Warum kann die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum nicht übertroffen werden?
Seit Jahrhunderten wird das rätselhafte Licht untersucht.
Trotz Interesse habe ich nicht verstanden, wie man den Vorbeiflug eines bestimmten Lichtteilchens zweimal messen kann wie einen Läufer zwischen zwei Kontrollstellen.
Nun wird eine Höchstgeschwindigkeit angenommen, die auch andere Phänomene begrenzt wie etwa Gravitationswellen und Neutrinos. Mehr kennt man ja nicht von der Welt.
Bei elektromagnetischen Wellen kann ich mit Mühe nachvollziehen, dass das Voranschreiten zwischen elektrischer und magnetischer Wandlung Zeit braucht.
Aber wieso wird das 1:1 auf Gravitation und Neutrinos übertragen?
3 Antworten
Ein und dasselbe Photon kann man nicht zweimal messen.
siehe https://de.wikipedia.org/wiki/Lichtgeschwindigkeit
Die erste irdische Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit gelang Armand Fizeau mit der Zahnradmethode. Er sandte 1849 Licht durch ein rotierendes Zahnrad auf einen mehrere Kilometer entfernten Spiegel, der es wieder zurück durch das Zahnrad reflektierte. Je nachdem, wie schnell sich das Zahnrad dreht, fällt das reflektierte Licht, das auf dem Hinweg eine Lücke des Zahnrads passiert hat, entweder auf einen Zahn, oder es gelangt wieder durch eine Lücke, und nur dann sieht man es. Fizeau kam damals auf einen um 5 % zu großen Wert.
Neutrinos haben nach neuesten Messungen eine etwas kleiner Geschwindigkeit als das Licht.
Statt des Spiegels könnte man auch zwei hintereinander gesetzte Zahnräder verwenden. Das Licht hat alle Kennzeichen einer elektromagnetischen Welle und für diese gilt: epsiolon * mü = c^(-2). Durch die Zuordnung einer Materiewelle zu jedem bewegten Teilchen Lambda = h / (m*v) konnten Teilchenstrahlinterferenzen beschrieben werden und zwischen der Phasengeschwindigkeit u und der Teilchengeschwindigkeit v einer derartigen Materiewelle besteht der Zusammenhang u*v = c^2. Neutrinos regagieren mit Materie, allerdings nur sehr schwach.
Neutrinos regagieren mit Materie, allerdings nur sehr schwach.
Nicht ausweichen. Wie hefte ich einem Neutrino am Cern (Start) eine ID an, damit ich es in Gran Sasso (Ziel) wiedererkenne. Und wie synchronisiere ich die Uhren?
Wenn das klar wäre, hätte ich nach Video-Vorträgen wohl keine Fragen offen.
So geht das nicht. Sondern man synchronisiert die Uhren von Cern und Gran sasso. Und beim Start der Neutrinos werden gleichzeitig die Uhren gestartet. Die Einzelheiten dieses Versuchs sind diffizil und deshalb entstand zunächst auch eine fehlerhafte Messung.
Und den Zweifel, ob die Ein-Richtungs-Lichtgeschwindigkeit überhaupt bestimmt werden kann.
nein, die kann nicht bestimmt werden. die ist nichts weiter als eine willkürliche definition (von der keine observable abhängt).
Die waren eine zeitlang vom Cern bis Gran Sasso schneller als das Licht in Felsen. Kein Wunder, Licht in Felsen kommt überhaupt nicht voran.
dass sie schneller sind als licht im medium ist eh klar.
eine sensation wäre wenn sie schneller wären als licht im vakuum (darauf gibt es aber keine hinweise)
(dass die OPERA anomalie ein messfehler war ist denke ich bekannt)
Wie misst man die Geschwindigkeit von Neutrinos, wenn sie angeblich so gut wie nicht mit irdischer Materie interagieren?
indem man einen strahl von sehr sehr sehr vielen neutrinos sendet, und dann einen bruchteil davon misst
man synchronisiert die Uhren
Spaßvogel, die Frage WIE hast du nicht beantwortet.
Ich sende das Signal „JETZT“, das braucht eine zunächst unbekannte Zeit bis zum Ziel. Dann wird das Neutrino 4711 geschickt und trifft auf die verzögerte Stoppuhr am Ziel. Also ist es ähnlich schnell wie das Synchronisierungssignal und damit unbekannt.
Ich will gerne glauben, dass Wissenschaftler Lösungen gefunden haben, aber sie werden nicht erklärt.
Mann kann zur Synchronisation der Uhren ein Signal verwenden, das von der Mitte der Strecke San Sasso Cern ausgeht. Dieses Signal kommt gleichzeitig bei SanSasso und Cern an.,
Okay, Idee akzeptiert. Setzt aber voraus, dass Signale in alle Richtungen gleich schnell sind. Schall bei Wind ist es nicht, warum also Licht (Funk) mit und gegen die Erdbewegung um die Sonne?
man kann aus sehr wenigen sehr grundlegenden annahmen (homogenität von raum und zeit, isotropie des raums und äquivalenz aller inertialsysteme) herleiten dass es so etwas wie eine invariante geschwindigkeit gibt. ist diese unendlich erhalten wir die klassische mechanik mit der Gallilei transformation, ist diese endlich erhalten wir die relativistische mechanik mit der Lorentz transformation.
wir kennen keinen tieferen grund warum dieser parameter endlich ist und nicht unendlich (es spräche nichts dagegen) es ist einfach nur eine experimentelle tatsache. ist halt so wir suchen uns die natur nicht aus wie sie zu sein hat, wir beschreiben sie nur.
wie du siehst hat das an dieser stelle überhaupt nichts mit licht zu tun. die geometrie von raum und zeit enthält einfach diese endliche invariante geschwindigkeit (warum auch immer). wir nennen diese "lichtgeschwindigkeit" einfach nur aus historischen gründen, weil licht eben das erste war das wir kennengelernt haben das in der tat diese geschwindigkeit hat. auch das ist erstmal wieder nur eine experimentelle tatsache. wir wissen aus der geometrie von raum und zeit dass sich masselose objekte mit der invarianten grenzgeschwindigkeit bewegen, und viele viele viele experimente zeigen dass das auf elektromagnetische wellen zutrifft. die QED als quantentheorie des lichts sagt sogar vorher dass photonen masselos sein müssen.
aber wie gesagt, die invariante grenzgeschwindigkeit hängt nicht direkt mit dem licht zusammen, sondern licht ist einfach nur das bekannteste beispiel für etwas das tatsächlich diese geschwindigkeit hat.
Aber wieso wird das 1:1 auf Gravitation und Neutrinos übertragen?
die geometrie von raum und zeit gilt natürlich für alles was sich darin bewegt. gravitationswellen sind nichts anderes als periodische änderungen der raumzeit selbst, daher ist es wenig überraschend dass die für sie resultierende geschwindigkeit eben als diese invariante grenzgeschwindigkeit (die wir für gewöhnlich "lichtgeschwindigkeit" nennen, aber wie gesagt nur aus historischen gründen) rauskommt.
neutrinos bewegen sich eh nicht mit dieser geschwindigkeit. wenn sie es täten (und sie wirklich masse größer null haben, wovon wir aber ziemlich überzeugt sind) wäre das eine der gewaltigsten sensationen der physik der letzten hundert jahre.
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. Auch andere ruhemasselose Realitäten wie zB Gravitationsfelder breiten sich mit dieser Geschwindigkeit aus.
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.
Die Information habe ich auch. Und den Zweifel, ob die Ein-Richtungs-Lichtgeschwindigkeit überhaupt bestimmt werden kann.
Ein Kritikpunkt von mir. Ich habe nirgends Informationen gefunden, wie zeitverzögert ein Spiegel Licht reflektiert. In den neuen Videos, in denen Lichtausbreitung gezeigt wird, erscheinen mir Reflektion und Brechung verzögert.
Die waren eine zeitlang vom Cern bis Gran Sasso schneller als das Licht in Felsen. Kein Wunder, Licht in Felsen kommt überhaupt nicht voran.
Wie misst man die Geschwindigkeit von Neutrinos, wenn sie angeblich so gut wie nicht mit irdischer Materie interagieren?