Kann es was schnelleres als Licht geben?
Wenn man beispielsweise einen Stein im All schubst, dann beschleunigt sich doch die Geschwindigkeit von dem. Und wenn es sich die ganze Zeit lang weiter beschleunigt, und im Idealfall nichts im Weg steht, kann es doch irgendwann man schneller als das Licht sein oder nicht?
Oder hab ich was mit der Beschleunigung und dem All falsch verstanden?
Danke im Voraus
11 Antworten
https://www.gutefrage.net/frage/kann-es-was-schnelleres-als-licht-geben?
Hallo AnonymCipher,
sicher meinst Du speziell, ob etwas Schnelleres gibt als c=299792458m/s*) - relativ zu einem Bezugspunkt oder -objekt O.
Die kurze Antwort ist: Gewisse Phänomene (z.B. Phasengeschwindigkeit) ja, ein Objekt nein.
Fortbewegung ist relativVor allem jedes unbeschleunigte Objekt kann Bezugsobjekt sein und ist relativ zu sich selbst natürlich stationär. Bewegt sich ein Objekt O’ relativ zu O mit einer Geschwindigkeit v›, so bewegt sich O relativ zu O’ mit –v›.**)
AbständeZwei Ereignisse haben in Bezug auf O [O’] den zeitlichen Abstand Δt [Δt’] und den räumlichen Abstand
(1) Δs = √{Δx²+Δy²+Δz²} [Δs’ = √{Δx’²+Δy’²+Δz’²}],
die i. Allg. nicht gleich sind. Gleich ist hingegen das MINKOWSKI - Abstandsquadrat
(2) Δt² – c⁻²Δs²≡Δt′² – c⁻²Δs′²;
das an den vertrauten Satz des PYTHAGORAS erinnert, durch das Minuszeichen aber
- positiv (zeitartige Distanz)
- gleich Null (lichtartige Distanz)
- negativ (raumartige Distanz)
sein kann. Diese Kategorisierung ist absolut, was aber auch heißt: Was immer sich relativ zu einem Objekt oder Beobachter mit c [schneller als c] bewegt, das bewegt sich relativ zu jedem Objekt oder Beobachter mit c [schneller als c] - wobei die Richtung vom Bezugspunkt abhängt. Ein Objekt kann sich aber nicht relativ zu sich selbst bewegen.
Und wenn es sich die ganze Zeit lang weiter beschleunigt, und im Idealfall nichts im Weg steht, kann es doch irgendwann man schneller als das Licht sein oder nicht?
Du kannst tatsächlich in eine Richtung widerstandslos immer weiter beschleunigen; dabei ändert sich jedoch eine Art Winkel, die Rapidität
(2) ζ = artanh(|v|/c),
respektive für c ·ζ, die bei kleinen Geschwindigkeiten praktisch mit |v| übereinstimmt, linear, während die Änderung der Geschwindigkeit selbst abnimmt.
Die Funktion artanh heißt ausgeschrieben ‘Area Tangens’ Hyperbolicus und sieht als Funktionsgraph ein bisschen wie ein horizontal um 2/π gestauchter Tangens aus. Umgekehrt ähnelt der Tangens Hyperbolicus einem vertikal um 2/π gestauchten Arcustangens.
Deshalb passt hier ganz gut folgendes Bild:
Unendlich ausgedehnte EbeneStell Dir vor, Du stehst auf einer unendlich ausgedehnten Ebene. Deine Körperachse k markiert Deinen Standpunkt. Wenn Du einen Punkt in einer Entfernung r auf der Ebene anschaust, bildet Deines Blickes Strahl mit k den Winkel
(1) θ = arctan(r/a),
wobei a Deine Augenhöhe ist. Wenn jetzt r→∞ geht, geht θ→½π=90°, gegen die Fluchtlinie. Die sieht aus wie ein Horizont, ist aber keiner, da die Fluchtlinie nicht die Sicht begrenzt, sondern im Unendlichen liegt.
Zwei weitere Personen A und B, die weit genug von Dir entfernt sind, aber unterschiedlich weit, sehen von Dir aus nahe beieinander aus - dabei kann B von A genauso weit [noch weiter] entfernt sein wie [als] A von Dir.
In diesem Bild steht θ - oder θ·a - für die Geschwindigkeit bzw. das Tempo (Betrag der Geschwindigkeit v›), wobei hier noch mal klar wird, dass Geschwindigkeit relativ ist: Egal wo auf der Ebene Du stehst, sie sieht für Dich in alle Richtungen gleich aus. Der θ=π/2 - Winkel steht für c.
Für das Beschleunigen steht in diesem Bild einfaches Gehen oder Fahren - man wechselt seinen Standort, der hier für den Bewegungszustand steht. Wie Du siehst, kann man in einer Richtung ewig weiter gehen, ohne je an so etwas wie eine Grenze zu stoßen oder den vermeintlichen Rand zu erreichen.
Die Entfernung r bzw. das Verhältnis r/a von einem bestimmten Standort aus gesehen steht hier für die Rapidität.
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*) Im Wasser eines Kernreaktors zum Beispiel werden Lichtwellen ausgebremst und bewegen sich nur mit ca. ⅔c. So können die Elektronen der β-Strahlung aus den Brennstäben schneller sein, was sich in einem blauen Leuchten, der Tscherenkow-Strahlung (optisches Pendant des Überschallknalls) bemerkbar macht.
**) Dem Fußpunkt einer Bahnhofsuhr zum Beispiel. Ein Zug, der den Bahnhof durchfährt (es ist ein kleiner Bahnhof, an dem der Zug nicht hält), fährt etwa mit 60m/s westwärts dadurch.
Wir können die Erde als riesiges Laufband interpretieren, das sich mit 60m/s ostwärts bewegt. Die Erddrehung ist auch ostwärts und noch viel schneller; dagegen käme wohl allenfalls ein Flugzeug an.
Dein Gedankenbeispiel funktioniert nicht. Selbst dann, wenn Du es schaffen würdest, eine Beschleunigung permanent wirken zu lassen, kann sich die Geschwindigkeit eines Objekts nur der Lichtgeschwindigkeit annähern, sie aber nicht erreichen.
Und das mit der permanenten Beschleunigung ist auch gar nicht so einfach zu erreichen. Die Erde unterliegt z.B. einer ständigen Beschleunigung zur Sonne hin, aber der Betrag der Geschwindigkeit ändert sich erstens nur wenig, und zweitens gibt es keine langfristige Erhöhung, sondern sie schwankt sie ein bißchen um den Mittelwert (schneller im Winder, langsamer im Sommer).
Du könntest allerdings einen Raketenantrieb verwenden — das wirft viele neue Probleme mit Treibstoffmenge und -masse auf, aber über die sehen wir gnädig hinweg. Nehmen wir einfach an, Dein Raumschiff hat einen Treibstofftank, in den Du eine Marsmasse an Antimaterie hineinstopfen kannst. Wenn Du auch noch hohe Beschleunigung aushältst, dann kannst Du damit in ein etlichen Jahren jeden Punkt der Galaxis erreichen und von dort wieder zurück zur Erde fliegen.
Bist Du dann überlichtschnell geflogen? Nein, denn bei spätestens bei Deiner Rückkehr wirst Du feststellen, daß auf der Erde inzwischen zehntausende Jahre vergangen sind, nur Dir ist das während des Fluges durch die relativistische Zeitdehnung nicht aufgefallen.
„Echte“ Überlichtgeschwindigkeit kann man durch Beschleunigung nicht erreichen. Vielleicht ist es aber ohne Beschleunigung möglich. So könnte es z.B. Teilchen geben, die immer schneller als das Licht sind (sie brauchen also keine Beschleunigung, um auf ihre Geschwindigkeit zu kommen), aber das ist reine Spekulation ohne empirischen Hintergrund.
Die Allgemeine Relativitätstheorie erlaubt tatsächlich einen Trick, um ein Objekt überlichtschnell von A nach B zu transportieren. Dazu braucht man allerdings Materie mit negativer Masse. Am Papier ist ja einfach, eine negative Zahl für m einzusetzen, aber in der Realität weiß man nicht, ob es so etwas überhaupt gibt, und wenn ja, wo man es findet und wie man es technisch einsetzt.
Dazu kommt, daß die Allgemeine Relativitätstheorie sehr viele schräge Voraussagen macht, z.B. Zeitmaschinen. Vermutlich sind das alles Artefakte, die auftreten, sobald man den Gültigkeitsbereich der ART verläßt. Da wir keine bessere Theorie als die ART haben, wissen wir nicht, wie weit die Theorie verläßlich ist und an welcher Stelle sie nur noch Unsinn liefert.
Die technischen Schwierigkeiten außen vor, könnte man theoretisch beliebig lange beschleunigen. Allerdings wäre dabei nicht die Beschleunigung im traditionellen Sinne, also a=dv/dt, sondern die sogenannte Eigenbeschleunigung α konstant, die ein Beschleunigungsmesser anzeigen würde. Dabei würde a mit der Zeit abnehmen, und zwar zugunsten der spezifischen Leistung. Der Raumfahrer würde c niemals erreichen.
Ja, du hast da was falsch verstanden, Denn woher soll denn weitere Beschleunigung kommen, wenn der Stein dich nicht mehr berührt und es keine weitere Energiequelle gibt, die ihn weiter "anschiebt"?
Man muss einen Stein oder ein anderes Objekt auf eine genügend hohe Geschwindigkeit beschleunigen, damit es von der Erdoberfläche aus überhaupt in den Weltraum gelangt. Solange sich seine kinetische Energie aber nicht durch eine wirkende Kraft verändert, bleibt seine Geschwindigkeit einfach gleich, 1. Newtonsches Gesetz.
Außerdem kann ein massebehafteter Körper wie ein Stein nicht einmal die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum erreichen, das hat Einstein schon vor mehr als hundert Jahren in seiner Relativitätstheorie gezeigt und wurde zum Beispiel durch zahlreiche Experimente in Teilchenbeschleunigern immer wieder bestätigt.
Je mehr man sich der Vakuumlichtgeschwdigkeit annähert, desto mehr Energie ist für eine weitere Erhöhung der Geschwindigkeit um den gleichen Betrag nötig, um die Vakuumlichtgeschwindigkeit zu erreichen, wäre unendlich viel Energie nötig.
Die Formeln für die kinetische Energie und die Geschwindigkeitsaddition, die du vermutlich aus dem Schulunterricht kennst, sind nur Näherungen, die bei eher kleinen Geschwindigkeiten wie denen im Alltag benutzbar sind, bei Geschwindigkeiten nahe der Vakuumlichtgeschwindigkeit sind sie die nötigen Gleichungen etwas komplizierter.
Bei Erreichen von 100% Lichtgeschwindigkeit würde die Masse gegen unendlich gehen, und das funktioniert in unserem Raum nicht, das hat schon Einstein herausgefunden.
Generell kann nichts ,,normales wie der Stein zb. Die Lichtgeschwindigkeit erreichen. Würde man den Stein unaufhörlich beschleunigen würde er der Lichtgeschwindigkeit näher kommen aber niemals erreichen. In der Physik nennt solche Objekte tadyonen also alle Dinge die eine Masse haben. Aber es gibt laut der Relativitätstheorie Teilchen die sich schneller als die Lichtgeschwindigkeit bewegen. Wir nennen sie tachyonen. Sie sind in der Lage schneller als Licht zu sein aber können ebenfalls die Lichtschranke nicht überschreiten. Das heißt wir Menschen sind nicht in der Lage mit tachyonen in Kontakt zu stehen da wir die Lichtschranke ebenfalls nicht überschreiten können. Also JA laut der Relativitätstheorie gibt es Objekte die schneller sind.
Die langsamen Teilchen heißen Tardyonen, von irgendwas griechischem mit "tard"=langsam und "ion"=Wanderer.