Warum ist die Lichtgeschwindigkeit absolut und immer 300 000 km/Sekunde?

Hallo IndustrieNation,

dass die Lichtgeschwindigkeit überhaupt eine Naturkonstante ist, lässt sich u.a. aus der Elektrodynamik begründen.

Die elektrische Feldkonstante ε₀ und die magnetische Feldkonstante μ₀, die in MAXWELLs Grundgleichungen der Elektrodynamik auftreten, sind nämlich schon selbst Naturkonstanten. Warum sie gerade so groß sind, wie sie sind, können wir zumindest z.Z. nicht näher begründen.

In der aus den MAXWELL-Gleichungen hergeleitete elektromagnetischen Wellengleichung tritt ε₀μ₀ = 1⁄c² auf.

Man kann natürlich auch z.B. c für die fundamentalere Konstante halten; sie verbindet in gewisser Hinsicht Zeit und Raum, indem sie es ermöglicht, räumliche Distanzen auf nicht willkürliche Art durch Zeitspannen auszudrücken: Eine Licht-Nanosekunde ist knapp 30cm.

Zugleich trennt c Zeit und Raum auch voneinander: In einer räumlichen Ebene mit x- und y- Achse ist das Abstandsquadrat zwischen zwei Punkten P₁ und P₂ durch

(1) Δs² = Δx² + Δy² = (x₂ − x₁)² + (y₂ − y₁)²

(Satz des PYTHAGORAS) gegeben. Die x- und y- Koordinate sind gleichberechtigt und gegeneinander austauschbar. In der t-x-Ebene der Raumzeit ist der Abstand zwischen zwei Ereignissen E₁ und E₂ durch MINKOWSKIs Abstandsquadrat

(2.1) Δτ² = Δt² − Δx²⁄c²

gegeben, was nur für Δx < cΔt positiv ist; in diesem Fall sind E₁ und E₂ zeitartig getrennt und Δτ ist die Zeit, die eine lokale Uhr, relativ zu der E₁ und E₂ am selben Ort stattfänden, messen würde, die Eigenzeit.

Für Δx > cΔt ist aber (2.1) negativ, und da es ein quadratischer Ausdruck ist, wäre Δτ imaginär, was keinen Sinn ergibt. In diesem Fall sind E₁ und E₂ raumartig getrennt, mit

(2.2) Δς² = Δx² − c²Δt²,

wobei Δς der räumliche Abstand zwischen den Ereignissen in einem Koordinatensystem ist, in dem E₁ und E₂ gleichzeitig stattfinden und den man den Gleichzeitigkeitsabstand nennen könnte.

Den Grenzfall zwischen beiden Fällen bilden lichtartig getrennte Ereignisse.

Wir wissen, wie schnell das Licht ist und dass die Lichtgeschwindigkeit absolut ist. Warum sie jedoch genau diesen Wert hat und warum sie im Gegensatz zur Raumzeit absolut ist, wissen wir nicht. Die Physik selber befasst sich eigentlich nur mit den Tatsachen und fragt nicht weiter nach dem "Warum", da ist schon eher die Philosophie gefragt.

Es gibt jede Menge fundamentaler Parameter (Naturkonstanten) die bestimmen, welche Eigenschaften unser Universum hat. Und bei den meisten würde schon eine winzige Änderung reichen (z.B. eine um 1% veränderte Lichtgeschwindigkeit), um es völlig anders aussehen zu lassen. In den meisten Fällen so anders, das Leben nicht möglich sein würde.

https://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2015/02/23/warum-sind-die-naturkonstanten-genau-so-abgestimmt-dass-es-leben-im-universum-geben-kann/

Beschwerden sind an das Ministerium für Naturkonstanten zu richten.

Die sogenannte Lichtgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, mit der Realität sich ausbreitet. Nichts was Ruhemasse* hat kann diese Geschwindigkeit erreichen, und nur weil Photonen keine Ruhemasse haben, haben sie diese Geschwindigkeit, daher der Name.

Der Name kommt auch daher, dass man früher glaubte, das Licht brauche ein Medium, in dem sich elektromagnetische Wellen ausbreiten (so wie Schallwellen in Luft), den sog. Äther. Die Frage, woran dieser Äther räumlich festgemacht sei, führte zum Michelson-Morley Experiment, bei dem eigentlich erwartet wurde, dass mit der Geschwindigkeit der Erde durch den Äther unterschiedliche Geschwindigkeiten des Lichts in unterschiedliche Richtungen gemessen würden. Überraschung: kein Unterschied, also kein Äther (es sei denn er würde zufällig ausgerechnet an der Erde festgemacht sein). Daraus geht nicht nur hervor, dass es keinen Äther gibt, sondern dass diese Geschwindigkeit eine in allen Inertialsystemen gleiche Naturkonstante und damit nicht überholbar ist, denn wenn man versucht den Strahl einer Taschenlampe mit dem Auto zu überholen, ist er relativ zum Auto genauso schnell wie relativ zur Taschenlampe.

Erst hier setzt die spezielle Relativitätstheorie an, die mit recht einfacher Mathematik (Lorentz-Transformationen) darlegt, was das für Auswirkungen auf Zeiten und Längen (und auch die kinetische Energie*) in bewegten Systemen hat.

*) Kinetische Energie von Objekten mit Ruhemasse enthält einen Term der Lorentz-Transformation wie Zeiten und Längen. Wenn man ein Fahrzeug in die Nähe der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt, geht mit wachsender Geschwindigkeit ein immer größerer Anteil der zugeführten Energie in immer weniger Geschwindigkeitszuwachs und lässt für den äußeren Beobachter das Fahrzeug immer träger erscheinen - die Lichtgeschwindigkeit wird nie erreicht.

Ein Aspekt wäre das sowohl der Raum als auch die Zeit als konstant angenommen werden.

de.wikipedia.org/wiki/Raumzeit

Raumzeit oder Raum-Zeit-Kontinuum bezeichnet die gemeinsame Darstellung des dreidimensionalen Raums und der eindimensionalen Zeit in einer vierdimensionalen mathematischen Struktur. Diese Darstellung wird in der Relativitätstheorie benutzt.

de.m.wikipedia.org/wiki/Zeitkonstante

Die Zeitkonstante (griech. (tau) oder ) ist eine charakteristische Größe eines linearen dynamischen Systems, das durch eine gewöhnliche Differentialgleichung oder durch eine zugehörige Übertragungsfunktion beschrieben wird. Sie hat die Dimension…

helpster.de/das-raum-zeit-kontinuum_225877

Raum-Zeit-Kontinuum in der Speziellen Relativitätstheorie. In den ersten Jahren des 20.Jahrhunderts musste Albert Einstein eine enge Verbindung zwischen Raum und Zeit postulieren. Ausgangspunkt war die, bis heute in der Wissenschaft unbestrittene,…

Warum ist die Lichtgeschwindigkeit absolut und immer 300 000 km/Sekunde?

Darüber hat sich auch schon Albert Einstein gewundert und es einfach als gegeben hingenommen. Warum das so ist und warum die Lichtgeschwindigkeit genau den Wert hat, den sie hat, ist immer noch eines der großen ungelösten Rätsel der Physik. Wer das rauskriegt, dem ist ein Nobelpreis sicher.