Kann Lichtgeschwindigkeit übertroffen werden?
Frage klärt.
9 Antworten
Hallo Y0L0swagger0815,
die Spezielle Relativitätstheorie (SRT) sagt aus, dass das Lichttempo¹) c von nichts übertroffen werden kann, das irgendeine innere zeitliche Ordnung hat.²)
Tatsächlich ist c durch einen Körper oder ein Teilchen mit Ruheenergie (was physikalisch nichts anderes ist als Masse) nicht einmal erreichbar:
Zwar kannst Du – relativ zu einer gegebenen Bezugsuhr U¹) – theoretisch mit genügend Energieaufwand eine beliebig lange Strecke Δx in beliebig kurzer Eigenzeit Δτ zurücklegen, aber Dein Raumfahrzeug wird dadurch unweigerlich zu einer Art Zeitmaschine, die während der Eigenzeit Δτ so viel U- Koordinatenzeit Δt zurücklegt, dass Δx⁄Δt immer unter c bleibt.
Die Allgemeine Relativitätstheorie (ART) relativiert dieses ein wenig:
Die Lichtgeschwindigkeit in der Nähe sehr kompakter Massen ist kleiner als weit weg, wobei ein lokaler Beobachter nach wie vor c messen würde. Jemand, der weit entfernt ist, hat also aus der Sicht eines lokalen Beobachters eine etwas höhere Maximalgeschwindigkeit als c.
Aus der ART folgt auch, dass Raum selbst expandieren kann, was er auch tut. Objekte, die wir heute in mehreren Milliarden von Lichtjahren Entfernung sehen, werden durch diese Expansion überlichtschnell von uns entfernt.
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¹) Geschwindigkeit im engeren Sinne, engl. velocity, ist eine Vektorgröße, eine Größe mit Richtung. Was wir üblicherweise "Geschwindigkeit" nennen, ist oft nur deren Betrag, engl. speed, was man im Dt. gut mit 'Tempo' wiedergeben kann. Auch c ist eigentlich ein Tempo (speed of light).
Geschwindigkeit ist immer relativ zu einem gegebenen Bezugskörper definiert, der selbst dabei als stationär angesehen wird, z.B. einer Uhr U. Die Geschwindigkeit eines Körpers relativ zu U ist die Veränderung (Δx | Δy | Δz) seiner Position geteilt durch die von U aus ermittelte Zeit, die U- Koordinatenzeit. Und Geschwindigkeit ist relativ. Bewegt sich eine zweite Uhr U' kräftefrei mit konstanter 1D-Geschwindigkeit Δx⁄Δt = v telativ zu U, kann man auch U' als ruhend und U als mit Δx'⁄Δt' = −v (gleiches Tempo, entgegengesetzte Richtung) bewegt betrachten.
²) Der Lichtfleck eines Laserstrahls, der auf eine weit entfernte Oberfläche fällt, ein Schatten oder eine vorher verabredete LaOla kann beliebig schnell sein, aber in solchen Fällen haben wir es mit unabhängigen Ereignissen zu tun, deren zeitliche Reihenfolge u.U. von der Wahl des Bezugssystems abhängt.
Von der uns bekannten Materie: Nein.
Theoretisch gibt es "Tachyonen". Für die gilt:
Ihre Geschwindigkeit ist größer als die Vakuumlichtgeschwindigkeit c.
Ihre Masse ist imaginär. Das heißt, das Quadrat ihrer Masse ist negativ. Das folgt aus der Energie-Impuls-Relation, wenn man annimmt, dass sowohl die Energie als auch der Impuls des Teilchens reelle Größen sind. Da einer rein imaginären Ruhemasse bisher keinerlei physikalische Entsprechung zuzuordnen ist, sind Tachyonen möglicherweise eine mathematische Kuriosität ohne reale Bedeutung.
Ein elektrisch geladenes Tachyon müsste immer eine Tscherenkow-Strahlung anregen, da sich das Tachyon immer mit einer höheren Geschwindigkeit als der Lichtgeschwindigkeit des durchquerten Mediums bewegt.
Im Gegensatz zu unterlichtschnellen Teilchen, in denen die Ereignisse auf der Weltlinie für jeden Beobachter die gleiche Zeitordnung besitzen, hängt die zeitliche Reihenfolge verschiedener Ereignisse auf der Tachyon-Weltlinie vom Bezugssystem ab.
Quelle https://www.chemie-schule.de/KnowHow/Tachyon?utm_content=cmp-true
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 absolut stationäres Medium, in dem sich elektromagnetische Wellen ausbreiten (so wie Schallwellen in Luft), den sog. Äther. Die Frage, woran so ein stationärer 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.
es gibt mathematische Artefakte, sog. Tachyonen, die nur Überlichtgeschwindigkeit hätten und nicht mit der physikalischen Realität wechselwirken könnten. Das ist also nur Fantasie. Dass normale Materie das nicht kann, folgt direkt aus dem Michelson-Morley-Experiment, nicht aus der Abwesenheit von Beobachtung.
Eine relative Geschwindigkeit sehr wohl. Ansonsten - Geschwinigkeiten werden errechnet, nicht gemessen, auch Geschwindigkeitsmesser rechnen anhand von "Sensoren" u a.
Als echte Geschwindigkeit für Datenübertragung oder Signalübertragung nicht.
Als Geschwindigkeit von realen Teilchen bei weitem nicht (deren Energie geht zuvor gegen unendlich).
Aber:
Bei Ausnutzung von Quantenmechanik ja --- dient aber nicht zur Signalübertragung (EPR).
Und bei der Geschwindigkeit von virtuellen Effekten natürlich auch. (Damit meine ich z.B. die Geschwindigkeit eines Lichtpunktes auf dem Mond, der von einem Laser auf der Erde errzeugt wird. Dieser kann mittels Spiegel schnell abgelenkt werden.) Aber auch hier erfolgt keine Signalübertragung.
Mir stellt sich gerade eine Frage: Würden wir überhaupt mitbekommen, wenn sich etwas schneller als das Licht bewegt? Denn es wird ja gesagt, dass sich das Objekt dann rückwärts in der Zeit bewegen würde. Das wäre mMn. mit herkömmlichen linearen Messgeräten doch nicht messbar, oder? 😶