Lichtgeschwindigkeit?
Warum kann man sich nicht schneller als Lichtgeschwindigkeit bewegen?Wenn zwei Züge mit Lichtgeschwindigkeit aufeinander zu fahren.Warum treffen sie sich dann nicht schneller als wenn einer mit Lichtgeschwindigkeit fährt und der andere steht.
6 Antworten
Deinem Beispiel mit den Zügen fehlt ein Bezugsumfeld.
Stell dir eine Bahnschiene vor die 2 Lichtjahre lang ist.
Zug A steht links und Zug B fährt mit Lichtgeschwindigkeit, von rechts, auf ihn zu .
Sie treffen nach 2 Jahren , auf der linken Seite, aufeinander, weil Zug B 2 Jahre für diese Stecke braucht.
Jetzt fährt Zug A ebenfalls mit Lichtgeschwindigkeit auf Zug B zu .
Nun treffen sie sich nach 1 Jahr in der Mitte.
Die relative Auftreffgeschwindigkeit ist dann 2 fache Lichtgeschwindigkeit.
Aber kein Objekt für sich kann Lichtgeschwindigkeit überschreiten.
Du kannst das Beispiel auch anders herum betrachten.
Beide Züge fahren mit Lichtgeschwindigkeit ,von der Mitte aus, voneinander weg.
Nach 1 Jahr sind sie 2 Lichtjahre voneinander entfernt, weil jeder von der Mitte (von dort beobachtest du) 1 Lichtjahr entfernt ist.
Relativ betrachtet könnte sich nun einer als Ruhend ansehen und behaupten das der andere mit 2 facher Lichtgeschwindigkeit von ihm weggefahren ist.
Das Problem ist nur das zb Zug A nicht sehen kann das Zug B schon ganz rechts angekommen ist, weil dieses Licht noch nicht bei Zug A angekommen ist. Um auszurechnen wann das Licht ,der Ankunft von Zug B , bei Zug A eintrifft brauchst du die Formeln der Relativitätstheorie.
Auch du siehst in der Mitte nach einem Jahr die Züge nicht ganz links und rechts. Dieses Licht braucht ja nach deren Ankunft wieder 1 Jahr zu dir zurück.
Die Züge sind zwar faktisch absolut nach 1 Jahr jeweils links oder rechts angekommen, relativ siehst du aber erst jene Lichtstrahlen bei dir ankommen , die sie unterwegs abgestrahlt haben.
Bei der Relativitätstheorie berechnet man also das was man sieht.
Faktisch kann schon lange etwas anderes Realität sein.
ZB siehst du gerade JETZT einen Stern explodieren, faktisch ist die Explosion aber zb schon 500 Mio Jahre her, aber das Licht brauchte so lange , bis es in deine Augen viel.
Interssant ist nun noch was Zug A 2 Jahre lang sehen würde während Zug B , mit Lichtgeschwindigkeit, auf ihn zukommt.
Er sieht Zug B nie fahren und plötzlich knallt es.
Zug B ist ja genauso schnell wie das Licht, das von ihm ausgeht.
Licht und Zug B treffen also gleichzeitig bei Zug A ein.
(Hypothetisch wenn Zug B gleich mit Lichtgeschwindigkeit starten könnte)
Hallo Steffi472,
Du hast zwei Fragen hier:
Warum kann man sich nicht schneller als Lichtgeschwindigkeit bewegen?
Das hängt mit der geometrischen Struktur der Raumzeit zusammen. Tatsächlich kann ein massives Teilchen sich auch nicht mit genau dem Lichttempo c bewegen, sondern sein Tempo kann c nur beliebig nahe kommen. Dazu muss seine kinetische Energie Eₖ so groß sein, dass seine Ruheenergie E₀ (was bis auf den konstanten Faktor c² dasselbe ist wie seine Masse m) im Vergleich dazu vernachlässigbar klein ist.
Ich gehe unten darauf ein. Allerdings komme ich dabei nicht ohne Mathematik aus.
Wenn zwei Züge mit Lichtgeschwindigkeit aufeinander zu fahren, ...
Mit Zügen kann man das nicht machen, aber mit subatomaren Teilchen macht man das tatsächlich, z.B. im LHC. Es ist nicht genau c, sondern geringfügig weniger. Protonen (E₀ ≈ 0,94 GeV) wird eine kinetische Energie von 7 TeV zugeführt, fast das 7500- fache ihrer Ruheenergie.
... warum treffen sie sich dann nicht schneller als wenn einer mit Lichtgeschwindigkeit fährt und der andere steht.
Du meinst früher? Das tun sie, im Ruhesystem des LHC betrachtet.
Raum vs. RaumzeitIn einer räumlichen Ebene können wir die Positionen zweier Punkte P₁ und P₂ in einem Koordinatensystem S als (z₁ | x₁) und (z₁ | x₂) beschreiben, aber auch in einem anderen, gegenüber x um den Winkel θ gedrehten Koordinatensystem S° als (z°₁ | x°₁) und (z°₂ | x°₂) ausdrücken.
Da S° gegen S gedreht ist, unterscheidet sich nicht nur z°₁ von z₁, x°₁ von x₁ usw. sondern auch die Koordinatendifferenzen Δz° = z°₂ − z°₁ von Δz = z₂ − z₁ und Δx° = x°₂ − x°₁ von Δx = x₂ − x₁, aber es gibt eine Größe, die gleich bleibt:
(1) Δz°² + Δx°² = Δz² + Δx² =: Δs²
Dabei ist Δs nichts anderes als der Abstand zwischen P₁ und P₂, PYTHAGORAS lässt grüßen.
Etwas ganz ähnliches gibt es in der Raumzeit mit zwei Ereignissen É₁ und É₂, die in der t-x- Ebene der Raumzeit stattfinden sollen.
In einem von einer Uhr U aus definierten Koordinatensystem Σ können wir Zeit und Ort als (t₁ | x₁) und (t₂ | x₂) ausdrücken, in einem von einer relativ zu U in x-Richtung mit konstanter 1D-Geschwindigkeit v bewegten Uhr U' aus definierten Koordinatensystem Σ' als (t'₁ | x'₁) und (t'₂ | x'₂).
Was in beiden Koordinatensystemen gleich ist, ist
(2.1) Δt² − (Δx⁄c)² = Δt'² − (Δx'⁄c)² =: Δτ²,
was wegen des Minuszeichens positiv, 0 oder negativ sein kann. Im letzten Fall drehen wir einfach die Differenz um und multiplizieren die Gleichung mit c²:
(2.2) Δx² − (c∙Δt)² = Δx'² − (c∙Δt)² =: Δς²
Dieses Abstandsquadrat ist nach EINSTEINs früherem Mathematikprofessor MINKOWSKI genannt.
Wenn Δτ² positiv ist, heißen die Ereignisse zeitartig getrennt, d.h., es gibt ein Koordinatensystem, in dem beide Ereignisse gleichortig sind. Δτ ist dann die Zeitspanne zwischen ihnen in diesem Koordinatensystem, die Eigenzeit.
Wenn Δτ = 0 ist, heißen die Ereignisse lichtartig getrennt.
Wenn Δτ² negativ ist, heißen die Ereignisse raumartig getrennt, d.h., es gibt ein Koordinatensystem, in dem beide Ereignisse gleichzeitig sind. Δς ist dann die Entfernung zwischen ihnen in diesem Koordinatensystem. Die zeitliche Reihenfolge solcher Ereignisse hängt von der Wahl des Bezugssystems ab.
Könnte jemand mit c oder schneller unterwegs sein, wären für ihn Ereignisse zeitartig getrennt, die für uns licht- oder gar raumartig getrennt sind. Das ist aber nicht möglich, weil der MINKOWSKI- Abstand absolut, d.h. in jedem Koordinatensystem gleich ist.
Das Wort bewegen ist die Einschränkung.
Die Quanteninformation breitet sich zirka 10k-fach schneller als Licht aus, bei Quantenverschränkung vergeht gar keine Zeit, beides ist keine Bewegung.
Ich habe im Kern eigentlich nur verstanden, dass ich mich wundern und staunen darf :-) Das mit der Quantenverschränkung ist quasi die höchstromantische Liebesbeziehung der Photonen, oder anders gesagt: die Briefpost Gottes. Und Gott versteht man nicht, den kann man nur glauben. Nun, als Laie zumindest...
Die Quantenverschränkung ermöglicht nicht den Übertrag von Informationen über längere Distanzen.
Wenn wir ein Spin-½- Teilchenpaar mit Gesamtspin 0 trennen und jeder von uns eines der Teilchen in einem Raumschiff mit sich führt, und anschließend, 2 Lichtminuten voneinander entfernt, misst jeder von uns den Spin seines Teilchens entlag derselben Achse (unsere Achsen sollen dabei in dieselbe Richtung zeigen) und Du misst z.B. −½, weißt Du sofort, dass ich +½ messe, wenn ich messe. Ob ich aber vielleicht schon vor 1½ Minuten gemessen habe oder erst in 1½ Minuten messen werde, oder ob ich überhaupt messe, ehe ich Dein Ergebnis bekommen habe, kannst Du nicht wissen.
Leider kann ich die Frage nicht beantworten. Die Frage ist auch, ob eine Masse Lichtgeschwindigkeit erreichen kann (Stichwort relativistische Massenzunahme und damit eine nicht definierte Energie zur Beschleunigung). Deine Frage führt mich auf einen Gedanken:
Aber gehen wir doch doch deutlich zurück und sagen, dass die beiden Massen nur mit z.B. 60% der LG fahren. Kollidieren si dann mit 1,2LG Relativgeschw.?
Das frage ich mich auch aber wenn man davon ausgeht das es nicht schneller als Lichtgeschwindigkeit geht fahren sie mit Lichtgeschwindigkeit aufeinander zu oder ? Also insgesamt
Sie kollidieren mit 1,2c Differenzgeschwindigkeit. Das ist einfach die Differenz zwischen den Geschwindigkeiten zweier Körper relativ zu einem dritten, bzw. relativ zu einem Beobachter. Sie kann jeden Betrag zwischen 0 und 2c haben. Ein Beispiel dafür ist die Differenzgeschwindigkeit zweier Körper im Ruhesystem ihres Schwerpunkts.
Mit der Relativgeschwindigkeit meinen wir die Geschwindigkeit eines Körpers in einem Ruhesystem des anderen. Und die ist kleiner als die Differenzgeschwindigkeit der beiden im Ruhesystem ihres gemeinsamen Schwerpunkts.
In der NEWTONschen Mechanik (NM), wo sich Geschwindigkeiten einfach addieren und subtrahieren, gibt es diesen Unterschied nicht.
Das wird dir hier gleich von Experten beantwortet werden, aber Du wirst es nicht verstehen, so wie ich auch nicht und etwa 99,999 % der Menschen dort draussen ebenfalls nicht. Die Relativitätstheorie und Quantenmechanik kommt einem vor wie ... ja wie ? Magisch? Ich sag's so: Harry Potter ist ein nüchternes Sachbuch dagegen.
Mathematisch wurden Tachyonen für möglich gehalten, die nie langsamer werden als Licht. Aber auch das: Magisch, unvorstellbar....Und das mit der Zeit-Dilatation: Du fliegst nahe Lichtgeschwindigkeit und um die herum altert die Welt hundert mal schneller als in Deinem Raumschiff- und du merkst es erst, wenn du zurück kommst...herrje, wie soll man sich sowas vorstellen.
Die Relativitätstheorie ist experimentell sicher bestätigt. Das bekannteste "Experiment" ist das GPS, bei dem es um extrem genaue Zeitemessungen geht.
Ein anderes Experiment ist der Teilchenbeschleuniger LHC (CERN), bei dem Protonen bis fast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden. Je mehr man sie beschleunigt, um so schwerer werden sie, aber nicht mehr wirklich schneller.
Die "extrem genaue Zeitmessung " der GPS Sateliten ist nur rechnerisch genau.
Tatsächlich ist die Genauigkeit GPS von vielen Faktoren abhängig. Zb werden die Bahnen der Sateliten mehrmals täglich nachjustiert.
Atmosphäreische Störungen beeinflussen die Laufzeit der Signale.
Die Atomuhren der Sateliten gehen nicht so genau wie auf der Erde. Das liegt an der Elektronik, die von zb von der Kälte, der Strahlung und dem Magnetfeld beeinflusst wird, um nur mal 3 Einflüsse zu nennen.
Auserdem werden diese Sateliten nach und nach ausgetauscht, die neuen haben 50 mal genauere Uhren an Bord.
Kannst du alles alles im Internett finden, wenn du dir die Mühe machst ,mal abseits der Relativitätstheorie , nach der Funktion von GPS zu informieren.
Zb weist du bestimmt auch nicht das GPS Sateliten ein Inertialsystem bezogen auf den Erdmittelpunkt bilden.
Laut Relativitätstheorie gibt es in Inertialsystemen keine Zeitdilatation.
Hier mal ein Laaaaaanger Bericht darüber.
https://www.thomas-wilhelm.net › ...PDF
Das GPS-System - Funktionsweise und Einsatzmöglichkeiten im Physikunterricht
von M Braun · 2007 · Zitiert von: 6 — Wer wissen möchte, warum in diesem Abschnitt das Thema „Inertialsystem ... der Verbindungslinie zwischen dem Erdmittelpunkt und dem Satelliten ...☆☆☆
Auszug:
1.2.5 Das ECEF-Koordinatensystem
Die bisher beschriebenen Koordinatensysteme sind zweidimensional, außerdem sind sie
über Konventionen fest an die Erdoberfläche gebunden. Nachdem sich aber Satelliten,
die Bezugspunkte beim GPS-System, etwa im Abstand von 20230 km [34, S. 15] über der
Erdoberfläche befinden, stellt sich die Frage, wie der Bezug zwischen den Koordinaten
und den Bezugspunkten hergestellt werden kann. Man benötigt also noch ein weiteres,
dreidimensionales Bezugssystem.
Auch bei dem als nächstes vorgestellten dreidimensionalen Koordinatensystem wird
das WGS 84 als geodätisches Referenzsystem verwendet, da durch dieses wichtige Para-
meter festgelegt sind, vgl. auch 1.2.4. Das beim GPS-System benutzte dreidimensionale,
geozentrische, kartesische Koordinatensystem wird folgendermaßen definiert:
1. Koordinatenursprung: Massenmittelpunkt der Erde (Geozentrum)
2. Z-Achse: Drehachse der Erde
3. XZ-Ebene: Definiert durch die Z-Achse und einen ausgesuchten Punkt auf der Erde
(Sternwarte von Greenwich)
4. Y-Achse: Drehung der X-Achse um 900 gegen den Uhrzeigersinn
nach [3, S. 52], vgl. auch Abb. 1.9 auf S. 7. Wegen seiner geozentrischen Lagerung
Also erhält man ein Inertialsystem, wobei die Transformationsparameter aus weltwei-
ten Untersuchungen der Internationalen Astronomischen Union zur Verfügung stehen
Einstein hat gesagt das Informationen nicht schneller als Licht übertragen werden kann.
Die Verschränkung, in der Quantenphysik, kann das aber .
Einsteins Aussage wurde mit dem BIG Bell Test wiederlegt.
Man muss sich nur mal damit befassen was seit der Relativitätstheorie neues erforscht wurde und sein Wissen auf den neuesten Stand der Forschung bringen.
☆☆☆☆☆
Max Planck Institut für Quantenoptik
https://www.mpq.mpg.de › 18-05-...
Der „Big Bell Test | Max Planck Institut für Quantenoptik
10.05.2018 — Bei einem Bell-Test (genannt nach dem Physiker John Stewart Bell) werden Paare von verschränkten Teilchen, z.B. Photonen, erzeugt und zu ...
☆☆☆☆☆
Glasfaserkabel: Die Quanteninformation zwischen zwei verschränkten Photonen ist mindestens 10.000-mal schneller als das Licht, ergab eine Messung von Forschern der Universität Genf. Albert Einstein: Der Begründer der Relativitätstheorie bezeichnete den Effekt der Verschränkung abschätzig als "spukhafte Fernwirkung".14.08.2008
https://www.spiegel.de › fotostrecke
Schneller als das Licht: Mysterium Quantenverschränkung - DER SPIEGEL☆☆☆☆☆
Doch. Die Geschwindigkeit eines Körpers relativ zu einem anderen, womit wir meinen, dass Letzterer dabei als ruhend gilt, kann nicht größer als c sein, nicht einmal genau gleich c.
Gerade letzteres liegt daran, dass etwas, das sich relativ zu einem Körper mit c bewegt, relativ zu jedem Körper mit c bewegen muss. Bei einem Körper würde das diesen selbst mit einschließen, d.h., der Körper müsste sich relativ zu sich selbst mit c bewegen, was natürlich absurd ist.
Nimm an, Du fliegst mit 0,96c zu einem 24 Lichtjahre entfernten Stern bzw. einem Planeten – nennen wir ihn Plork – dort und – etwas unrealistisch, ebenso wie die Vorstellung, einfach mal eben auf 0,96c zu beschleunigen – hältst die ganze Zeit über Sichtkontakt zur Erde und mit dem Zielplaneten.
Nach einer Uhr auf der Erde und auf Plork braucht die Reise 25 Jahre. Während dieser Zeit sieht Deine Uhr von der Erde aus um den Faktor
(1) K = √{(1 + v⁄c)/(1 − v⁄c)} (hier 7)
langsamer gehend aus. Umgekehrt gilt übrigens dasselbe, solange Du unterwegs bist (von Plork aus sieht Deine Uhr 7 mal schneller gehend aus, solange Du Dich näherst, und umgekehrt gilt dasselbe).
Nun braucht das Licht von Deiner Ankunft weitere 24 Jahre, um zu uns zurück zu kommen, es kommt also insgesamt 49 Jahre nach Deinem Aufbruch bei uns an, wenn Du vielleicht längst wieder auf dem Rückweg bist. Da Deine Uhr 7 mal langsamer zu laufen scheint, zeigt sie bei Deinem Aufbruch 7 Jahre nach Aufbruch an.
Bei Deiner Ankunft siehst Du uns 1 Jahr nach Aufbruch. Sobald Du mit 0,96c auf dem Rückweg bist, siehst Du unsere Uhr allerdings 7 mal schneller gehen. In den 7 Jahren, die Du nach Deiner Uhr für den Rückweg brauchst, siehst Du auf der Erde daher 49 weitere Jahre vergehen, Du kommst also 50 Jahre nach Aufbruch an (wenn wir einen Aufenthalt auf Plork weglassen).
Von der Erde aus sehen wir Dich nach 49 Jahren auf Plork ankommen, und für das letzte Jahr sehen wir Deine Uhr 7 mal so schnell gehen, sodass auf Deiner Uhr insgesamt 14 Jahre vergehen.
Die Spezielle Relativitätstheorie ist wirklich nicht einfach zu verstehen.
Das kann ich nicht "einfach so" erklären.
Die Erde legt auf ihrer Bahn um die Sonne eine durchaus große Geschwindigkeit zurück. Wenn man Licht in die Richtung oder entgegen der Richtung ihrer Bewegung aussendet, müsste man einen Unterschied in der Lichtgeschwindigkeit bemerken. Vor etwa 140 Jahren war man messtechnisch dazu in der Lage, genau genug zu beweisen, dass es diesen Unterschied nicht gibt.
https://de.wikipedia.org/wiki/Michelson-Morley-Experiment
Derjenige, der die daraus folgenden Konsequenzen erkannt hat, war Albert Einstein.
Nein, wir müssen uns lediglich von manchen Vorstellungen lösen, z.B. der, dass sich Geschwindigkeiten einfach addieren, was eben nur im Grenzfall "sehr kleiner" (im Vergleich zu c) Geschwindigkeiten der Fall ist.
Die Spezielle Relativitätstheorie (SRT) ist im Grunde die konsequente Anwendung des Relativitätsprinzips (RP) von GALILEI auf die Grundgleichungen der Elektrodynamik von MAXWELL. Keine Magie, nur genaues Nachdenken.
es ist aber nicht bewiesen das es nicht schneller als Lichtgeschwindigkeit geht oder?