Warum bewegen sich Gravitationswellen mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Lichtgeschwindigkeit?

Hallo Plutonium,

Gravitationswellen sind ebenso reine Energie, wie es elektromagnetische Wellen sind. Mit "rein" ist gemeint, dass nicht so etwas wie Materie im Spiel ist, die eine Ruheenergie hat (was im Grunde nichts anderes ist als Masse, im SI halt in einer andren Maßeinheit durch den konstanten Faktor c²).

Man könnte sagen, sie bestehen nur aus ihrer eigenen kinetischen Energie.

Um das Ganze quantitativ zu formulieren, stellen wir uns zunächst ein Teilchen mit der Masse m vor. Es hat die Ruheenergie E₀ = mc². In einem Ruhesystem Σ eines bestimmten Bezugskörpers, etwa einer Uhr U, relativ zu sich das Teilchen mit dem Tempo v bewegt, hat es zusätzlich die kinetische Energie Eₖ und damit insgesamt die Energie

(1) E = E₀ + Eₖ = E₀∙γ := E₀/√{1 − (v⁄c)²}.

Mit (1) kann man ausrechnen, wie viel kinetische Energie man dem Teilchen zufügen muss, damit es relativ zu U ein bestimmtes Tempo erreicht. Sie ist aber auch nur auf Teilchen mit E₀ › 0 anwendbar, weil man sonst durch 0 dividiert. Anders, wenn man nach v auflöst:

(2) v = c∙√{1 − (E₀⁄(E₀+Eₖ)²}

Mit (2) kann man ausrechnen, wie schnell sich – relativ zu U natürlich – so ein Teilchen bewegt, wenn man seine Ruheenergie und seine Energie kennt, etwa bei einem Elektron, das eine bestimmte Spannung durchläuft.

Man sieht aber auch, dass eine noch so große Energie ein massives Teilchen nur beliebig nahe an c bringen kann – und dass sich andererseits ein Teilchen ohne Ruheenergie nur mit c bewegen kann.

Antwort: Gravitationswellen bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit, weil sie eine Form von Energie sind.

Beschreibung: Gravitationswellen sind ein Beispiel für ein Phänomen, das sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, und das liegt daran, dass sie eine Form von Energie sind.

Bevor wir die obige Frage beantworten, lassen Sie uns in die Theorie hinter der gegebenen Frage eintauchen und uns bis zur gegebenen Frage vorarbeiten.

- Was sind Gravitationswellen?

Gravitationswellen sind Wellen in der Krümmung der Raumzeit, die sich als Wellen ausbreiten und von der Quelle nach außen wandern.

Beschreibung: Gravitationswellen sind Wellen in der Krümmung der Raumzeit, die sich als Wellen ausbreiten und von der Quelle nach außen wandern. Gravitationswellen bewegen sich im Rahmen der Allgemeinen Relativitätstheorie mit Lichtgeschwindigkeit. Gravitationswellen werden auch als Tensorschwankungen bezeichnet, weil sie durch einen Tensor beschrieben werden, der ein mathematisches Objekt ist, das beschreibt, wie ein physikalisches System auf Änderungen in seiner Umgebung reagiert.

- Wie groß ist die Lichtgeschwindigkeit?

Die Lichtgeschwindigkeit ist die maximale Geschwindigkeit, mit der sich alle Energie, Materie und Informationen im Universum bewegen können.

Beschreibung: Die Lichtgeschwindigkeit ist die maximale Geschwindigkeit, mit der sich alle Energie, Materie und Informationen im Universum fortbewegen können. Gravitationswellen sind ein Beispiel für ein Phänomen, das sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, und das liegt daran, dass sie eine Form von Energie sind.

- Wie schnell sind Gravitationswellen?

Die Geschwindigkeit von Gravitationswellen ist gleich der Lichtgeschwindigkeit.

Beschreibung: Gravitationswellen bewegen sich im Kontext der Allgemeinen Relativitätstheorie mit Lichtgeschwindigkeit.

- Warum breiten sich Gravitationswellen mit Lichtgeschwindigkeit aus?

Gravitationswellen bewegen sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie Lichtgeschwindigkeit, weil sie eine Form von Energie sind.

Beschreibung: Gravitationswellen sind ein Beispiel für ein Phänomen, das sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, und das liegt daran, dass sie eine Form von Energie sind.

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. Auch Gravitationswellen haben keine Ruhemasse.

Der Name kommt auch daher, dass man früher glaubte, das Licht brauche ein Medium, in dem sich elektromagnetische Wellen ausbreiten (so wie Schallwellen in Luft), den sog. Äther. Die Frage, woran dieser 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.

Licht- und Gravitationswellen sind im Grunde Wellen in elektromagnetischen Feldern, die sich im Raum ausbreiten und bewegen können. Sie bewegen sich beide mit der gleichen Geschwindigkeit von 3,00×10^8 m/s, weil sie vom selben Ort kommen und keine Masse haben. Sie kommen quasi aus derselben Quelle. Beide sind im Kern als "Boson" bekannt, wobei es da auch verschiedene Untergruppen gibt.

Man könnte sagen: wie elektromagnetische Wellen (Licht) haben sie keine Masse. Und alles ohne masse muss sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen.

Ich denke ein passender Vergleich wären hier Schallwellen. Die bewegen sich auch mit einer fixen Geschwindigkeit durch ein medium. So gesehen sind sie den Gravitationswellen gar nicht Mal so unähnlich. Weil Schall ist nur eine wellenartige dichte änderung änderung des Mediums.

Und genauso wie Luft gestaucht und gestreckt wird bei Schall. Wird der Raum selbst gestaucht und gestreckt.

Abgesehen davon breitet sich der Effekt der Gravitation Selbst auch mit Lichtgeschwindigkeit aus. Würden wir die Sonne einfach verschwinden lassen wäre es auf der Erde auch gravitationsmässig noch für ca. 8 Minuten so als wäre die Sonne noch da.

Und schneller geht's nicht weil es eben die grösstmögliche Geschwindigkeit ist mit der Information im Universum übertragen werden kann. Langsamer eben nicht weil das ganze nicht massebehaftet ist und somit nicht mit dem Higgsfeld interagiert.