Wieso würde die Zeit stehen bleiben, wenn wir mit Lichtgeschwindigkeit reisen würden?
Ich verstehe das nicht.
3 Antworten
Betrachten wir das ganze mal mit einem Gedankenexperiment.
Wir wissen, dass sich Licht mit der maximal möglichen Geschwindigkeit, der Lichtgeschwindigkeit fortbewegt.
Jetzt stellen wir uns eine „Lichtuhr“ vor, bei der ein Lichtstrahl zwischen zwei Spiegeln hin und her pendelt (von oben nach unten) und das ewig. Die physikalischen Ungereimtheiten, dass das nicht funktioniert, lassen wir außen vor. Also: das Licht pendelt hin und her, und das mit Lichtgeschwindigkeit. Das ist auf jeden Fall das, was wir wahrnehmen, wenn wir daneben stehen.
Jetzt lassen wir diese Uhr mit einem Raumschiff an uns vorbeifliegen. Da sich die Uhr relativ zu uns gesehen fortbewegt, muss das Licht eine längere Distanz zurücklegen. Schließlich wird ja die Strecke, die das Raumschiff zurücklegt, auch hinzuaddiert.
Wir wissen, dass sich Licht maximal mit Lichtgeschwindigkeit bewegen kann und auch das messen wir für das vorbeifliegende Raumschiff.
Würden wir davon ausgehen, dass sie die Zeit überall gleich verhält, müssten wir aber messen, dass sich das Licht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, was ja bekanntlich nicht möglich ist.
Da wir dennoch nur die Lichtgeschwindigkeit messen, können wir nur zu dem Schluss kommen, dass die Zeit im Raumschiff langsamer verläuft als bei uns als (relativ betrachtet) stillstehender Beobachter.
Beschleunigen wir das Raumschiff theoretisch auf Lichtgeschwindigkeit, messen wir weiterhin eine maximale Geschwindigkeit, die bei der Lichtgeschwindigkeit liegt. Allerdings sehen wir keine vertikale Bewegung des Lichtstrahls mehr, da sich das Licht sonst schneller als Lichtgeschwindigkeit für uns bewegen würde.
Das heißt, bei Lichtgeschwindigkeit ist die Zeit so weit verlangsamt, dass sie zum Stillstand kommt.
Für Photonen existiert also keine Zeit. Das heißt: aus der Sicht des Photons betrachtet, trifft es auf das Objekt, das es beleuchtet, im gleichen Moment seiner Entstehung.
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 absolut stationäres Medium, in dem sich elektromagnetische Wellen ausbreiten (so wie Schallwellen in Luft), den sog. Äther. Die Frage, woran so ein stationärer 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.
Hallo JMsummer,
Zu den anderen beiden Erklärungen, die an sich schon ziemlich gut waren, möchte ich nur noch etwas kleines hinzufügen um es möglichst einfach zusammenfassen.
Bei Geschwindigkeit geht es nicht nur um Raum der zurückgelegt wird, sondern auch um Zeit die vergeht (deshalb m/s, km/h, usw.). Die Raumzeit muss man sich als ein System vorstellen; nicht zwei.
Grob kann man sagen, dass sich jedes Objekt mit Lichtgeschwindigkeit durch die Raumzeit bewegt (nicht nur durch den Raum). Entsprechend kann man sagen: Je schneller man sich im Raum bewegt, desto langsamer kann man sich in der Zeit bewegen.
Zur Veranschaulichung geht auch ein Diagramm: Zeit auf der Y-Achse und Raum auf der X-Achse. Nun zeichne dir Graphen bei verschiedenen Geschwindigkeiten ein (ich empfehle drei), schau es dir an und versuche, es zu verstehen.
Ich hoffe, ich konnte dir weiterhelfen!