Kann die Geschwindigkeit des Lichts durch Gravitation beeinflusst werden?

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12 Antworten

Als viele Physiker bzw. Naturphilosophen Licht um 1800 noch teilweise für aus Korpuskeln bestehend hielten, waren manche wie John Mitchell oder Pièrre Simon de Laplace auch der Meinung, es werde durch Gravitation möglicherweise in der Weise beeinflusst, sodass ein Stern der Masse M und einem Radius r<2GM/c^2 (G ist die Gravitationskonstante und c die Geschwindigkeit, mit der Licht emittiert wird) unsichtbar sein müsse, weil das Licht von seiner Oberfläche nicht nach Unendlich entkomme, sondern zurückfallenden wie ein hochgeworfener Stein.
Erstaunlicherweise hatten sie nicht so Unrecht, wie man es lange dachte. Licht hat sich zwar als Wellenphänomen erwiesen, und seit Max Plancks und Albert Einsteins Lichtquantentheorie und Einsteins Spezieller Relativitätstheorie wissen wir, dass Licht, dem man Energie entzieht, nicht an Geschwindigkeit, sondern an Frequenz verliert, aber seit seiner Allgemeinen Relativitätstheorie wissen wir auch, dass Licht sehr wohl durch Gravitation beeinflusst und beispielsweise abgelenkt wird. Nur wird es, aus der Ferne beurteilt, im Gravitationstrichter eines Sterns langsamer (wovon ein lokaler Beobachter freilich nichts merkt, da seine Uhren um denselben Faktor verlangsamt werden) und nicht etwa schneller. Schneller wird es beim Aufstieg wieder, allerdings auf Kosten seiner Frequenz (Gravitationsrotverschiebung).
Aufgrund der "Ausbeulung", die der Raum im Gravitationstrichter erfährt, ist allerdings die Koordinate r, die eine gedachte "Umkugel" der Fläche 4πr^2 bezeichnet, nicht mehr der radikale Abstand zum Mittelpunkt, der nämlich größer ist. Wird der Stern kleiner als der sog. Schwarzschild-Radius (benannt nach Karl Schwarzschild-Radius, der 1916 erstmals eine exakte Lösung der Einstein-Gleichungen fand), dessen r-Koordinate skurrilerweise mit Mitchell's Formel übereinstimmt, so kann man den Abstand zum Mittelpunkt nicht einmal mehr messen, da r<2GM/c^2 zeitartig wird (die Vorwärtsrichtung ist nach innen). Die Situation liegt bei einem Schwarzen Loch vor, allerdings dürften die meisten von ihnen rotieren, was eine kompliziertere Lösung zur Folge haben dürfte.
Jedenfalls verlangsamt Gravitation Licht in der Tat (und lenkt es ab übrigens so, dass man sich hinter einem Schwarzen Loch nicht verstecken kann).
Der Verlangsamungsfaktor lautet, soweit ich mich entsinne, sqrt{1-(v/c)^2-r_s/r} mit r_s=2GM/c^2.

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Kommentar von Roderic
23.03.2016, 06:09

SlowPhil: Leider kann ich dir mehr als einen DH und ein Dank nicht geben - verdient hättest du zehn davon. ;-)

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Die Lichtgeschwindigkeit ist eine Konstante die sich nicht verändert,  auch nicht durch Gravitation. 

Zu deinem Beispiel. Du schickst eine  Lichtstrahl von einem Punkt zu einem anderen. Einmal durch den leeren Raum und einmal vorbei an einer starken Gravitation. Da wird der zweite Lichtstrahl länger brauchen als der erste. Was aber nicht daran liegt das sich seine Geschwindigkeit ändert sondern daran das die Gravitation den Raum krümmt und der Lichtstrahl somit einfach eine weitere Strecke zurücklegen muss.

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Kommentar von SlowPhil
23.03.2016, 05:56

Gravitation verlangsamt aber auch die Zeit, insofern hast Du nur teilweise Recht. Lokal merkt man natürlich nichts von der Verlangsamung.

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Zum Edit: Ja und nein. Wie schnell eine Uhr läuft, hängt vom Gravitationspotential ab, auf dem es sich befindet. Stellt man dort einen Spiegel auf, so müsste es gegenüber der Erwartung eine messbare Verzögerung geben, die man natürlich auch in Sinne einer längeren Strecke deuten kann. Schließlich beult Gravitation die Raumzeit und auch den t=const.-Raum auch regelrecht aus. Die Schwarzschild-Metrik
c^2dτ^2=c^2*dt^2*(1-rs/r)-dr^2/(1-rs/r)-r^2*dθ-r^2*sin^2*dφ
(so weit ich mich entsinne bzw. das rekonstruieren kann) beschreibt es m.E. als Sowohl-als-auch.

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Kommentar von SlowPhil
23.03.2016, 18:15

Ach ja, zum "nein": Für einen lokalen Beobachter breitet sich Licht nach wie vor mit Chorgemeinschaft aus.

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Kommentar von SlowPhil
23.03.2016, 18:56

Sch*** Autokorrektur! 😠

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die Vorstellung ist die, dass durch starke Einwirkung der Schwerkraft der Lichtstrahl gebogen wird. Die Lichtgeschwindigkeit bleibt dieselbe, aber die Bahn, die das Licht nimmt, wird ev. länger...

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Kommentar von Accountowner08
23.03.2016, 07:49

...das hat man zum ersten mal bei einer Sonnerfinsternis, ich glaube 1919 überprüft und somit die Relativitätstheorie von Einstein in der Praxis bestätigt...

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Das Licht wird durch Gravitation nicht schneller, schließlich saugt Gravitation nicht, wie einige meinen. Das Licht verschwindet höchstens, wenn die Gravitation unvorstellbar stark ist, wie beispielsweise bei einem schwarzen Loch. LG

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Hi gjerman1, ich bin ziemlich beeindruckt über deine Frage, aber ich denke du bist um diese Uhrzeit auf dieser Seite falsch eine qualitativ hochwertige  Antwort darauf zu erhalten. Versuch dich morgen mal auf geeigneten Foren oder probier dein Glück nochmal hier. Hoffe ich konnte dir weiterhelfen

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Kommentar von gjerman1
23.03.2016, 04:08

Junge...

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Hallo! Ich halte den Text von SlowPhil für richtig - habe aber eine Anmerkung. Es gibt immer wieder die Frage wo und wie man die Lichtgeschwindigkeit überschreiten kann. Hast Du auf der Erde einen genügend starken Laser und kannst den Strahl mit extremer Geschwindigkeit über den Mond schwenken so wird diese Erscheinung dort Lichtgeschwindigkeit überschreiten können.

Ich glaube das konnte man mal so bei Prof. Lesch verstehen.

Ich wünsche Dir alles Gute.

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Kommentar von gjerman1
06.04.2016, 23:07

Gib dir mal "Will this go faster than light?" auf YouTube, der Typ erklärt da warum trotzdem nicht die Lichtgeschwindigkeit überschritten wird, sehr anschaulich.

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Lichtgeschwindigkeit ist eine Konstante... d.h sie kann nicht verändert werden. Höchstens die Wellenlänge. Das nennt man dann Rotverschiebung.

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Eigentlich ist deine Frage dermaßen dicht durchsetzt mit physikalischen Fettnäpfen und Stolperfallen, daß man, wenn man es genau nimmt, keine wissenschaftlich korrekte Antwort geben kann...

...ohne in wenigstens eine davon hineinzulatschen.

;-)

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Die Lichtgeschwindigkeit ist nach Einsten eine Konstante.

Die Relativitätstheorie beruht darauf.

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Nein da Licht nur Strahlung und keine Materie ist. Sonst könnte es keine Lichtgeschwindigkeit erreichen

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Kommentar von steefi
23.03.2016, 14:38

Die Schule ist schon lang her bei mir - aber hatten Photonen aus denen Licht besteht, nicht eine Masse?

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Kommentar von DrBraune
23.03.2016, 16:48

ne weil Materie kann keine Lichtgeschwindigkeit erreichen ( Relativitätstheorie) somit kann Licht keine Masse haben ( sagt unser physikleherer)

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Kommentar von SlowPhil
23.03.2016, 17:35

Licht ist keine Materie, denn die muss aus Teilchen aufgebaut sein, die (i) eine Eigenmasse haben und damit auch ein Ruhesystem, und (ii) für die so etwas wie ein Teilchenzahlerhaltungssatz gilt. Das ist bei Licht nicht der Fall. Allerdings wird nicht nur Materie, sondern auch andere Arten Energie - auch Licht - von Gravitation angezogen.

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Antwort: Nein!

Lichtgeschwindigkeit bleibt immer die Selbe. Man kann Licht nicht schneller oder langsamer werden lassen. Nur die Wellenlänge kann man verändern. Auch ist es egal ob man einen Laserstrahl oder Scheinwerferlicht los schickt.

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Kommentar von SlowPhil
23.03.2016, 06:00

Lichtgeschwindigkeit (genauer Vakuumlichtgeschwindigkeit) bleibt lokal betrachtet immer die selbe. Aus der Sicht eines entfernten Beobachters muss das nicht stimmen.

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