Wenn ich in einem Raumschiff mit Lichtgeschwindigkeit reise, was passiert, wenn ich das Licht innen anmache?
Bleibt der Vorderteil der Kabine dann dunkel?
15 Antworten
Hallo Dafur,
es gibt ein ziemlich altes Prinzip, es stammt schon von GALILEI und heißt das Relativitätsprinzip (RP): Geschwindigkeit ist relativ, d.h. relativ zu einem Bezugskörper, etwa einer Uhr U. In einem von U aus definierten Koordinatensystem Σ bewegst Du Dich vielleicht in x-Richtung mit einer 1D-Geschwindigkeit v.
Ebensogut kannst Du dann aber Dich als ruhend und U als – in einem von Deiner Borduhr U' aus definierten Koordinatensystem Σ' – mit −v (gleich schnell, entgegengesetzte Richtung) bewegt beschreiben, ohne dass dies an den grundlegenden Beziehungen zwischen physikalischen Größen – nichts anderes sind Naturgesetze – etwas ändert.
Von Deiner Geschwindigkeit spürst Du also nichts, nur eventuelle Änderungen Deiner Geschwindigkeit.
Wenn ich in einem Raumschiff mit Lichtgeschwindigkeit reise,...
Mit fast Lichtgeschwindigkeit. Du kannst c – so bezeichnet man das Ausbreitungstempo elektromagnetischer Wellen, d.h. von Licht – nur beliebig nahe kommen. Der Grund dafür wird gleich klar.
...was passiert, wenn ich das Licht innen anmache?
Es wird hell im Inneren – ebenso als wenn Du relativ zu U in Ruhe wärest.
GALILEI meets MAXWELLZu den oben erwähnten Naturgesetzen gehören auch MAXWELLs Grundgleichungen der Elektrodynamik und damit auch die elektromagnetische Wellengleichung, d.h. das Ausbreitungstempo elektromagnetischer Wellen.
Das hat eine wichtige Konsequenz für c: Was sich relativ zu U mit c bewegt, das bewegt sich auch relativ zu Dir mit c und umgekehrt.
Schon deshalb kannst Du Dich relativ zu U nicht mit genau c bewegen, da Du Dich dann auch relativ zu Dir selbst mit c bewegen müsstest, was natürlich Unsinn ist. Relativ zu Dir selbst bewegst Du Dich ja gar nicht fort, schon gar nicht mit c.
Aber warum kann sich dann das Licht selbst überhaupt mit c bewegen?
Weil es im Grunde kein Etwas ist, das sich bewegen kann, sondern es ist seine eigene Bewegung. Jedes Photon besteht ausschließlich aus seiner eigenen kinetischen Energie Eₖ. Ein typisches Materieteilchen hat zudem noch eine Ruheenergie E₀, die im Grunde nichts anderes ist als seine Masse.
Die Lichtgeschwindigkeit ist für Masse nur annäherungsweise erreichbar, weil die Masse mit steigender Geschwindigkeit zunimmt und der Energiebedarf zur weiteren Beschleunigung gegen unendlich tendiert.
Die Lichtgeschwindigkeit ist in jedem Bezugssystem gleich und absolut. Selbst wenn du relativ zur Erde mit annähernd Lichtgeschwindigkeit unterwegs bist, wird sich das Licht auch von dir aus gesehen lichtschnell wegbewegen und nicht etwa nur mit der Differenz zur eigenen Geschwindigkeit. Was sich verändert sind die relativen Größen Raum und Zeit, sodass für die Lichtgeschwindigkeit (aus Weg durch Zeit) immer der gleiche Wert herauskommt.
Im Raum ist alles relativ zueinander in Bewegung, es gibt keinen absolut stillstehenden Bezugspunkt. Das eigene Bezugssystem erscheint immer normal, die anderen, wenn sie sich gegenüber dem eigenen bewegen, verzerrt.
Für annähernd lichtschnelle Teilchen, die aus dem All zur Erde gelangen, erscheinen wir annähernd lichtschnell, verzerrt und haben eine stark zugenommene Masse (bzw. eine stark angewachsene kinetische Energie). Merkst du was?
Wenn Sie sich mit Lichtgeschwindigkeit in einem Raumschiff bewegen und das Licht in der Kabine einschalten, würde das Licht von der Quelle aus in alle Richtungen strahlen und den gesamten Raum erleuchten, einschließlich des Vorderteils der Kabine.
Das Licht innerhalb Deines Raumschiffes reist genauso schnell mit Dir wie Dein Hirn und Deine Körperaktivitäten. Alles im Raumschiff passiert für Dich in "Echtzeit".
Wäre es anders, dann würde das Raumschiff stetig weiterreisen, während Du noch irgendwo im All per Anhalter hinterher gammelst...
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.