Warum ist die Geschwindigkeit auf 299 792 458 m/s begrenzt?
Das entspricht Lichtgeschwindigkeit. Warum kann das Licht nicht unendlich schnell oder bedeutend schneller sein, je nach Medium durch das es geht?
5 Antworten
Hallo mulano,
das ‘Tempolimit Lichtgeschwindigkeit’ c ist keine Begrenzung im herkömmlichen Sinne, sondern eine Asymptote. Um zu erklären, wie ich das meine, verwende ich am besten ein Bild:
Die unendliche EbeneStell Dir vor, Du stehst auf einer unendlich ausgedehnten Ebene. Deine Körperachse k markiert Deinen Standpunkt. Wenn Du einen Punkt in einer Entfernung r auf der Ebene anschaust, bildet Deines Blickes Strahl mit k den Winkel
(1) θ = arctan(r/a),
wobei a Deine Augenhöhe ist. Wenn jetzt r→∞ geht, geht θ→½π=90°, gegen die Fluchtlinie. Die sieht aus wie ein Horizont, ist aber keiner, da die Fluchtlinie nicht die Sicht begrenzt, sondern im Unendlichen liegt.
Zwei weitere Personen A und B, die weit genug von Dir entfernt sind, aber unterschiedlich weit, sehen von Dir aus nahe beieinander aus - dabei kann B von A genauso weit [noch weiter] entfernt sein wie [als] A von Dir.
Wofür steht was in diesem Bild?In diesem Bild steht θ - oder θ·a - für das, was wir die Geschwindigkeit oder besser das Tempo (Betrag der Geschwindigkeit v›) nennen, wobei hier auch klar wird, dass Geschwindigkeit relativ ist. Egal wo auf der Ebene Du stehst, sie sieht für Dich in alle Richtungen gleich aus. So etwas wie eine Mitte, die man eindeutig als solche identifizieren könnte, gibt es nicht.
Für das Beschleunigen steht in diesem Bild einfaches Gehen oder Fahren - man wechselt seinen Standort, der hier für den Bewegungszustand steht. Wie Du siehst, kann man in einer Richtung ewig weiter gehen, ohne je an so etwas wie eine Grenze zu stoßen.
Die Entfernung r bzw. das Verhältnis r/a von einem bestimmten Standort aus gesehen steht hier für einen - wie ich es nennen würde - „hyperbolischen Winkel“, die Rapidität
(2) ζ = artanh(|v|/c),
respektive für c ·ζ, die bei kleinen Geschwindigkeiten praktisch mit |v| übereinstimmt. Die Funktion artanh heißt ausgeschrieben Area Tangens Hyperbolicus und sieht als Funktionsgraph ein bisschen wie ein horizontal um 2/π gestauchter Tangens aus.
Umgekehrt ähnelt der Tangens Hyperbolicus einem vertikal um 2/π gestauchten Arcustangens. Deshalb passt das Bild so gut, wenn es auch nicht perfekt ist.
Zum Wert von cDie 299792458m/s sind schlicht ein Artefakt des Maßsystems. Die Sekunde ergibt sich ursprünglich als bestimmter Bruchteil eines Erdentages, der Meter als bestimmter Bruchteil eines Meridians - beides mehr oder minder zufällige Werte. Man könnte auch Strecken in Sekunden messen, dann wäre c schlicht gleich 1. Im Alltag könnte man in Nanosekunden rechnen, was knapp 1ft entspricht, der Länge eines gewöhnlichen Schullineals.
Zum „Medium“Wenn man von einem „Medium“ spricht, meint man bei Licht einfach Materie, durch die es geht. Es wird aber durch diese nicht etwa überhaupt erst weitergeleitet wie Schall, sondern kann sich problemlos ohne „Medium“ ausbreiten, und zwar besser als mit; daher ist das Wort „Medium“ irreführend. Materie bremst Licht nur aus.
Warum nicht scheller?Im Youtube-Kanal ‘PBS Spacetime’ gibt es ein Video mit dem Titel „The Speed Of Light Is Not About Light“. Worauf die Autoren hinaus wollen, ist, dass c mehr ist als das Ausbreitungstempo einer bestimmten Wellenart in einem bestimmten Medium, nämlich die Geschwindigkeit von Kausalität überhaupt.
Ereignisse, die räumlich weiter auseinander liegen als zeitlich, heißen raumartig getrennt und sind kausal unabhängig. Sie können einander nicht beeinflussen und haben keine feste zeitliche Reihenfolge; technisch gesehen sind sie gleichzeitig oder jedenfalls potentiell gleichzeitig.
Warum es eine solche endliche Geschwindigkeit der Kausalität gibt, kann man nur vermuten (etwa im grundlegenden Bau des Universums auf kleinster Ebene); wissen tut es niemand.
Hallo Mulano,
kannst Du Dir diese Ebene bildlich vorstellen, von der ich gesprochen habe?
https://www.gutefrage.net/frage/kann-es-was-schnelleres-als-licht-geben#answer-292266785
Hier habe ich noch eine Darstellung gebracht, die dieses Bild mit der Ebene veranschaulicht.
Das ist die Vakuum-Lichtgeschwindigkeit.
In manchen Medien ist die Lichtgeschwindigkeit deutlich langsamer.
In Wasser beträgt die Lichtgeschwindigkeit nur etwa 75 % der Vakuum-Lichtgeschwindigkeit.
In Gläsern mit hohem Brechungsindex ist die Lichtgeschwindigkeit sogar nur etwa halb so groß wie im Vakuum.
Nicht richtig! Erstens geht es nicht um den Faktor 300 mal schneller sondern ein Dreihundertstel schneller (Journalisten halt!) und zweitens widerspricht das Ergebnis nicht der Einsteinschen Relativitätstheorie.
Hat keiner irgendwo behauptet dass das der Relativität widerspricht, das hast du dir selbst dazugedichtet...
„300 mal schneller“ und „um 1/300 schneller“ sind gleichwohl ein großer Unterschied.
Hier sieht es aber so aus, als habe sich das Licht in die Vergangenheit bewegt:
…daß diese die sechs Zentimeter große Kammer scheinbar 62 milliardstel Sekunden früher verließen, als sie hineingelangten.
„300 mal schneller“ und „um 1/300 schneller“ sind gleichwohl ein großer Unterschied.
Da hab ich lediglich die genannte Quelle zitiert - ich hab das nicht mit weiteren Quellen, geschweige denn dem wissenschaftlichen Bericht abgeglichen.
Hier sieht es aber so aus, als habe sich das Licht in die Vergangenheit bewegt
Ja, da dies der logische Effekt von "Überlichtgeschwindigkeit" (ist ja keine "echte" Überlichtgeschwindigkeit, lediglich die Lichtgeschwindigkeit in einem anderen Medium anstatt einem Vakuum) im Sinne der Relativität ist - Die augenscheinliche Abfolge von Aktion und Reaktion dreht sich um: Reaktion vor Aktion.
Ja, da dies der logische Effekt von "Überlichtgeschwindigkeit"…
Über Bande, unter bestimmten Bedingungen.
Zwei Ereignisse, deren räumlicher Abstand größer ist als ihr zeitlicher (mal c, falls man nicht räumliche und zeitliche Entfernungen in derselben Maßeinheit misst), sind erst einmal raumartig.
Eine Linie, die sie verbindet, ist immer eine räumliche Entfernung und niemals eine Zeitspanne, in keinem Koordinatensystem.
Und natürlich haben sie auch keine feste zeitliche Reihenfolge, d.h., welches früher war, ist bezugssystemabhängig.
Wäre es zumindest möglich, Information mit Überlichtgeschwindigkeit hin- und her zu schicken, könnte die ggf. in der absoluten Vergangenheit (das ist das Innere des Vergangenheitslichtkegels) des Absende-Ereignisses landen („Antitelefon“).
Nur mit Überlichtgewschwindigkeit in eine Richtung landete man normalerweise noch nicht dort.
...weil die Natur eben so ist. Wir haben sie nicht geschaffen und sind darin bloße Beobachter. Und um Beobachtung und das Aufstellen passender Modelle geht es in der Physik.
Auch das innerste Wesen des Lichts ist nach wie vor ein großes Rätsel und dazu gehört u.a. auch die Frage, warum Licht eigentlich genauso schnell ist wie es ist und nicht schneller oder langsamer.
So schrieb auch Albert Einstein:
Fünfzig Jahre intensiven Nachdenkens haben mich der Antwort auf die Frage "Was sind Lichtquanten?" nicht näher gebracht. Natürlich bildet sich heute jeder Wicht ein, er wisse die Antwort. Doch da täuscht er sich.
Im Inneren der sogenannten (falsch bezeichneten) "Schwarzen Löcher" (korrekt: Materie-Energiedichte pur) ist die Lichtgeschwindigkeit bei Null, darum kann sie nicht nach aussen dringen.
Lichtgeschwindigkeit ist nicht das Absolute. In der UdSSR ergab sich aus Forschungen über die Geschwindigkeit der Gedanken-Energie, dass diese etwa das 8-fache der Lichtgeschwindigkeit betrug. (Ich hatte mit der leitenden Wissenschaftlerin am Popov-Institut selbst Kontakt, und wissenschaftliche Berichte 1984 im Westen weitergegeben.)
Die Wisenschaft weiß ja noch nicht mal ob Licht Wellen- oder Teilchencharakter hat - oder beides.
Diese "Teilchen", so wie auch die gesamte sogenannte "Materie" sind nichts anderes als "verdichtete Energie" - erkannt hat dies ja schon Max Planck in den 1930ern.
(Einstein war ja ein großer Plagiator, also Schwindler. Selbst die Formel E=m.c² stammt ja nicht von ihm, sondern gab es schon lange vor ihm! Und sie stimmt nicht mal. Denn wenn die Masse "null" ist, dann ist auch die "Energie" "null", also ist die Formel falsch. Denn Energie ist der Träger allen Seins - aus dieser heraus entsteht "Materie"-Verdichtung. Und sie bildet sich auch wieder zurück. Das hier näher auszuführen wäre zu umfangreich. )
Die Wisenschaft weiß ja noch nicht mal ob Licht Wellen- oder Teilchencharakter hat - oder beides.
Doch. Definitiv beides. Wobei das 'Teilchenhafte' ein Artefakt der Tatsache ist, dass ein Photon eine elementare Anregungen des elektromagnetischen Feldes ist und als solche nur als Ganze aufgenommen oder abgegeben werden kann.
Einstein war ja ein großer Plagiator, also Schwindler.
Das wird immer gern behauptet, und nicht erst heute. Wäre EINSTEIN tatsächlich ein Plagiator gewesen, wäre er schon vor 100 Jahren als solcher aufgeflogen. Wahrscheinlich früher, und PLANCK hätte ihm wohl nicht 1914 einen Lehrstuhl in Berlin angeboten.
In den Naturwissenschaften ist es ohnehin nichts Ungewöhnliches, wenn mehrere Wissenschaftler auf dieselbe Formel kommen. Das sollte auch so sein. Schließlich gibt es nur die Physik.
Selbst die Formel E=m.c² stammt ja nicht von ihm, sondern gab es schon lange vor ihm!
'Lange' ist übertrieben. HASENÖHRL hatte 1904 - also im Vorjahr von EINSTEINs Arbeit - herausgefunden, dass die Energie der Strahlung in einem Hohlkörper zu dessen Masse beitragen muss. Er kam aber nicht auf eine Zusatzmasse m*=E/c², sondern weniger. Somit kann EINSTEIN gar nicht von HASENÖHRL abgekupfert haben.
Die Verwirrung um die Formel, die in dieser Form tatsächlich nicht stimmt, wenn man ein modernes Wording verwendet, ist ebendiesem Wording geschuldet.
Wenn man Photonen als masselos bezeichnet, ist damit die LORENTZ-invariante Masse gemeint, die man früher (oft leider heute noch) als Ruhemasse bezeichnet hat.
In Cäsium kann Licht überlichtschnell sein. - bis 300fache Lichtgeschwindigkeit um genau zu sein.