Lichtgeschwindigkeit. Warum ist sie begrenzt?
Hi.
Kann man das irgendwie erklären?
11 Antworten
Die Lichtgeschwindigkeit ist absolut. Sie ist für Masse nie erreichbar und schon gar nicht überschreitbar, da können wir so lange beschleunigen und Energie hineinstecken, wie wir wollen.
Wir wissen, wie schnell das Licht ist und dass die Lichtgeschwindigkeit absolut ist. Warum sie jedoch genau diesen Wert hat, warum sie begrenzt ist und warum sie im Gegensatz zur Raumzeit absolut ist, wissen wir nicht. Die Physik selber untersucht und beschreibt eigentlich nur den gegebenen Zustand der Natur und fragt nicht weiter nach dem "Warum", da ist schon eher die Philosophie gefragt.
Es gibt jede Menge fundamentaler Parameter (Naturkonstanten) die bestimmen, welche Eigenschaften unser Universum hat. Und bei den meisten würde schon eine winzige Änderung reichen (z.B. eine um 1% veränderte Lichtgeschwindigkeit), um es völlig anders aussehen zu lassen. In den meisten Fällen so anders, das Leben nicht möglich sein würde.
Ich hoffe, dass ich dir helfen konnte und wünsche ein schönes Wochenende.
Kommt drauf an, was genau wir unter "erklären" verstehen.
Zum Einen: wir finden die Natur vor und versuchen, ihre Regelmäßigkeiten systematisch zusammenzufassen. Was wir dabei entdecken und (fast) immer gleich bleibt, nennen wir "Naturgesetze", wozu auch gehört, dass die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum konstant ist. In diesem Sinne: "Es ist nun mal so, und ohne Zugriff auf den Quellcode und/oder die Konfigurationsdateien der Physics-Engine können wir nicht mehr sagen."
Zum Anderen: Die Naturgesetze legen nahe, dass es mit unendlicher Lichtgeschwindigkeit kein stabiles Universum geben könnte. Das Erste, was mir hierzu einfällt, ist das Plancksche Strahlungsgesetz - hier steht die Lichgeschwindigkeit im Nenner, bei unendlicher Lichtgeschwindigkeit würde jeder Gegenstand, der eine Temperatur oberhalb des absoluten Nullpunkts hat, unendlich viel Energie abstrahlen (und damit sofort auf den absoluten Nullpunkt abkühlen, bzw. Temperaturunterschiede würden sich sofort ausgleichen). - Auch nach den Maxwell-Gleichungen gäbe es mit unendlicher Lichtgeschwindigkeit keine stabile Elektrodynamik (und nicht einmal eine stabile Elektrostatik oder/und Magnetostatik), da entweder wenigstens eine "Feldstärke" verschwinden oder wenigstens eine "Flussdichte" unendlich groß werden müsste. (Vgl. "schwaches anthropisches Prinzip": wir leben (offensichtlich) in einem Universum, das die Existenz von Beobachtern zulässt).
Was man relativ einfach und grafisch anschaulich in einem Minkowski-Diagramm einsehen kann: lässt man Überlichtgeschwindigkeit zu (oder allgemein, gäbe es nicht eine universelle obere Grenze für die Geschwindigkeit, mit welcher sich Informationen ausbreiten können), so führt das auf Paradoxa. Eine Wirkung könnte dann ihrer Ursache vorhergehen. Um das Kausalitätsprinzip zu erhalten, muss man deshalb (lokal) Überlichtgeschwindigkeit ausschliessen.
--- Ergänzung ---
Hier die Darstellung in einem Minkowski-Diagramm, die zeigt, weshalb es ein Problem mit der Kausalität gibt, wenn im Rahmen der SRT Signalübertragungen mit Überlichtgeschwindigkeit zugelassen werden.
Ein Beobachter 1 (schwarze Orts- und Zeitachse) sendet zur Zeit t=0 (sein Bezugssystem) ein Signal L1 mit Überlichtgeschwindigkeit in seine Zukunft aus. Dieses erreicht einen Beobachter 2 (blaue Orts- und Zeitachse des Bezugssystems, in welchem er ruht). Beobachter 2 schickt darauf ein Signal L2 mit Überlichtgeschwindigkeit in seine Zukunft. Dieses erreicht den Beobachter 1 zur Zeit t<0. Beide Signale zusammen führen also dazu, dass Beobachter 1 ein Signal in seine Vergangenheit senden kann, was die Kausalität verletzt.
Wichtig sind hier die Winkel. Ein Signal mit v=c würde für beide Beobachter im 45°-Winkel zur Horizontalen verlaufen. Die Signale L1 und L2 verlaufen flacher und sind daher raumartig.
Ja stimmt, Du hast recht, ich habe die Frage nicht genügend genau gelesen. Das Wort "begrenzt" war in diesem Zusammenhang auch nicht optimal gewählt.
Eine Wirkung könnte dann ihrer Ursache vorhergehen.
warum?
egal wie schnell ich fahre, ich muss immer vorher wegfahren, bevor ich ankomme.
wenn du aber schon angekommen bist, bevor du dich entschieden hast loszufahren, wird es kompliziert ;-)
Geschwindigkeit ist immer nur in Relation zu einem andren Objekt messbar, es ist also egal, ob du dich von mir oder ich mich von dir entferne - wer entscheidet, ob deine Zeit oder meine gedehnt wird? was ist der absolute Referenzpunkt?
gleichfalls: wenn ich zwei Lichtpulse von mir ausgehend in entgegengesetzte Richtungen aussende, entfernt sich jeder davon von mir mit Lichtgeschwindigkeit - wie schnell entfernen sie sich voneinander?
Weil die Lichtgeschwindigkeit für dich selbst praktisch unendlich ist.
Würdest du dich in einem Raumschiff mit Lichtgeschwindigkeit zu einem Stern in 100 Lichtjahren entfernung bewegen, würde für dich selbst keine Zeit vergehen bis du dein Ziel erreichst. Allerdings vergeht im Bezugssystem zur Erde eben 100 Jahre bis du ankommst.
Die Frage ist also wie du nun eine Geschwindigkeit interpretierst. Wenn du sie so definierst wie Länge in Ruhe/Reisedauer dann ist das die sogenannte Proper Velocity und die wird tatsächlich unendlich.
Wenn du die gemessene Distanz in Bewegung durch deine Reisedauer nimmst, dann bist du eben bei der Lichtgeschwindigkeit und das in jedem Bezugssystem.
Natürlich ist die Lichtgeschwindigkeit hier ein Extrembeispiel, aber das ganze geht auch bei 90% der Lichtgeschwindigkeit nur dass dann eben für den Reisenden etwa 50 Jahre für die 100 Lichtjahre vergehen.
Ich habe oben meine Antwort ergänzt, ich hoffe, es werde nun klarer.
Am einfachsten wäre es ja, wenn man annimmt, die Lichtgeschwindigkeit ist exakt Null zwischen jeweils zwei Photonen austauschenden Atomen. Damit würde dieses sonderbare Verhalten der Konstanz von c sofort einsichtig. Natürlich braucht man dann eine "Ersatzfunktion", damit alle SR- und AR-Formeln, -Schlussfolgerungen weiterhin gelten, wer wäre ich, dies umwerfen zu wollen.
Stellt man sich vor, dass das Universum sich extrem viel schneller ausdehnt als bekannt, nämlich mit eben Lichtgeschwindigkeit zwischen "freien" ungebundenen Atomen, Molekülen, weil die Elektronenbahnen eben nicht kreisförmig bzw. geschlossen sind, sondern extreme sich ausweitende Spiralbahnen sind, kommt man zu ganz neuen Gedanken, also ich jedenfalls.
Verbunden in Materie usw. sind Elektronenbahnen ja anders gekoppelt im Gegensatz zu freien Atomen, weshalb c da einen scheinbar kleineren Wert hat.
Wie äußert sich Gravitation? Prinzipiell in einer Verkürzung der Abstände, also einer Reduzierung Anzahl der Wellen zwischen ihnen. Dies verhält sich bei verbundenen Atomen, Molekülen etwas anders.
Da ist noch viel nachzudenken, was ich tue, auch wenn ich hier gleich wieder jämmerlich geprügelt werde...
Ok, ist noch lange nicht Nobelpreisverdächtig, aber verlieren kann ich nicht, nur gewinnen! ;-)
So, genug gelabert, bei allen Antworten hier bisher samt Erklärungsversuche für c = konstant kann ich nicht erkennen, dass eine der Erklärungen einleuchtend ist. Ich glaube nicht, dass Einstein und Andere sich dieser Frage wirklich offiziell gewidmet haben, sie haben "nur" Beobachtbares in ein sehr sinnvolles und hilfreiches Modell gepackt, ohne wirklich über das Warum nachzudenken. Die ganze Sache "masselos" usw. ist für mich keine wirkliche Erklärung, ich meine, es gibt keine wirkliche Erklärung bis heute, die nicht auf bestimmte bisherige Annahmen beruht.
Mit der bisherigen Betrachtungsweise haben wir uns doch eh ein "Gefängnis" im Universum "gebaut", es muss also eine völlig neue Sichtweise von Raum und Zeit und dem Universum her. Die gigantischen Entfernungen scheinen nur gigantisch zu sein, weil unser reales Leben auf rein elektrodynamischen Vorgängen beruht und wir "Entfernung", "Zeit" nur falsch interpretieren.
Immer nur Bekanntes als Grundlage zu nehmen, bringt uns nicht weiter, in jeder Hinsicht - und ist (mir zu) langweilig.
Es wäre verdammt hell wenn das Licht sofort überall im Universum Wirkung zeigen würde
Die Strahlung würde uns sovort grillen.
Ich meinte einfach, warum hat sie eine gewisse Geschwindigkeit. Eine bestimmte.
Als wäre es eine Art begrenzte Informationsübertragung.
Naja, war nur so ne Schnapps-Frage. Im warsten Sinne..Gruß
Der FS will hier freilich weniger wissen, warum man die Lichtgeschwindigkeit nicht übertreffen kann, als warum die Lichtgeschwindigkeit selbst endlich ist.