm. Energie ist aber Äquivalent zu Masse. Somit nimmt mit zunehmender Geschwindigkeit auch die Masse zu.
Umso höher aber die Masse ist umso höher ist die Trägheit also es ist schwerer den Gegenstand zu beschleunigen.
Bei Lichtgeschwindigkeit hatt der Körper eine unendliche Trägheit. Warum das so ist, das ist eine mathematische Sache. Aber, es bedeutet du kannnst den Körper nicht auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigen weil die Trägheit zu groß ist.

Antwort
von AlphaundOmega, 26

Geschwindigkeit hängt nicht nur von Energie und Masse ab, sondern auch von einem System in der die  Zeit relativ , durch die Gravitation beeinflusst wird...

Antwort
von cicihan17, 55

Licht ist die kleinsmöglichste "materie" von gewicht sagen wa mal. Es ist so schnell, weil es fast keine masse hat. Wenn beispielsweise du so schnell wie möglich sein könntest egal was für n antrieb du hast, wäres du schwerer als Licht. Es geht um die Tatsache dass Licht leicht ist. Und nichts leichter sein kann, weil es dann nicht existieren würde. 

Die WARP technologie , ja diese Forschung gibt es wirklich; sagt, dass man schneller sein kann, bzw sich schneller von A nach B transportieren kann, aber nicht weil man schnell ist, sondern man den Raum krümmt / und man selbst in einer blase sich befindet. Man könnte also schneller als licht sein, aber nicht weil man schneller ist, sondern weil man einfach sich dahin katapultieren lässt durch trickserein. 

Kommentar von MarkusGenervt ,

Man wird nicht katapultieren, sondern der Raum selbst wird verzerrt und dadurch wird die scheinbar gleiche Entfernung scheinbar schneller überwunden.

Kommentar von cicihan17 ,

:) ja jetzt hab ichs auch gesehen, die erklärung war bisschen komisch, war aber 3 uhr morgens wunder dich nicht über meine erklärungen mano.. aber ja du hast recht,

Kommentar von Willibergi ,

Die Raumkrümmung könnte man in etwa so erklären, dass der Raum sich so krümmt, dass man durch eine "Abkürzung" nach B kommen kann und damit weniger Strecke als das Licht zurücklegen muss.

LG Willibergi

Kommentar von mindlessbreit ,

und wie erzeugt man so eine krümmung?

Kommentar von FrankCZa ,

Mit gaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaanz viel.... Phantasie ;)

Kommentar von AlphaundOmega ,

Gaaaaaaaanz einfach Einstein-Rosen-brücke...übrigens auch in der relativistischen Relativitätstheorie von Einstein möglich...

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

Kommentar von MagicalMonday ,

Solch eine Krümmung erzeugt man mittels Energie. Im Prinzip sollte es tatsächlich möglich sein, genügend Energie in eine Antenne zu "pumpen" um eine messbare Raumkrümmung zu erzeugen. Allerdings ist es meines Wissens bisher nicht gelungen.

Um daraus einen Antrieb zu machen, bräuchte es dann aber auch noch negative Raumkrümmungen (Antigravitation) durch negative Energie. Das alles ist höchst hypothetisch.

Aber so lange etwas nicht mathematisch unmöglich ist, lohnt es sich, zumindest nebenher an diesen Dingen zu forschen. 

Antwort
von musicable, 32

wenn du es schaffst schneller als das Licht zu sein bist du (A) ein Zeitreisender oder (B) von nem anderen Planten mit fortschrittlicher Technologie .. wenn du schneller als das Licht bist eröffnest du eine neue Dimension du so zusagen bist außerhalb unserer Dimension  

Kommentar von cicihan17 ,

ja da hat er nicht mal unrecht, wenn man schneller als das Licht ist, würde man in einer position sich befinden, bevor das was passiert ist sichtbar wurde, sondern das was war, ,, also würde man in die vergangenheit reisen, WENN man schneller als das licht sein kann, die Voraussetzung ist aber das man nicht gleich schnell sein muss, sondern schneller als das Licht. was glaube ich noch ein bisschen schwerer ist als überhaupt lichtgeschwindigkeit zu erreichen 

Antwort
von ThomasJNewton, 9

Du machst dir über etwas Gedanken, das du nicht im Mindesten verstanden hast.

Das ist nicht mal Philosophie, das ist Geschwafel und Hybris.

Mach dich über die Erkenntnisse schlau, speziell die Spezielle Relativitätstheorie.

Aber dazu bist du wohl nicht willens. Dann kannst du aber auch keine sinnvollen Fragen dazu stellen.

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