Ändert sich die Lichtgeschwindigkeit nach Lichtfarbe?
Letztens habe ich einen Artikel über Lichtgeschwindigkeit gelesen und habe mich gefragt wofür das ganze eigentlich bestimmt wurde. Nach einigen Nachforschungen fand ich überall nur die Antwort Sonnen/Sternenlicht, aka weißes Licht. Jetzt hat aber eigentlich jedes Photon einer Farbe eine andere Energie. Müsste sich dann nicht auch die Lichtgeschwindigkeit je nach Photonenfarbe ändern? Und wenn ja, sind die Unterschiede groß genug um relevant zu sein?
LG
Bettina
7 Antworten
Moin,
nein sie immer gleich schnell. Die Geschwindigkeit ändert sich nur je nach Medium durch das das Photon fliegt. Die "Energie" Unterschiede sind darauf zurückzuführen, wie Stark die Photonen schwingen, was auch den Farbunterschied verursacht. Denn eine kurze Wellenlänge (UV, Gamma, usw) kann Atome Ionisieren, also eine kurze Wellenlänge kann einem Atom die Elektronen rausschießen. Weite Wellenlängen (Infrarot, Mikrowellen, usw) werden so groß dass sie nur noch Atome und Moleküle an sich bewegen.
Dabei dass die Wellenlänge auch wirklich die Energie ändert, also ob die Photonen stärker sind, bin ich mir nicht so sicher. Beim oben genannten schon, also dass kurze Wellen Atome ionisieren kann und demnach eine größere "Zerstörungswirkung" hat.
Nein, da es für die Lichtgeschwindigkeit eine feste Formel gibt, die nicht auf verschiedenen Farben beruht und es außerdem praktisch nichts schnelleres geben sollte.
Die Lichtgeschwindigkeit entspricht 300.000.000 m/s
Also 300.000 km/s
Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum um genau zu sein.
In Medien können Teilchen schneller als das Licht sein siehe Tscherenkow Strahlung und die Lichtgeschwindigkeit ist in einigen Medien Frequenzabhängig siehe Dispersion.
Ja, weswegen ich praktisch schrieb. In der Theorie ist die natürlich möglich.
Das ist nicht nur in der Theorie so. In jedem Atomreaktor sind die schnellen Neutronen schneller als die Lichtgeschwindigkeit im Wasser.
Wenn du zB einen Forschungsreaktor siehst dann leuchtet dieser im Betrieb blau. Dieses blaue Leuchten ist die Tscherenkowstrahlung welche durch die Neutronen emittiert wird welche sich schneller durch das Wasser bewegen als das Licht selbst. Also dieser Effekt tritt praktisch ziemlich oft auf.
Dispersion ist auch nicht nur theoretisch so, sondern der Grund warum ein Prisma das Licht bricht. Dieser Effekt tritt also praktisch ebenfalls sehr sehr häufig auf.
Die Energie hat nichts mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit zu tun. Es gibt aber folgende Beziehungen:
c = 𝝀 * f. 𝝀 ist die Wellenlänge und f die Frequenz.
E = h * f (für ein Photon). h ist das Planksche Wirkungsquantum, eine Naturkonstante.
Davon unabhängig gibt (gab?) es folgende Hypothese:
Die Quanten-Loop-Gravitation (Hypothese) geht davon aus, dass auch die Raumzeit gequantelt ist; es also gewissermaßen Quanten der Raumzeit gibt, sie eine körnige Struktur hat.
Dann würde Licht auf seinen Weg durch die Raumzeit an diesen Quanten (Körnern) gestreut, es würde also einen kleinen Zickzackweg nehmen. Der Unterschied zu einer geradlinigen Bewegung wäre aber aufgrund der ultrawinzigen Größe dieser Körner mit heutigen Instrumenten nicht feststellbar.
Dann müssten aber unterschiedliche Frequenzen auch unterschiedlich stark gebeugt/gestreut werden. Dies ist ja auch makroskopisch sichtbar, wenn weißes Licht ein Prisma durchläuft; es wird in die Spektralfarben zerlegt.
Für unseren Fall würde es bedeuten, dass Licht unterschiedlicher Frequenz unterschiedlich lange Wege von A nach B zurücklegen würde, denn weniger stark gebeugtes Licht, nimmt einen direkteren Weg und ist somit eher von A nach B.
Die Lichtgeschwindigkeit wäre somit tatsächlich leicht frequenzabhängig.
Ob diese Hypothese noch steht oder vom Tisch ist, weiß ich nicht.
Die Instrumente sind jedenfalls noch nicht genau genug, um dies zu überprüfen.
Aktualisierende Kommentare sind willkommen.
Die Quanten-Loop-Gravitation (Hypothese) geht davon aus, dass auch die Raumzeit gequantelt ist;
Nun bin ich zwar ein absoluter Dau, was die Feinheiten der modernen Physik angeht und ich dachte immer, dass das Phänomen der Quantelung ziemlich eng begrenzt ist auf die mikroskopischen Vorgänge, die sich im Bereich der Atome, der Moleküle und der subatomaren Teilchen abspielt. Dabei geht es konkret um die Zustände, die ein Teilchen einnehmen kann, also um ganz real existierende Materie. Raum oder Zeit und auch Raumzeit sind hingegen abstrakte Konstrukte, mit deren Hilfe die Physik die Messungen und Wahrnehmungen in einen Rahmen bringt. Mir ist es völlig unmöglich, einem, ich sage mal gedachten Koordinatensystem, eine Quantelung zuzumessen. Warum auch?
Ich las dies in einem seriösen naturwissenschaftlichen Magazin ("Spektrum der Wissenschaft" oder "Bild der Wissenschaft"). So wie ich die Relativitätstheorie verstanden habe, hat dort die Raumzeit sehr wohl eine reale Existenz. So wird in der Allgemeinen Relativitätstheorie diese durch Materie/Masse und Energie gekrümmt und dies real und nicht nur rechnerisch abstrakt.
Ja ok. Das mit der Krümmung der Raumzeit durch Materie ist die eine Sache. Die habe ich ich auch nie verstanden, selbst die Raum-Zeit nicht. Aber... die Quantenphysik ist nun eine gänzlich andere. Und eine Zusammenführung der Quantenphysik mit der Relativitätstheorie steht noch aus.Es gibt noch viel Forschungsbedarf.
Die Aussage gilt so nur für das Vakuum in Medien wie zB Glas ist die Lichtgeschwindigkeit Frequenzabhängig was man als Dispersion bezeichnet.
Im Vakuum ist sie immer gleich. In dispersiven Medien hängt die Lichtgeschwindigkeit von der Farbe ab, darum spaltet ein Prisma weißes Licht auch in seine Spektralfarben auf.
nur in dispersiven Medien hängt die Lichtgeschwindigkeit von der Wellenlänge ab, nicht im Vakuum.
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.
In Medien ist die Lichtgeschwindigkeit durchaus Frequenzabhängig das nennt man Dispersion und ist der Grund für die Eigenschaft eines Prismas Licht in seine Spektralfarben zu trennen.
Hier mischt du zwei Theorien. Photonen sind in der QM reine Quanten die schwingen nicht. Das f in E =h*f ist dabei quasi nicht die Frequenz des Photons sondern des Elektromagnetischen Feldes in der Maxwell Theorie.
Für den Übergang zwischen diesen beiden Stellt man das Photon als abgeschlossenes Wellenpaket dar.
Die Theorien sind zum Teil konsistent aber man darf nicht alle Vorstellungen einer Theorie auf die andere Übertragen. Daher muss man da aufpassen.
Oft ist es einfacher komplett zu vergessen, dass Photonen überhaupt existieren.
Ja Licht mit kürzer Wellenlänge hat in der QM Photonen mit mehr Energie. In der Maxwelltheorie hängt die Energie einer Welle aber nicht von deren Frequenz ab.