Frage von Raph101, 105

Lichtgeschwindigkeit und Kausalität?

Die Lichtgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit der Kausalität. Aber warum ist das so? Hab mich mit Kausalität beschäftigt und bin nur zu dem Schluss gekommen, dass Kausalität keine unendlich schnelle Geschwindigkeit haben kann.
Aber warum ist sie max. So schnell wie Licht?
Danke für die Erklärung und es würde sehr hilfreich sein wenn ihr Quellen angeben könntet.
Danke!

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von DieMilly, 35

Ich zitiere mich mal selbst aus: https://www.gutefrage.net/frage/was-beschraengt-die-maximal-geschwindigkeit-auf-...

Alles im Universum bewegt sich mit derselben Geschwindigkeit durch die Raumzeit: der Geschwindigkeit der Kausalität. Es existiert keine andere Geschwindigkeit. 

Regel 1: Wenn ein Teilche Masse hat, so bewegt es sich teils durch den Raum und teils in Richtung der Zeit. Zusammen ist dies immer die Geschwindigkeit der Kausalität. 

Regel 2: Wenn ein Teilchen keine Masse hat, bewegt es sich nur durch den Raum und gar nicht mehr in Richtung der Zeit. Es bewegt sich also mit der ganzen Geschwindigkeit der Kausalität durch den Raum (oder eben ganz nach Osten und nichtmehr nach Norden).

Wir kennen ein Teilchen, dass keine Ruhemasse hat: das Photon. Wenn wir seine Geschwindigkeit messen, so nennen wir es daher die Lichtgeschwindigkeit und vergessen völlig, dass wir in Wahrheit etwas viel fundamentaleres messen: Geschwindigkeit der Kausalität. (Das ist der Grund, warum sich auch die Gravitation mit "Lichtgeschwindigkeit" ausbreitet, denn sie hat keine Masse und bewegt sich daher mit der Geschwindigkeit der Kausalität durch den Raum.)


Kommentar von Raph101 ,

Das ist jetzt ne zielführende Antwort für mich! Danke!
Jetzt würd mich aber noch eine Quelle sehr freuen:)

Kommentar von DieMilly ,

Ich bin selbst Physikerin, daher ist die Quelle zunächst mein Gedächtnis, sollte aber so in jedem Fachbuch über die Relativitätstheorie nachzulesen sein - da aber in Formeln versteckt ;)

Kommentar von Raph101 ,

Ähm...ok😅 danke^^

Expertenantwort
von PWolff, Community-Experte für Physik, 29

Das hängt mit der Transformation von Raum und Zeit zusammen beim Wechsel der Bezugssysteme in der speziellen Relativitätstheorie.

Dass Ereignis A zeitlich vor Ereignis B stattfindet, ist nur dann eine Invariante, wenn keine Information schneller als mit Lichtgeschwindigkeit übertragen werden kann.

Da wir annehmen, dass ein Ereignis nur von zeitlich vorangegangenen Ereignissen beeinflusst werden kann und nur zeitlich nachfolgende Ereignisse beeinflussen kann, verwenden wir den Begriff Kausalität für die zeitliche Abfolge.

In diesem Sinn würde also eine Übertragung von Information schneller als mit Lichtgeschwindigkeit die Kausalität umkehren können.

(Die spezielle Relativitätstheorie widerspricht dem nicht, sie sagt nur, dass keine Form von Energie - die ja gleichbedeutend mit Masse ist - schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegt werden kann. Solange wir keine Möglichkeit kennen, Information zu übermitteln ohne dass gleichzeitig Energie übertragen wird, können wir den Zusammenhang von Kausalität und zeitlicher Abfolge aber nicht umkehren.)

Kommentar von Raph101 ,

Danke!
Aber warum ist es genau die Lichtgeschwindigkeit? Es wäre ja denkbar gewesen das sich die Kausalität schneller als Licht bewegt. Zb. Sind gluonen auch ohne Ruhemasse aber wer sagt das die sich nicht schneller als Licht bewegen. Nur weil Photonen max c erreichen muss das für die masselosen gluonen doch nicht gelten.
Ich weiß das es trotzdem so ist aber damit möcht ich nur meine Problematik etwas ausführen und zwar: die Kausalität selbst verhindert doch grade dass gluonen nicht schneller sind als Licht. Aber ist es vielleicht so, dass die Kausalität einfach irgendeine Geschwindigkeit angenommen hat die nicht unendlich ist und diese grade 300.000km/s ist. Und deswegen verhindert sie dass Photonen und gluonen sich schneller bewegen?

Kommentar von Tomatensaft129 ,

Es wird in Modellen angenommen, dass Gluonen keine Masse besitzen, aber es ist nicht auszuschließen, dass diese doch eine Masse haben.

Kommentar von PWolff ,

Selbst für Photonen hat man die Massengrenze auf 10^-50 kg oder so heruntergekriegt, aber nicht genau auf 0. (Das wäre experimentell auch nur mit unendlich langer Beobachtung möglich.)

Kommentar von PWolff ,

Die spezielle Relativitätstheorie lässt sich aus 2 Grundannahmen herleiten:

- die physikalischen Gesetze ändern sich nicht, wenn man sich von einem Inertialsystem in ein anderes begibt, wobei Inertialsysteme Bezugssysteme gibt, in denen es keine Trägheitskräfte (= Beschleunigungskräfte) gibt, und alle Inertialsysteme sich gegenüber allen anderen geradlinig-gleichförmig bewegen (wie in der Newtonschen Mechanik)

- es gibt eine höchste nicht-unendliche Geschwindigkeit

Da die Experimente genau damit übereinstimmen, dass diese höchste Geschwindigkeit die des Lichtes im Vakuum ist, schließt man, dass die Lichtgeschwindigkeit tatsächlich die höchste Geschwindigkeit ist

Vom Standpunkt der Physik ist gerichtete Kausalität ein von außen hereingetragenes Konstrukt.

Wenn es tatsächlich eine Kausalität nur in einer der beiden Zeitrichtungen gibt und diese eine maximale Geschwindigkeit hat, dann folgt daraus ebenfalls die spezielle Relativitätstheorie, und damit, dass sich Austauschteilchen (Vektorbosonen) wie Photonen, Mesonen, Gluonen, Gravitonen allesamt mit maximal Lichtgeschwindigkeit bewegen. (Mit genau Lichtgeschwindigkeit dann und nur dann, falls sie keine eigene Masse haben.)

Kommentar von Raph101 ,

Ich dachte das zweite postulat ist die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit. Von einer Höchstgeschwindigkeit ist doch erst bei der relativistischen Massenzunahme die Rede oder?

Auch wenn das mit den gluonen nicht experimentell bestätigt ist ist es dennoch nicht wiederlegt. Von daher sollte man das Gedankenexperiment durchaus gelten lassen würd ich sagen^^

Kommentar von PWolff ,

Stimmt, das übliche ist die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit.

Die beiden Axiomensysteme sind aber äquivalent.

Kommentar von Raph101 ,

Geht man aber von dem eigentlichen postulat aus, wie Einstein damals...kommt man dann nicht zum Schluss (so bin ich es zumindest in der letzten stunde^^), dass Kausalität einfach eine Geschwindigkeit angenommen hat die nicht unendlich ist aber die genau 300.000km/s beträgt und somit verhindert dass sich etwas schneller bewegt?

Antwort
von Susanne88, 30

Ich meine, du verwendest das Wort Kausalität etwas falsch. Kausalität heißt Ursächlichkeit. Kausalität hat keine Geschwindigkeit. Was du wohl meinst ist die geschwindigkeit der Übertragung einer Ursache zu einer Wirkung, also im Prinzip die max. Übertragungsgeschwindigkeit von Information.
Die LG ist die höchste Geschwindigkeit, mit der Information übertragen werden kann. Wenn ich eine Taschenlampe einschalte und du einen km entfernt bist, kanns du frühestens nach 1/300000 Sekunde feststelllen, dass ich die Taschenlampe eingeschaltet habe. Schneller geht es nicht (langsamer schon).
Wenn mit irgendwelchen masse- oder energielosen Methoden die Lichtgeschwindigkeit überschritten werden sollte, so können wir dies nicht feststellen. Denn alle Methoden, die wir kennen, um überhaupt etwas festzustellen, beruhen auf Masse oder Energie.

Kommentar von Raph101 ,

Es wird ja oft in diesem Zusammenhang von Geschwindigkeit der Kausalität gesprochen. Nur ist die Frage eben warum Lichtgeschwindigkeit das max. Auch für "Kausalität" ist.

Kommentar von Susanne88 ,

Weil jegliche Informationsübertragung max. mit Lichtgeschwindigkeit erfolgen kann. Ist so. Auch Ursache ----> Wirkung hat max. Lichtgeschwindigkeit.

Wenn die Sonne etwa plötzlich erlöschen würde, werden wir dies erst nach ca. 8 Min. wissen, weil das Licht solange braucht zur Erde.

Es gibt keine Möglichkeit, dies irgendwie schneller zu wissen, egal was man anstellt.

Kommentar von Raph101 ,

Ich weiß ja das es so ist aber nicht warum. Ist das einfach eine gegebene Tatsache oder kann man das herleiten? Einstein hat ja auch nicht einfach gesagt die Lichtgeschwindigkeit ist die Höchstgeschwindigkeit. Aber neben der relativistischen Massenzunahme habe ich keine Herleitung gefunden, und diese hat nun mal nichts mit Kausalität an sich zu tun.

Kommentar von Raph101 ,

Ich hoffe du kannst mir folgen

Kommentar von Susanne88 ,

Nein, ich glaube nicht wirklich.
Die LG ist die höchste Geschwindigkeit für Masse/Energie. Information besteht aus Masse/Energie. Daher kann Information mit max. LG übertragen werden.
Ursache nach Wirkung (Kausaltät) ist eine Information. Daher max. LG.

Kommentar von Raph101 ,

Habe das Video gefunden:
https://youtu.be/msVuCEs8Ydo

Genau das wollt ich wissen^^

Antwort
von Richard30, 27

Also: Erstmal, wie definierst du Kausalität? Du meinst Ursache und Wirkung?

Nun, alles innerhalb des Raumes, auch die Information, bewegt sich nach derzeit gültigem Weltbild mit maximal c. Denn wie wird Information übertragen? Nun die wird durch Materie, oder die 4 Grundkräfte übertragen. Da aber die 4 Grundkräfte sowie Materie niemal schneller als c sein dürfen, kann sich auch keine Information schneller als c ausbreiten.

Würde z.B unsere Sonne schlagartig verschwinden, also sammt ihrer Masse, dann würden wir das erst in ca 8 Mins merken. Die Erde würde sich solange noch um den Masseschwerpunkt des Sonnensystems drehen.

Und wie willst du sonst die "Kausalität übertragen", wenn nicht duch Dinge, die selbst an c gebunden sind?

Kommentar von Raph101 ,

Ja ich meine mit Kausalität genau das!:)

Photonen bewegen sich mit c. Das ist klar. Auch alle massenehafteten Teilchen bewegen sich max mit knapp unter c.
Aber dann bleibt da das Masselose Gluon. Nur Weilchen sich das Photonen und alle massebehafteten Teilchen mit max. C bewegen können muss das nicht für das masselose gluon gelten.
Außerdem hat Einstein sicher noch nichts vom standartmodell der teilchenphysik gewusst und deswegen ist er auch sicher zuerst davon ausgegangen es könnte überlichtschnelle Kausalität geben. Aber schließlich kam er doch zu Schluss das die Kausalität genau c ist. Warum?

Kommentar von Richard30 ,

Naja ob es Wege gibt, c auszutricksen? vll.  es gibt ja auch den Tunneleffekt, der, soweit ich weiss, schneller als c wäre. Ausserdem kann man ja durch Verschränkung teilweise Zuständem übertragen ohne messbare Verzögerung (man kann damit aber nicht so ne art Morsesignal erstellen, da man auch immer noch eine normale, klassiche Information benötigt um diesen "Zustand" quasi "Entschlüssen" zu können.

Wie sich das mim Gluon verhält, weiss ich ebenfalls nicht, aber Einstein hatte ja das mit der Raumzeit. So und jetzt versuch ich das mal so zu erklären, wie ich das verstanden habe: Stell dir vor zu wärst in einem großem Becken, das absolut still steht, also da ist halt wasser drinn, aber keine Erschütterungen, kein Wind und sowas. wenn du da was reinwirfst, dann entstehen Wellen. Diese Wellen haben eine Maximalgeschwindigkeit, du kannst diese Wellen, egal wie fest du etwas reinwirfst, nicht schneller machen.

Stell dir nun vor, unser Universum, ist die Oberfläche des Wassers. Die Geschwindigkeit mit der sich die Wellen bewegen, ist also die Maximalgeschwindigkeit, mit der sich überhaubt etwas auf der Wasseroberfläsche bewegen kann. Du müsstest also, um schneller zu sein als die Welle, das Universum, oder hier, halt die Wasserfläche verlassen, solange du das Wasser benutzt um Informationen zu übertragen, musst du dich an dessen Geschwindigkeit anpassen.

Das ist das ganze ganz ganz grob erklärt, ich weiss aber auch nicht, wie die 4 Kräfte in das Bild der Raumzeit reinpassen, wie genau sich das verhält, aber anscheinend ist die Raumzeit die Basis für das alles, wenn die nicht schneller kann, kann auch alles, was teil der Raumzeit ist, nicht schneller. Wie ein Rechner, egal wie gut die Software, es geht nur so schnell, wie auch die Hardware kann.

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Aber das was ich hier erzähle ist Halbwissen, was ich halt so aus Dokus und sowas weiss, ein Experte würde sich vll. die Hände über den Kopf schlagen, wenn er liest was ich da schreibe, aber ich hab halt versucht es so wiedezugeben, wie ich es verstanden habe.

Kommentar von Raph101 ,

Es kommt mir immer mehr so vor als hätte die Kausalität somit einfach eine endliche Geschwindigkeit angenommen und verhindert dass etwas zB. Photonen schneller sein können.
Danke!

Kommentar von Richard30 ,

Ja so in etwa hab ich das auch verstanden.

Kommentar von Raph101 ,

Ok Dankeschön :)

Antwort
von Tomatensaft129, 31

Licht ist das schnellste was es auf der Welt gibt alles was schneller ist reist schon wieder in die Zeit zurück

Kommentar von Raph101 ,

Aber warum ist es das schnellste? Das Materie nicht auf Lichtgeschwindigkeit kommen kann ist mir klar aber etwas wie Kausalität hat nichts mit der relativistischen Massenzunahme zu tun.

Kommentar von Tomatensaft129 ,

Da ja nichts schneller ist als das Licht kann auch nichts schneller als Lichtgeschwindigkeit passieren,deshalb ist auch die Kausalität mit einer Geschwindigkeit verbunden

Kommentar von Raph101 ,

Die Lichtgeschwindigkeit ist ja in erster Folge die Geschwindigkeit der Kausalität und erst weiter die Geschwindigkeit des lichtes. Das ist jetzt aber egal. Die Frage ist trotzdem warum die Lichtgeschwindigkeit das Maximum ist? Ich will nicht ohne Grund hinnehmen dass auch Kausalität düse Geschwindigkeit nicht überbrücken kann.

Kommentar von Tomatensaft129 ,

Man kann ja noch nicht einmal schneller Denken als Lichtgeschwindigkeit wie soll dann auch kein Grund auf etwas Einfluss haben? Bevor dieser Einfluss auch wieder eine Veränderung hervorruft vergeht ja auch wieder Zeit, weil es ja keine Sache gibt die schneller als Licht ist

Kommentar von Raph101 ,

Also entweder ich verstehe deine Antwort komplett falsch oder du meine Frage. Aber das ist bei dem Thema ja beides nicht verwunderlich.
Danke für die Antwort!:)

Kommentar von Tomatensaft129 ,

Damit meinte ich, dass Informationen nicht schneller als Lichtgeschwindigkeit übertragen werden können.

Kommentar von Raph101 ,

Ja das ist mir klar aber warum das so ist nicht. Nur weil die Lichtgeschwindigkeit das Maximum ist? Aber dann stellt ich mir die Frage warum sie das Maximum ist für etwas nicht massebehaftetes wie Kausalität?:)

Kommentar von Tomatensaft129 ,

Kausalität ist ja von der Umwelt abhängig, da ein Ereignis A ein Ereignis B höchstens mit Lichtgeschwindigkeit verändern kann

Kommentar von Raph101 ,

Also dieses Video hat meine Frage beantwortet: https://youtu.be/msVuCEs8Ydo

Danke für die Antwort

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