Müsste es im luftleeren Raum des Universums nicht theoretisch unendliche Geschwindigkeiten geben?
Folgendes, ich habe mal gehört das eine Geschwindigkeit begrenzt ist da eine Masse Reibung erzeugt. Ist ja soweit alles ok. Aber müsste es nicht theoretisch schier unendliche Geschwindigkeiten geben im luftleeren Raum des Universums? Es ist ja nichts vorhanden, was Reibung erzeugen könnte.
10 Antworten
Folgendes, ich habe mal gehört das eine Geschwindigkeit begrenzt ist da eine Masse Reibung erzeugt.
Es ist nicht die Masse, die Reibung erzeugt, sondern die beständige hauptsächlich nicht-gravitative (z.B. elektromagnetische) Wechselwirkung mit Materie, die dabei freilich beschleunigt wird.
Es gilt Galileis Relativitätsprinzip (RP): Bewegung ist relativ. Es gibt nicht die Geschwindigkeit schlechthin (von c abgesehen, was aber ein Geschwindigkeitsbetrag ist), sondern die Geschwindigkeit relativ zu einem Koordinatensystem K oder die Geschwindigkeit verschiedener Körper relativ zueinander. Durch Reibung in einem Fluid wird also ein Körper nicht etwa (letztlich) auf "Ruhe", was immer das heißen mag, sondern auf Ruhe relativ zum (und damit auf dieselbe Geschwindigkeit wie das) Fluid gebracht.
Insbesondere für die Begrenzung möglicher Geschwindigkeitsbeträge auf c ist keine Reibung verantwortlich.
Aber müsste es nicht theoretisch schier unendliche Geschwindigkeiten geben im luftleeren Raum des Universums?
Newtonsch-theoretisch ja. Gemäß der Newtonschen Mechanik addieren sich Geschwindigkeiten vektoriell (d.h. komponentenweise), worauf auch die Galilei-Transformationen (GT) zwischen zwei relativ zueinander bewegten Koordinatensystemen K_A und K_B beruhen:
(1.1) t_B = t_A =: t
(1.2) |x›_B = |x›_A – |v›·t
beruhen. Das RP besagt, dass die Naturgesetze, genauer gesagt, die Gesetze der Mechanik Galilei-invariant sind, d.h. unter GT ihre Form nicht verändern. Allerdings tritt das Problem auf, dass sich die Gesetze der erst später entwickelten Elektrodynamik als nicht Galilei-invariant erwiesen, was das RP wieder in Frage stellte. Modifiziert man hingegen die GT, sodass u.a. t von |x› abhängig wird, so erhält man die Lorentz-Transformationen (LT)
(2.1) ct_B = γ(ct_A – ‹v|x›_A/c)
(2.2) |x›_B = |x›_{A, trv.} + γ(|x›_{A, lng.} – |v›·t),
wobei »trv.« und »lng.« für »transversal« und »longitudinal« (bezüglich der Richtung von |v›) steht, mit dem Lorentz-Faktor
(3.1) γ = 1/√{1 – (v/c)²},
die die Gesetze der Elektrodynamik sehr wohl invariant lassen, was u.a. heißt, dass sich Licht in allen Koordinatensystemen isotrop mit c ausbreitet. Das gelingt nur, wenn es nicht die eine Zeit t gibt, sondern Zeitspannen wie Streckenlängen vom gewählten Bezugssystem abhängen. Gewöhnlich nennt man dies "Zeitdilatation" und "Längenkontraktion", doch die Wortwahl ist alles andere als akkurat; es sind eher Projektionseffekte, wie man ja auch unterschiedliche Ergebnisse erhält, ob man den Durchmesser einer Wurst genau quer oder schräg misst.
Nur dass die "Schrägmessung" in diesem Fall kürzere statt längere Strecken liefert und die Zeitspanne eines Vorgangs orthogonal auf eine andere Zeitachse projiziert länger statt, wie im gewöhnlichen Raum, kürzer wird.
Der Lorentz-Faktor γ misst auch, wie viel kinetische Energie man im Verhältnis zu seiner Masse mal c² hat und wie schnell man sich gewissermaßen durch die Zeit vorwärts bewegt. Ist τ Deine Eigenzeit, also die Zeit, die Deine Uhr anzeigt, so ist also auch
(3.2) γ = dt/dτ.
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Die Begrenzung auf c macht sich nicht dadurch bemerkbar, dass man irgendwann einfach nicht mehr schneller wird. Du kannst in dieselbe Richtung immer weiter beschleunigen und kannst Dich dabei relativ zu einem bestimmten Koordinatensystem K beliebig schnell (dx/dτ) durch den Raum bewegen - bezogen auf Deine Uhr.
Da Du mit wachsender Geschwindigkeit immer größere kinetische Energie erhältst, bewegst Du Dich aber gleichzeitig auch immer schneller durch die Zeit, und der Quotient ist es, der immer unter c bleibt.
Das ist erst mal der Grund, warum c nicht erreichbar ist - Du würdest sozusagen unendlich schnell durch den Raum und ebenso auch durch die Zeit fliegen. Ein weiterer Grund für das Nichtvorhandensein von Überlichtgeschwindigkeiten ist, dass solche Geschwindigkeiten Ereignisse verbinden würden, die als "raumartig entfernte" Ereignisse überhaupt keine klare zeitliche Reihenfolge aufweisen.
Es ist eher so, dass ein Körper an Masse zunimmt, je stärker er beschleunigt. Folglich muss dann auch mehr Energie aufgewendet werden, um die höhere Masse zu beschleunigen, wodurch wiederum die Masse steigt.
Für das Erzeugen von Überlichtgeschwindigkeit bräuchte man also unendlich viel Energie, um eine unendliche Masse zu beschleunigen => Nicht möglich.
Die Tatsache, dass ei Körper die Lichtgeschwindigkeit nicht erreichen, geschweige denn überschreiten kann ist nicht die Geschwindigkeit, sondern die Masse.
Je höher die Geschwindigkeit eines Körpers, desto höher seine Masse. Bei Lichtgeschwindigkeit ist die Masse unendlich und bei Überlichtgeschwiendigkeit hat man in der Formel eine negative Wurzel, es geht also nicht.
P.S.: Das heißt, Überlichtgeschwindigkeit geht schon, aber es gibt, meines Wissens nach, nur einen Fall: Die Tscherenkow-Strahlung.
Die Reibung spielt natürlich auch eine Rolle, aber die wirklich unüberwindbare Grenze ist die Masse des Körpers.
Eben, während Sternschnuppen in der Luft verglühen, gibt es im All praktisch keine Reibung. Das begrenzt die Geschwindigkeit also nicht, wohl aber die immer höhere Energie, die man zur weiteren Beschleunigung der Masse aufwenden müsste.
Schneller als "c" geht da gar nichts - und "c" können auch nur Teilchen erreichen, deren Masse ausschliesslich aus Bewegungsenergie besteht, die also gar keine Ruhemasse besitzen.
http://grenzwissenschaft-aktuell.blogspot.com/2011/07/forscher-einfachste-form-von-zeitreisen.html
Wie die neuen Messungen zeigten, sind sowohl diese "optischen Bugwellen" als auch die Photonen selbst an die Lichtgeschwindigkeit gebunden, können sich also nicht schneller als das Licht und also auch nicht entgegen dem Kausalitätsgesetz durch die Zeit fortbewegen.