(doppelte) Lichtgeschwindigkeit?
Guten Abend, ich habe mit einem Kollegen vorhin eine Unterhaltung. Dabei tat sich die Frage auf: Was wäre wenn sich zwei Photonen in entgegengesetzter Richtung mit Lichtgeschwindigkeit von einander wegbewegen, dann müssten sich diese doch mit doppelter Lichtgeschwindigkeit von einander wegbewegen oder?
7 Antworten
Man muss hier zwischen den Bezugssystemen unterscheiden.
Aus Sicht eines externen Beobachters ja. Denn hier bewegen sich die Photonen selbst mit einfacher Lichtgeschwindigkeit.
Aus dem Bezugssystem des anderen Photons heraus hat das sich entfernende aber immer noch Lichtgeschwindigkeit und nicht einfach 2 fache Lichtgeschwindigkeit.
Es kann eben nur kein Bezugssystem geben in welchem sich ein Objekt sich bezogen auf einen festen Punkt in diesem System mit Überlichtgeschwindigkeit bewegt.
Ja richtig im Ruhesystem des einen Photons.
Ich weiß, dass ein Photon in jedem Bezugssystem Lichtgeschwindigkeit hat. Im Ruhesystem wäre es eben nicht existent.
Gemeint war ein Inertialsystem welches sich mit Lichtgeschwindigkeit gegenüber dem Ruhesystem des externen Beobachters bewegt. Das sollte einfach nur dazu dienen um es zu veranschaulichen, dass Lichtgeschwindigkeit (in dem Fall die Geschwindigkeit des anderen Photons) in jedem Inertialsystem Lichtgeschwindigkeit bleibt.
Das das ganze auf Probleme stößt wenn man ein Inertialsystem so wählt ist ja wohl klar, allerdings wollte ich das der einfachheit halber weg lassen. Besser wäre das Beispiel natürlich mit einem Inertialsystem welches sich mit fast Lichtgeschwindigkeit relativ zum ruhenden Beobachter bewegt.
Prost! Ja, das ist an Stammtischen so.
Aber bei uns Physikern gilt: Die Lichtgeschwindigkeit ist in jedem Inertialsystem konstant und daher bewegen sie sich selbst in ihren jeweiligen Ruhesystemen nicht schneller als Lichtgeschwindigkeit voneinander weg. Das Gleiche wenn Du mit 99% Lichtgeschwindigkeit fliegst und mit einer Taschenlampe nach vorne strahlst. In keinem Bezugssystem fliegt da irgendwas schneller als Lichtgeschwindigkeit.
Also nur damit ich nicht ins geistige Holpern komme. Das sich bei Photonen je mit Lichtgeschwindigkeit bewegen und nicht schneller ist klar.
Aber beide bewegen sich mit 300k km/s und nach einer s beträgt der Abstand 600k km ?
Von einem externen Beobachter aus ja. Aus dem Bezugssystem eines Photons aus gesehen nein.
Ok, ih vermite das es den Rahmen sprengt zu erklären was den das Bezugssystem eines Protons ist. Aber ich merke mir das mal vor und schau was ich dazu finde.
Photon ;)
Am Ende gilt das aber für jedes Bezugssystem. Wenn man in einem Raumschiff sitzt und sich mit 90% der Lichtgeschwindigkeit auf eine Lichtquelle hinbewegst (gesehen von einem externen Beobachter aus) erreichen dich die Photonen immer noch mit Lichtgeschwindigkeit und nicht mit Überlichtgeschwindigkeit.
Ja das ist mir schon klar. Wennich in einem Zug renne bin ich ja trotzdem nicht schneller als der Zug. Das ist logisch.
Bei der Fragestelung ist es aber so das sich die Photoonen in die Gegenrichtung bewegen. Das beide nicht schneller werden da durch ist auch logich.
Nur das der Abstand nach 1s eben 2 lichtsekunden beträgt. Meine die Photonen beieinflussen sich ja nicht gegenseitig.
Wie gesagt das ist Bezugssystem abhängig.
Ein externer Beobachter misst für die Entfernung beider natürlich doppelte Lichtgeschwindigkeit.
Ein mit dem Photon mitbewegter Beobachter hingegen nicht. Dieser Fall würde ja genau dem entsprechen, dass man sich mit zB 90% auf die Lichtquelle hin oder wegbewegt.
Wenn du in einem Zug rennst bist du für den Beobachter am Bahnsteig schon schneller/langsamer als der Zug.
Ich bin mir nicht ganz sicher ob ich es verstehe. Aber ich bin auch keine Pysikerin, nur neugierig. :)
Die Differenzgeschwindigkeit zweier Objekte oder Teilchen im Ruhesystem eines dritten kann in der Tat maximal 2c betragen.
Allerdings ist – außer eben in der NEWTONschen Mechanik – Relativgeschwindigkeit ≠ Differenzgeschwindigkeit, nämlich die Geschwindigkeit eines Körpers oder Teilchens im Ruhesystem eines anderen – der dann natürlich kein Photon sein kann. Photonen haben nämlich kein Ruhesystem.
Aber bei uns Physikern gilt: Die Lichtgeschwindigkeit ist in jedem Inertialsystem konstant...
Ich sage lieber "hat denselben konstanten Betrag c", denn Physiker verstehen ja im Unterschied zum Stammtisch unter der Geschwindigkeit nicht nur deren Betrag, sondern den Vektor, also Betrag und Richtung. Das englische Wort "speed" lässt sich ganz gut mit "Tempo" wiedergeben.
Außerdem reicht "konstant" m.E. nicht aus – rein theoretisch könnte es ja in jedem Inertialsystem eine andere Konstante sein.
...und daher bewegen sie sich selbst in ihren jeweiligen Ruhesystemen...
Photonen besitzen kein Ruhesystem. Sie sind eigentlich gar nicht etwas, das sich bewegen kann, sondern sie sind gleichsam ihre eigene Bewegung.
Über relativ zu uns ultrarelativistische Teilchen (deren Ruheenergie wir im Vergleich zu ihrer kinetischen Energie vernachlässigen können) ließe sich allerdings in der Tat die Aussage treffen, dass im Ruhesystem des einen – was das ist mit "relativ zu" gemeint – sich das andere nur mit fast c bewegen kann.
Die Präzisierung des Begriffs "relativ zu" ist in der NEWTONschen Mechanik (NM) noch nicht notwendig, da es dort keinen Unterschied zwischen Differenzgeschwindigkeit (in irgendeinem Koordinatensystem) und Relativgeschwindigkeit gibt. Deshalb sind wir nicht gewohnt, dies beides zu unterscheiden.
Hallo zTischiii,
Du musst unterscheiden zwischen der Differenzgeschwindigkeit zwischen zwei Körpern, Teilchen etc. in einem bestimmten Koordinatensystem und der Relativgeschwindigkeit eines Körpers, Teilchens etc. relativ zu einem Körper.
Erstere kann maximal 2c sein; Letzteres ist die Geschwindigkeit, die etwas in einem Ruhesystem des besagten Körpers hat; sie kann maximal c betragen. Die Geschwindigkeit*) eines Photons relativ zu einem beliebigen Körper beträgt immer genau c, zumindest im materiefreien Raum.
GALILEI meets MAXWELLDas liegt zum einen an GALILEIs Relativitätsprinzip (RP), demzufolge zwar manche physikalischen Größen (wie Ort oder Geschwindigkeit) in unterschiedlichen Koordinatensystemen ausgedrückt unterschiedliche Werte haben, ihre grundlegenden Beziehungen untereinander (nichts anderes sind Naturgesetze) jedoch immer gleich sind. Dieses Prinzip gilt eigentlich schon in der NEWTONschen Mechanik (NM).
Zum anderen liegt es daran, dass die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen und damit der Photonen durch MAXWELLs Grundgleichungen der Elektrodynamik und der direkt daraus folgenden elektromagnetischen Wellengleichung beschrieben wird – die natürlich Naturgesetze sind und daher dem RP unterliegen.
Dies ist keine besondere Eigenschaft von Licht, sondern eine seines Ausbreitungstempos c selbst. Was immer sich relativ zu einem Körper mit genau c bewegt, bewegt sich relativ zu jedem Körper mit c. Deshalb kann sich auch kein Körper relativ zu einem anderen mit genau c bewegen, denn dann müsste er sich relativ zu jedem Körper einschließlich seiner selbst mit c bewegen, was definitionsgemäß absurd ist.
Allerdings kann er c beliebig nahe kommen. Beschleunigte ein Beobachter in einem Shuttle ständig, um im Endeffekt mit einem Lichtstrahl mitzuhalten, würde der relativ zu ihm gar nicht langsamer, sondern langwelliger und schwächer. Irgendwann wäre er für ihn so gut wie verschwunden.
Licht hat sozusagen keine "Substanz", es ist nicht ein etwas, das sich bewegen kann, sondern es ist seine eigene Bewegung. Das gilt für alles, das sich mit genau c bewegt.
Übrigens würde Licht, das ihm entgegen käme bzw. sich gegen seine Bewegungsrichtung bewegte, relativ zu ihm auch nicht schneller, sondern kurzwelliger und intensiver. Und es schiene immer stärker von vorn zu kommen.
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*) Geschwindigkeit (engl. velocity) ist eine Vektorgröße, eine Größe mit Richtung.
nein.
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 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 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.
falsche these, nichts kann schneller sein als das licht. in diesem fall bewegen sich zwei photonen in entgegengesetzter richtung. die distanz nimmt vermeintlich mit doppelter lichtgeschwindigkeit zu obwohl sie statisch ist.
du kannst das ggf. mit zwei fahrrädern nachvollziehen, die gemeinsam in entgegengesetzte richtung starten. Bei 15 km/h bewegen sich die Räder ca.
25 m/sec aber pro Sekunde nimmt der Abstand um 50 m zu. Für beide Radfahrer bleibt es aber bei 15 und nicht 30 km/h
Überraschend aber für alle, die im Physikunterricht aufgepasst haben. Denn schneller als Lichtgeschwindigkeit geht nicht, laut Einstein. "Die Lichtgeschwindigkeit ist ein heiliges Limit und wenn ich jetzt davon spreche, dass diese Galaxie sich mit einer Geschwindigkeit von uns wegbewegt, die höher ist als die Lichtgeschwindigkeit, dann meine ich damit etwas anderes", sagt Hildebrandt. "Und zwar, dass sowohl unsere Galaxie als auch diese andere Galaxie beide im Raum ruhen, aber der Raum zwischen den Galaxien sich ausgedehnt hat."
Das war aber bereits Einstein bekannt, denn das folgt auch aus den Feldgleichungen.
Du meinst Ruhesystem – dies gibt es nicht. Die Geschwindigkeit eines Photons beträgt in jedem Koordinatensystem c.