Relativitätstheorie: Wieso ist c immer überall konstant?
Ich habe mich kürzlich mit Einsteins Relatvitätstheorie beschäftigt. Dass es nicht wie nach Newtons Theorie eine absolute Zeit und einen absoluten Ort gibt, erscheint mir logisch. Aber warum die Lichtgeschwindigkeit immer konstant ist verstehe ich nicht. Schließlich ist Licht doch Photonen, die unterschiedliche Energie haben. Wieso ist c dann immer gleich, egal durch welche Art von Raum das Licht fällt?
Da ich keine studierter Physiker oder so bin, würde ich mich sehr über verständliche Antworten freuen (bitte kein pures Fachchinesisch)!
Grauwolf
4 Antworten
Durch die Wellenlänge, also die Frequenz lässt sich über das Plancksche Wirkungsquantum die Energie eines Photons ermitteln. Das bedeutet aber nicht, dass dadurch seine Geschwindigkeit anders wird, denn das Problem mit der Massen-Energieäquivalenz greift bei einem Photon nicht, da es keine Ruhemasse hat.
Daher können auch nur Photonen sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, eben weil sie keine Ruhemasse besitzen. Sie haben auch idealerweise immer diese Geschwindigkeit. Entfernt sich ein Objekt von einem Beobachter, scheint es daher rotverschoben die Wellenlänge wird größer und somit die Frequenz niedriger). Bewegt sich ein Objekt auf den Beobachter zu erscheint es blauverschoben (kürzere Wellenlänge und somit höhere Frequenz). Ein ähnliches Phänomen kann man, wenn es auch ein etwas hinkendes Beispiel ist, erleben, wenn ein Fahrzeug mit aktiver Sirene an einem vorbeifährt. Kommt es näher klingt der Ton höher und wenn es sich entfernt klingt er tiefer.
Lichtgeschwindigkeit wird in verschiedenen optischen Medien verschieden angegeben. Im Vakuum ist Licht bespielsweise so schnell, dass es in nur 8 Minuten von der Sonne zur Erde gelangt, was immerhin an die 150 Millionen Kilometer sind. Innerhalb der Sonne allerdings ist die Materie so dicht, dass es viele Jahre braucht, um von dem tiefen Innern der Sonne nach außen zu gelangen, weil die Photonen immer wieder gegen Atome prallen, ihre Energie an die Atome abgeben, Elektronen verschieben sich dadurch in höhere Orbitale und wieder zurück, in Folge dessen die Energie wieder als Photonen abgegeben werden. Dies ist vermutlich auch der Grund, weshalb die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum die eigentliche Lichtgeschwindigkeit darstellt, während alle anderen Lichtgeschwindigkeiten in optisch dichteren Medien geringer erscheinen.
Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist aber die einzig entscheidende für die Spezielle Relativitätstheorie, also in Bezug auf E=m*c².
Aber warum die Lichtgeschwindigkeit immer konstant ist verstehe ich nicht.
"warum" ist hier vl. auch die falsche frage. es ist eben so.
Schließlich ist Licht doch Photonen, die unterschiedliche Energie haben
ja. und? unterschiedliche energie bedeutet unterschiedliche frequenz, aber nicht unterschiedliche geschwindigkeit.
Wieso ist c dann immer gleich, egal durch welche Art von Raum das Licht fällt?
ich verstehe nicht ganz was du hier mit "durch welche Art von Raum das Licht fällt" meinst. die vakuumlichtgeschwindigkeit c ist immer diesselbe, in jedem bezugssystem (die vakuumlichtgeschwindigkeit ist nicht nur konstant, sie ist invariant). aber in unterschiedlichen medien hat licht natürlich ganz unterschiedliche ausbreitungsgeschwindigkeiten.
Deine Frage ist falsch gestellt. Die Relativitästheorie erklärt nicht direkt, warum c invariant ist, sondern postuliert dies und setzt es sogar voraus, damit die Theorie funktioniert.
In Wahrheit hat schon James Clerk Maxwell mit seinen Maxwell-Gleichungen etwa 20 Jahre vorher die Invarianz der Lichtgeschwindigkeit postuliert.
Und da die Relativitätstheorie bewiesen ist, heißt das, dass c auch wirklich konstant ist (?)
Kann man nicht "verstehen". Ist eben so. Man weiß auch nicht, "was Licht ist", sondern kennt und begreift nur einige Phänomene.
Aber Einstein hat sich das doch nicht ausgedacht. Wie ist er dann darauf gekommen?
einerseits ist es ein experimentelles faktum, dass licht im vakuum immer dieselbe geschwindigkeit hat, ganz egal wie sich quelle und beobachter zueinander bewegen.
andererseits konnte man das schon vorher aus den maxwellgleichungen ableiten, nur wollte man das damals noch nicht so recht glauben.
des berühmtesteste (weil historisch erste): http://de.wikipedia.org/wiki/Michelson-Morley-Experiment
Ja tut mir leid, ich bin halt wie gesagt kein studierter wissenschaftler sondern einfach ein jugendlicher den sowas interessiert