Wie kam Einstein auf die Idee, dass die Lichtgeschwindigkeit das Maximum ist?
Hi,
ich möchte mich schlau machen, wie Einstein zu diesem Entschluss gekommen ist. Ich verstehe ja das Prinzip der Relativität auf einfacher Ebene und dass relativistisch gesehen nichts schneller ist, als Lichtteilchen im Vakuum, aber wie ist Einsteins Herleitung zu dieser Erkenntnis?
Ich würde mich über verschiedene Links und Seiten freuen, in denen ich mich einlesen kann.
LG
6 Antworten
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.
Die Physiker Albert A. Michelson und Edward W. Morley führten im Jahre 1887 ein Experiment durch, mit dem sie den ruhenden Äther nachweisen bzw. die Geschwindigkeit des Äthers relativ zur Erde messen wollten.
Der "Äther" war ein hypothetisches absolutes Referenzsystem zu dem man beliebige Geschwindigkeiten in Bezug setzten könnte. Im MM Experiment hat man nun versucht die Lichtgeschwindigkeit in unterschiedliche Richtungen zu messen . Da die Erde sich bewegt hätte man unterschiedliche Geschwindigkeiten erwarten je nachdem ob der Lichtstrahl in Bewegungsrichtung der Erde oder entgegengesetzt ausgestrahlt wurde. Überraschenderweise fand man, dass die Lichtgeschwindigkeit in jedem Fall gleich war.
Um das zu erklären kam Einstein auf die spezielle Relativitätstheorie, aus der auch folgt dass die Lichtgeschwindigkeit die maximale Geschwindigkeit ist.
Nur eine Vermutung, aber vielleicht hat er es über die Relativitätstheorie hergeleitet, das für ein beschleunigendes Teilchen auch die Zeit langsamer vergeht, was dann bei der Lichtgeschwindigkeit die Folge hätte, das diese für einen praktisch stillsteht. Wenn es dann noch schneller ginge, dann müsse man in der Zeit zurück reisen, was nicht geht.
die spezielle relativitätstheorie steckte im prinzip immer schon in der klassischen elektrodynamik seit Maxwell drin. es dauerte eben nur bis man sich dazu durchgerungen hatte zu akzeptieren dass die theorie des elektromagnetismus tatsächlich exakt so korrekt ist und nicht geändert werden muss (wie z.B. in verschiedenen äthermodellen), was dann eben direkt zur Lorentz-transformation (die es bereits vor Einstein gab) und zur speziellen relativitätstheorie führt. das ist damals alles nicht einfach so aus dem nichts vom himmel gefallen, sondern war im prinzip schon alles da.
Hier die Kurzfassung, könnte ich so schnell nicht besser zusammenfassen.