Frage von Technomixer, 55

Gab es zu Beginn des Universums (Urknall) eine andere Geschwindigkeit des Lichts?

Gab es zu Beginn des Universums (Urknall) eine andere Geschwindigkeit des Lichts? War es schneller, und hat sich erst später auf die heute bekannte engestellt? So wie es die Physiker João Magueijo und Andreas Albrecht sagen? Oder ist es ein Irrtum, wie es alle anderen Sagen??

Ist Physik keine genaue Wissenschaft, so wie ich immer dachte, sondern eher ein Sammelsurium an Ideen? Wer hat nun Recht? Die Masse oder die Entdecker?

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von JTKirk2000, 55

Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist immer gleich. Abhängig von der optischen Dichte, durch welche das Licht geht, ist die Gesamtgeschwindigkeit jedoch unterschiedlich. Zwischen den Atomen bewegt sich Licht mit der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum, aber die Zeit in der die Energie an ein Atom abgegeben wird, bis dieses Atom die Energie wieder als ein Photon weiter sendet, bremst die vermeintliche Lichtgeschwindigkeit aus.

Als das Universum begann, war es wesentlich kompakter, hatte also eine größere optische Dichte. Die Folge davon steht im ersten Absatz.

Das Licht konnte zu Beginn des Universums vielleicht schneller von einem zum anderen "Ende" des Universums gelangen, was aber eher daran lag, dass das Universum zu Beginn des Universums sehr, sehr klein war. Die Frage ist nur, was dieses Licht damals ausgesandt haben soll. Anderseits, sofern es damals schon Licht gab, muss es sehr langsam unterwegs gewesen sein. Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum war sicher dieselbe wie heute, aber das optische Medium war im Durchschnitt zwangsläufig wesentlich dichter. Man bedenke, dass das Licht von der Sonne bis zu uns nur etwa 8 Minuten benötigt, aber dass das Licht vom Kern der Sonne bis zu ihrer Oberfläche Jahrtausende oder gar Millionen von Jahren braucht und die Sonne ist bei weitem nicht so kompakt wie ein Neutronenstern, ein Neutronenstern bei weitem nicht so kompakt wie ein Schwarzes Loch (abgesehen von der enthaltenen Singularität), ein Schwarzes Loch (abgesehen von der enthaltenen Singularität) bei weitem nicht so kompakt wie ein supermassives Schwarzes Loch (abgesehen von der enthaltenen Singularität) und bei weitem nicht so kompakt wie das Universum zu seinem Beginn.

Ist Physik keine genaue Wissenschaft,

Die Physik ist eine so genaue Wissenschaft, wie es Erkenntnisse durch Beobachtungen zulassen. Das trifft aber auch für alle anderen Wissenschaften zu. Anders ausgedrückt ist existenzielle Wahrheit nicht abhängig von Erkenntnis, denn anderenfalls wäre es schon ein Paradoxon, dass wir existieren und uns Gedanken über unsere Existenz machen können.

Kommentar von JTKirk2000 ,

Vielen Dank für das Sternchen. :)

Expertenantwort
von uteausmuenchen, Community-Experte für Astronomie & Physik, 25

Hallo Technomixer,

Ist Physik keine genaue Wissenschaft, so wie ich immer dachte, sondern eher ein Sammelsurium an Ideen? Wer hat nun Recht? Die Masse oder die Entdecker?

Da mir das die grundlegendere Frage scheint, fange ich damit an.

Physik ist gehört sehr wohl zu den exakten Wissenschaften. Die sind so definiert, wie auf Wiki nachlesbar:

Die exakten Wissenschaften oder auch harten Wissenschaften umfassen diejenigen Wissenschaften, die in der Lage sind, genaue quantitative oder mathematisch oder formallogisch präzise Aussagen zu treffen und über eigene, strenge Methoden für die Überprüfung von Hypothesen und vor allem reproduzierbare Versuche mit quantifizierbaren Messungen verfügen. Von den Formalwissenschaften werden Logik, Mathematik und Teile der Informatik sowie von den Naturwissenschaften Physik, Chemie und Teile der Biologie als exakte Wissenschaften in diesem Sinne betrachtet.

Demgegenüber stehen die weichen Wissenschaften wie beispielsweise die Sozialwissenschaften und die Pädagogik sowie die Gelehrtenfächer wie die Literaturwissenschaft oder die Rechtswissenschaften.

So. Was heißt das jetzt?

Sicher nicht, dass Physiker unfehlbar sind oder alles wüssten. Behaupten wir auch nicht. Im Gegenteil.

Naturwissenschaft erkennt an, dass sich unvermeidlich  in unserem Wissen auch immer ein paar Fehler eingeschlichen haben. Deswegen leben naturwissenschaftliche Aussagen immer von der Überprüfung an der Natur.

Wenn der Naturwissenschaftler eine Reihe von Beobachtungen hat, dann vermutet er einen logischen Zusammenhang zwischen den einzelnen Beobachtungen - einen in der Natur ablaufenden Prozess, der dazu führt, dass wir die Beobachtungen gemacht haben - und nicht andere.

Solche Vermutungen formuliert man in einer exakten Wissenschaft - wie der Physik - mathematisch aus. (Formeln!!)

Die Formeln ermöglichen präzise(!) und an der Natur in Experimenten überprüfbare Vorhersagen unserer Hypothesen zu machen. Passen die Ergebnisse der Experimente zum im Voraus berechneten Ergebnis, dann ist das eine sehr gute Bestätigung dafür, dass wir die Welt so furchtbar falsch nicht verstanden haben.

Von Beweisen spricht der Naturwissenschaftler nicht. Er widerlegt nur, indem er nachweist, dass ein Modell die Beobachtungen nicht gut beschreibt.

Einige unserer theoretischen Modelle sind auf mehrere Nachkommastellen exakt im Experiment nachgewiesen (siehe z.B. unten). Ich denke, das erklärt, warum wir hier von "exakter Wissenschaft" sprechen...

Mit dem Theoriebegriff deuten wir aber an, dass wir nach wie vor mit Modellen arbeiten - oft bestens bestätigten, aber eben Modellen. Wir deuten an, dass uns zukünftige Beobachtungen in neuen Wertebereichen Abweichungen von der exakten Übereinstimmung mit der Natur aufzeigen können, die uns heute, mit der heutigen Messgenauigkeit, noch nicht bekannt sind.

Gab es zu Beginn des Universums (Urknall) eine andere Geschwindigkeit des Lichts? War es schneller, und hat sich erst später auf die heute bekannte engestellt?

Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist eine Naturkonstante im Universum. Die Frage läuft also darauf hinaus: Kann es sein, dass sich die Naturkonstanten im Laufe der Zeit (zumindest über sehr, sehr lange Zeiträume) verändern?

Nun: Wir beobachten nichts dergleichen und erwarten es nicht nach den theoretischen Modellen.

Aber natürlich ist auch die Überprüfung dieser Erwartung notwendig. Und das wurde auch gemacht. Zwar nicht mit der Lichtgeschwindigkeit, sondern mit der Feinstrukturkonstante. Das ist auch eine Naturkonstante, die sehr großen Einfluß darauf hat, wie stark Photonen und in Atomen gebundene Elektronen miteinander wechselwirken.

Tatsächlich hatte man im Licht sehr alter Quasare in älteren Messungen den Eindruck, diese Konstante wäre anders als heute. Neuere Messungen widerlegen dies jedoch mit hoher Genauigkeit:

Inzwischen sind Präzisionsmessungen möglich, die etwaige stetige Schwankungen in der Größenordnung, wie sie die Beobachtungen mit dem Keck-Teleskop nahelegen, auch im Labor in kurzen Zeiträumen überprüfen können. Untersuchungen von Theodor Hänsch und seiner Arbeitsgruppe am Max-Planck-Institut für Quantenoptik belegen die Konstanz der Feinstrukturkonstante mit einer Genauigkeit von 15 Nachkommastellen über einen Zeitraum von vier Jahren.

(https://de.wikipedia.org/wiki/Physikalische_Konstante#Konstanz_der_Naturkonstant...)

Wir haben also keinerlei experimentellen Hinweis auf eine Schwankung der Naturkonstanten und gehen deshalb von der Konstanz der Naturkonstanten aus.

Magueijo und Albrecht legen hier ein kosmologisches Außenseitermodell vor, das ohne kosmologische Inflation auskommt. Bis zum experimentellen Nachweis der Inflation ist auch das absolut legitim.

Wo keine experimentellen Daten vorliegen, die zwischen den Modellen entscheiden, lassen wir beide Modelle stehen. Die Mehrheit der Physiker geht aber von einer Inflation aus. Wir werden merken, wenn wir falsch liegen, denn wir überprüfen uns ja ständig. ;-)

Grüße

Kommentar von uteausmuenchen ,

Falls Dich die Frage "Wie funktioniert ein´gentlich Wissenschaft?" interessiert: Harald Lesch hat mal einen wirklich schönen Vortrag dazu gehalten. Kannst Du Dir, falls Du Lust dazu hast, ja mal anhören:

https://www.youtube.com/watch?v=u29--YNGMyg

Kommentar von Technomixer ,

Danke, werd ich machen. Echt super wie du dich auskennst.

Antwort
von Discipulus77, 18

Lichtgeschwindigkeit ist immer die Konstante gewesen, die nicht überschritten werden kann. Doch es gibt ein paar andere Annahmen:

  1. Tachyonen. Das sind hypothetische Teilchen die sich schneller als das Licht bewegen, aber nicht langsamer sein können. Somit würde die Lichtgeschwindigkeit eher eine Barriere in zwei Richtungen darstellen. Diese Teilchen existieren aber laut heutiger Auffassung eher nicht, obwohl es sogar "positive" Ergebnisse mit Neutrinos gab.
  2. Die Kosmische Inflation. Während dieser Zeitspanne dehnte sich die Raumzeit viel viel schneller als die Lichtgeschwindigkeit aus, da für die Raumzeit selber kein Geschwindigkeitslimit besteht (soweit ich weiß). Sollte die Expansion des Universums irgendwann stark genug zugenommen haben, dann kann es sein, dass man nahe Sterne nicht mehr sehen kann, weil der Raum zwischen ihnen und einem selbst sich schneller ausdehnt als das Licht selbst (eine der Endtheorien des Universums).

Einfach mal hier https://de.wikipedia.org/wiki/%C3%9Cberlichtgeschwindigkeit gucken. Da findet sich noch mehr Interessantes (die Formeln kannst du auslassen, da steht auch anderes, das verständlich ist.)

Antwort
von segler1968, 32

Die Vakuumlichtgeschwindigkeit ist eine Konstante in unserem Universum. Nur war das Universum direkt nach dem Urknall nicht gerade ein Vakuum. Es dauerte ja knapp 400.000 Jahre, bis es überhaupt durchsichtig wurde...

Antwort
von vikodin, 35

naja die problematik ist doch wie willst du dass den genau bestimmen?!?! licht ist das schnellste was wir kennen... selbst die beste messtechnik tut sich da schwer... lass mal ein +- bei der messgeschwindigkeit von 1µs dann ist das licht schon ca 300 m weiter... das sind geschwindigkeiten und entfernungen die bei kleinsten toleranzen schon einiges verändern... dann die frage welchen einfluss im Weltall haben schwarze löcher... gemessen hat da noch keiner was... oder andere Materieeffekte die wir auf der erde nicht haben... wir gehen von unserem kenntnisstand, der vollkommen ausreichend ist für das auf unsere erde was wir hier handhaben, aus und stellen erwartungen an... mir wäre zumindest keiner bewusst der mal an nem schwarzen loch messungen durchgeführt hat oder ähnliches... 

Kommentar von segler1968 ,

Die Lichtgeschwindigkeit lässt sich sehr exakt bestimmen. Einmal durch direkte Messungen, aber auch indirekt durch andere Zusammenhänge wie e=mc^2 etc. Oder wie bei Maxwell über die elekrtrischen und magnetischen Feldkonstanten.

Jedenfalls: die Messung ist auf 10 Stellen genau möglich. So genau, dass ja schon seit Jahrzehnten der Meter über die Lichtgeschwindigkeit definiert wird.

Antwort
von Hawkins644, 5

Also meines wissens nach gab es 10^-42 sekunden nach dem Urknall den Lichblitz, wodurch sich das Licht verbreitet hat. Überreste von diesem Lichtblitz wurden zb 1964 gefunden bin mir aber nicht sicher

Antwort
von lisaLu95, 39

die fragen sind alle unabhängig voneinander und teilweise nicht sehr gescheit.

Kommentar von Technomixer ,

Das tut mir leid, ich werde sie demnächst erst noch einmal lesen lassen, bevor ich sie hier stelle. Danke für diesen wichtigen Hinweis.

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