Die "Lichtgeschwindigkeit" - eine nie erreichbare Geschwindigkeit?

[seeadler]

wir alle wissen es mittlerweile, weil es uns immer und immer wieder eingebläut wurde : Nichts und niemand kann jemals die Lichtgeschwindigkeit erreichen! "Nichts" und "Niemand"? Offensichtlich doch?! Nämlich die elektromagnetischen Wellen, respektive das, was wir gemeinhin als das Licht bezeichnen.

Und hier wird es verwunderlich, bzw. kurios. Denn jene "Teilchen", Photonen, können aber auch nicht langsamer fliegen, als c, sofern irgend ein Medium dies nicht beeinflusst. Und ich denke, hier haben wir schon einen Faktor, den wir näher durchleuchten sollten : Medium, in dem sich das Licht ausbreitet. Was verstehen wir unter einem Medium, oder auch anders gesagt, was könnte man noch als ein Medium definieren, bzw. es damit vergleichen?

Ich möchte in diesem Thread darauf eingehen, ob es wirklich unmöglich ist, c zu erreichen, und wenn ja warum?

Vorab, ich glaube schon, dass die meisten Dinge im Universum jene Lichtgeschwindigkeit erreichen, oder erreicht haben.... nur dass dies aus ihrer jeweiligen Position heraus, in ihrem Bezugssystem nicht so erscheint. Was genau passiert den mit irgend einem beliebigen Körper, der im Kosmos weiter und weiter beschleunigt bis hin zur relativen Lichtgeschwindigkeit?

[Pluto]

Und hier wird es verwunderlich, bzw. kurios. Denn jene "Teilchen", Photonen, können aber auch nicht langsamer fliegen, als c, sofern irgend ein Medium dies nicht beeinflusst. Und ich denke, hier haben wir schon einen Faktor, den wir näher durchleuchten sollten : Medium, in dem sich das Licht ausbreitet. Was verstehen wir unter einem Medium, oder auch anders gesagt, was könnte man noch als ein Medium definieren, bzw. es damit vergleichen?

Das ist nicht verwunderlich, denn das Photon hat eine Ruhemasse von null. Deswegen kann es sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten.

Ich möchte in diesem Thread darauf eingehen, ob es wirklich unmöglich ist, c zu erreichen, und wenn ja warum?

Rechnerisch entsteht eine negative Masse wenn die Lichtgeschwindigkeit überschritten wird.

Vorab, ich glaube schon, dass die meisten Dinge im Universum jene Lichtgeschwindigkeit erreichen, oder erreicht haben....

Das weise ich zurück. Es ist deine persönliche Vermutung, mehr nicht.

[seeadler]

Das ist nicht verwunderlich, denn das Photon hat eine Ruhemasse von null. Deswegen kann es sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten.

Das ist noch kein Kriterium: Alles, was sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, hat eine Ruhemasse von 0. Hilfsfrage: Aus wieviel Photonen bestehst du?

seeadler hat geschrieben:
Ich möchte in diesem Thread darauf eingehen, ob es wirklich unmöglich ist, c zu erreichen, und wenn ja warum?
Rechnerisch entsteht eine negative Masse wenn die Lichtgeschwindigkeit überschritten wird.

eben, sie vorangehende Antwort

seeadler hat geschrieben:
Vorab, ich glaube schon, dass die meisten Dinge im Universum jene Lichtgeschwindigkeit erreichen, oder erreicht haben....
Das weise ich zurück. Es ist eine persönliche Vermutung, mehr nicht.

Bist du schon mit Lichtgeschwindigkeit geflogen? Ich behaupte : Ja! Was ist der Unterschied zwischen einem Objekt, welches sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, und einem Objekt, welches ruht?

[Pluto]

Hilfsfrage: Aus wieviel Photonen bestehst du?

Ich bestehe aus Atomen. Das ist bekanntlich was anderes.

Rechnerisch entsteht eine negative Masse wenn die Lichtgeschwindigkeit überschritten wird.

eben, sie vorangehende Antwort

Ich verstehe nicht, worauf du hinaus willst.

Bist du schon mit Lichtgeschwindigkeit geflogen? Ich behaupte : Ja!

Das kannst du lange behaupten. Sofern du das nicht nachweisen kannst, weise ich es als reine Erfindung deinerseits, zurück.

Was ist der Unterschied zwischen einem Objekt, welches sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, und einem Objekt, welches ruht?

Dazu müsstest du zunächst einmal sagen was das Referenzsystem ist.

[ThomasM]

Und hier wird es verwunderlich, bzw. kurios.

Es wird für dich auch immer verwunderlich und kurios bleiben, wenn du nicht in der Lage bist, die Mathematik dahinter zu verstehen.
Auch dir mit nicht-mathematischen Worten die Sache zu erläutern, hilft nicht, denn genau das versucht Pluto, aber du glaubst ihm einfach nicht.

Wenn du nicht offen bist für Antworten, dann hat die ganze Diskussion doch keinen Zweck.

[Halman]

wir alle wissen es mittlerweile, weil es uns immer und immer wieder eingebläut wurde : Nichts und niemand kann jemals die Lichtgeschwindigkeit erreichen! "Nichts" und "Niemand"? Offensichtlich doch?! Nämlich die elektromagnetischen Wellen, respektive das, was wir gemeinhin als das Licht bezeichnen.

Gem. der SRT/ART ist die Lichtgeschwindigkeit die maximale Ausbreitungsgeschwindigkeite von Information. Massebehaftete Teilchen unterscheiden sich von masselosen Teilchen darin, dass ihre Energie (früher als dynamische "Masse" bezeichnet) unendlich wird, wenn sie sich auf einer lichtartigen Weltlinie (also mit Lichtgeschwindigkeit) bewegen. Um so eine Masse lichtschnell zu bewegen, wäre eine unendliche Energiemenge nötig und dies ist ein unlösbares ingeniertechnisches Problem, aber kein fundamental physikalisches.

Und hier wird es verwunderlich, bzw. kurios. Denn jene "Teilchen", Photonen, können aber auch nicht langsamer fliegen, als c, sofern irgend ein Medium dies nicht beeinflusst. Und ich denke, hier haben wir schon einen Faktor, den wir näher durchleuchten sollten : Medium, in dem sich das Licht ausbreitet. Was verstehen wir unter einem Medium, oder auch anders gesagt, was könnte man noch als ein Medium definieren, bzw. es damit vergleichen?

Die Ausbreitung von Licht in Medien, wie Glas oder Cäsium ist mir zu kompliziert.

@ThomasM
Bist Du so nett, uns diesen komplizierten Sachverhalt so einfach wir möglich zu erläutern? Damit erbitte ich eine Antwort, die einfacher zu verstehen ist als folgende:

Zitat von Agent Scullie:

Zitat von Halman:
Gehe ich recht in der Annahme, dass sich Phasen- und Gruppengeschwindigkeit verändern können, sobald sich die EM-Welle durch ein anderes Medium bewegt, z. B. wenn ein Lichtstrahl, der sich durch die Luft bewegt, durch eine Glasscheibe scheint?

ja. Dabei kommt es auf die Dispersionsrelation an, d.h. die Kreisfrquenz omega als Funktion der Wellenzahl k, omega(k). Die Phasengeschwindigkeit einer monofrequenten Welle mit der Wellenzahl k0 und der Kreisfrequenz omega0 = omega(k0) ist gegeben durch omega0/k0, die Gruppengeschwindigkeit eines Wellenpakets mit der mittleren Wellenzahl k0 und der mittleren Kreisfrequenz omega0 ist gegebend durch die Ableitung omega'(k) = d(omega)/dk, d.h. der Tangentensteigung der Funktion omega(k) am Punkt k0.

Wenn omega(k) eine lineare Funktion ist, omega(k) = const.*k, was man als lineare Dispersion bezeichnet, sind beide Geschwindigkeiten identisch. Hängt omega anders als linear von k ab, können sie voneinander abweichen. Bei elektromagnetischen Wellen in Materie ist omega(k) meist eine sehr komplizierte Funktion, so dass sich je nach Frequenzbereich ganz unterschiedliche Verhältnisse von Phasen- und Gruppengeschwindigkeit ergeben.

Ich möchte in diesem Thread darauf eingehen, ob es wirklich unmöglich ist, c zu erreichen, und wenn ja warum?

Der primäre Grund liegt in dem Postulat der Kausalität begründet. Wenn unser Universum kausal ist, dann MÜSSEN raumartige Weltlinien ausgeschlossen sein, da diese ansonsten zwingend zu kausalen Schleifen führen würden.
Ein Problem bei raumartigen Weltlinien ist, dass imaginäre Eigenzeiten auftreten und diese sind meines Wissen nicht definiert.
Mehr dazu im verlinkten Beitrag.

Vorab, ich glaube schon, dass die meisten Dinge im Universum jene Lichtgeschwindigkeit erreichen, oder erreicht haben.... nur dass dies aus ihrer jeweiligen Position heraus, in ihrem Bezugssystem nicht so erscheint. Was genau passiert den mit irgend einem beliebigen Körper, der im Kosmos weiter und weiter beschleunigt bis hin zur relativen Lichtgeschwindigkeit?

Die Lichtgeschwindigkeit ist in allen Bezugssystemen konstant und somit nicht relativ. Für massebehafte Objekte gilt, dass die Lichtgeschwindigkeit unerreichbar ist, sofern man endliche Energie zugrundelegt.
Allerdings könnte man es so definieren, dass sich alles in der Raumzeit bewegt. Je schneller sich eine Testmasse im Raum bewegt, je langsamer "bewegt" sie sich in der Zeit. Licht bewegt sich auf lichtartigen Weltlinien und altert nicht. So wage ich mal folgende Addition:
- Licht: c im Raum + 0 in der Zeit = c
- Masse: v im Raum + t in der Zeit = c
t steht hier für einen beliebigen Wert des Alterns, v natürlich für Sublichtgeschwindigkeit (zeitartige Weltlinie). Mal sehen, was Thomas zu meiner "Verbildung" zu sagen hat.

[Pluto]

Was genau passiert den mit irgend einem beliebigen Körper, der im Kosmos weiter und weiter beschleunigt bis hin zur relativen Lichtgeschwindigkeit?

Die Lichtgeschwindigkeit ist in allen Bezugssystemen konstant und somit nicht relativ. Für massebehafte Objekte gilt, dass die Lichtgeschwindigkeit unerreichbar ist, sofern man endliche Energie zugrundelegt.
Allerdings könnte man es so definieren, dass sich alles in der Raumzeit bewegt. Je schneller sich eine Testmasse im Raum bewegt, je langsamer "bewegt" sie sich in der Zeit. Licht bewegt sich auf lichtartigen Weltlinien und altert nicht. So wage ich mal folgende Addition:
- Licht: c im Raum + 0 in der Zeit = c
- Masse: v im Raum + t in der Zeit = c
t steht hier für einen beliebigen Wert des Alterns, v natürlich für Sublichtgeschwindigkeit (zeitartige Weltlinie). Mal sehen, was Thomas zu meiner "Verbildung" zu sagen hat.

Hast du sehr sauber und klar erklärt!
Danke.

[ThomasM]

Bist Du so nett, uns diesen komplizierten Sachverhalt so einfach wir möglich zu erläutern? Damit erbitte ich eine Antwort, die einfacher zu verstehen ist als folgende:
...
Die Lichtgeschwindigkeit ist in allen Bezugssystemen konstant und somit nicht relativ. Für massebehafte Objekte gilt, dass die Lichtgeschwindigkeit unerreichbar ist, sofern man endliche Energie zugrundelegt.
Allerdings könnte man es so definieren, dass sich alles in der Raumzeit bewegt. Je schneller sich eine Testmasse im Raum bewegt, je langsamer "bewegt" sie sich in der Zeit. Licht bewegt sich auf lichtartigen Weltlinien und altert nicht. So wage ich mal folgende Addition:
- Licht: c im Raum + 0 in der Zeit = c
- Masse: v im Raum + t in der Zeit = c
t steht hier für einen beliebigen Wert des Alterns, v natürlich für Sublichtgeschwindigkeit (zeitartige Weltlinie). Mal sehen, was Thomas zu meiner "Verbildung" zu sagen hat.

Du hast es schon ganz richtig erklärt, Halman, aber immer noch auf einem sehr hohen Niveau, was die Anforderungen an den Leser angeht. Ich will es gerne noch einfacher versuchen.

Startpunkt sei einmal deine erste Aussage: Die Lichtgeschwindigkeit ist in allen Bezugssystemen konstant und somit nicht relativ.

Nehmen wir das als gegeben, ist die erste Frage, was Bezugssysteme sind. Nun, das sind ganz einfach Koordinatensysteme, in denen wir etwas messen, wie z.B. eine Geschwindigkeit.
Es gibt das berühmte Beispiel mit der Messung der Geschwindigkeit eines Läufers und dem fahrenden Zug. Misst man die Geschwindigkeit eines Läufers auf dem Boden, dann ist das eine Möglichkeit. Misst man dieselbe Geschwindigkeit von einem fahrenden Zug aus, dann ist das Ergebnis abhängig davon, ob sich der Zug parallel oder antiparallel zum Läufer bewegt. Fährt er z.B. parallel zum Läufer und exakt genauso schnell, dann bewegt sich der Läufer in Bezug in meinem Bezugssystem nicht.
Dies wird mathematisch durch die klassische Galilei Transformation https://de.wikipedia.org/wiki/Galilei-Transformation ausgedrückt, die beschreibt, wie sich die Formeln ändern, wenn man von einem Bezugssystem in ein anderes transformiert. Wie man es gewöhnt ist, addieren sich bei dieser Transformation Geschwindigkeiten (vektoriell). Das besondere bei dieser Transformation ist, dass die Zeit dieselbe bleibt, also
t' = t
r' = r + v t

Wie kann bei einer Galilei Transformation die Lichtgeschwindigkeit (die ja erst einmal auch nur eine Geschwindigkeit ist) in allen Bezugssystemen gleich sein?
Nun sie kann nicht, die klassische Physik gibt das nicht her.
Will man den Startpunkt erreichen, dann braucht man eine andere Transformation. Es gibt einige Gründe, warum das die Lorentz Transformation https://de.wikipedia.org/wiki/Lorentz-Transformation ist, aber wenn wir uns auf unser Problem konzentrieren, dann muss man sagen:
Wenn bei einer Transformation zwischen Bezugssystemen diese so gemacht werden soll, dass die Lichtgeschwindigkeit konstant bleibt, dann muss man die Änderung von Zeit und Ort so sein, dass sie sich bei c gerade kompensieren.
Dabei taucht der Faktor 1/sqrt(1-v**2/c**2) auf. Nähert sich v gegen c, dann wird dieser Faktor unendlich, ein Zeichen, dass hier etwas schief geht. Physikalische Formeln dürfen nicht unendlich werden.

Um diese Unendlichkeit zu kompensieren und den Übergang v gegen c trotzdem korrekt machen zu können, muss man gleichzeitig die Ruhemasse des beobachteten Objektes in demselben Maß gegen 0 gehen lassen. Dann klappt der Übergang und man bekommt sinnvolle und messbare Formeln, die überdies den Vorteil haben, dass sie mit den Formeln übereinstimmen, die man bereits 40 Jahre vor Einstein für Licht herausgefunden hat.

Zusammenfassend haben wir damit die folgenden Vorteile der Relativitätstheorie:

- Sie ergibt, dass in allen Bezugssystemen c konstant ist.
- Sie ergibt sinnvolle und messbare Formeln für Ruhemasse größer 0, dann kann aber v niemals c erreichen, sondern bleibt immer unterhalb c.
- Den Übergang v->c geht, wenn man gleichzeitig m0->0 gehen lässt. Objekte, die sich mit c bewegen, müssen also eine Ruhemasse 0 haben.
- Dir Formeln, die sich daraus ergeben, sind identisch zu denen aus den Maxwellschen Gleichungen, die man bereits gegen 1860 für Licht erarbeitet hat.

[seeadler]

Es ist ein wenig ärgerlich, Thomas, wenn du jemanden auf die Schulter klopfst, der dir genau das wiedergibt, was man in den Lehrbüchern nachlesen kann, und der das aber mit seinen eigenen Worten zu erklären versucht, während du bei mir dich auf einen hohen Sockel stellst und die Nase rümpfst, weil ich ein Thema anspreche, deren inhaltliche Ausrichtung eine ganz andere ist und die du aufgrund deines Schulterklopfens auch offensichtlich nicht verstanden hast.... um mir damit sagen zu wollen, ich solle erst einmal meine Schulaufgaben machen, damit ich es genauso beschreibe wie es Halman tut. Offenbar hast du noch nicht begriffen : Wenn ich dies wollte, wäre es für mich ein leichtes dies auch zu tun! Doch darum geht es mir nicht! Und ich eröffne ganz gewiss nicht ein Thema, welches ich im Netzt zu hunderttausenden Varianeten so oder so ähnlich lesen kann, wie es du und Halman beschrieben habt.
Leider hast du nach wie vor eine sehr niedere Meinung von mir - und das ist in diesem Fall schon ein wenig lästig!

Ich habe das hier zugrunde liegende Problem in ähnlicher Weise früher schon einige Male angesprochen, und darum dann auch eine Grundaussage zu formulieren versucht, die weder du noch andere offensichtlich verstanden haben.

Die Grundaussage beinhaltet folgende zwei Varianten:

1. Entweder ist die Lichtgeschwindigkeit tatsächlich eine absolute Größe, und keine relative, worauf ihr herumreitet, dann muss sie durch einen Umstand verursacht werden, der für alle Körper im Universum gleichermaßen gilt, ganz egal wo sie sich innerhalb des Universums befinden. Und es wäre dnan auch so, dass man hier nicht einfach die Grundgeschwindigkeit beliebig wieder auf 0 setzen kann, so, wie ich meine Küchenwaage auf 0 setze, wenn ich das Leergewicht meiner Porzellanschüssel nicht auch messen möchte, sondern lediglich deren Inhalt. Denn hier ist zu beachten, dass die Waage tatsächlich nur ein Gesamtgewicht von vielleicht 2,5 kg messen kann. Wenn ich also bei einem Leergewicht, von etwa 2,3 kg einer Glasschüssel jene Waage auf 0 setze, um den Inhalt der Schale dann wiegen zu können, welches ich dann eventuell sogar mit mehr als 300 Gramm überschreite, so darf ich mich nicht wundern, wenn dabei die Waage kaputt geht. Ich kann dann nicht hergehen und behaupten, oops, ich hab doch nur 500 Gramm messen wollen.....

Nee, so funktioniert das nicht!

2. Im Falle die Lichtgeschwindigkeit aber in meinem Sinne in meiner Intention eine "relative Größe" ist, dann spielt hierbei das Leergewicht der Waage überhaupt keine Rolle. Es ist also vollkommen wurscht, mit welcher Geschwindigkeit ich mich mit samt meinem Inertialsystem bewege, und welche Geschwindigkeit ich vielleicht sogar auch noch innerhalb des Inertialsystems inne habe. Denn die Lichtgeschwindigkeit ist immer und ausschließlich in diesem Fall eine Größe die in Bezug zu mir selbst steht; egal, mit welcher Geschwindigkeit und in welcher Form auch immer ich mich im Raum bewege: ob ich frei falle und damit im Sinne der Gravitation entsprechend kontinuierlich beschleunige, oder ob ich mich in einem Auto befinde, und dieses mit seinen 400 Millionen PS vielleicht bis hin zur Lichtgeschwindigkeit beschleunige.... wie auch immer .... in diesem Fall rede ich von einem Gummibandprinzip, was ich hier im Forum auch schon mehrfach angesprochen habe. Denn jene Lichtgeschwindigkeit steht dann in einem ähnlichen Verhältnis zu mir selbst, wie ein Gummiband, welches ich stets in meiner Hosentasche mit herum schleppe, und dieses dann bei jeder beliebigen Geschwindigkeit, ob gleichförmig oder beschleunigt, herausnehme und so lange dehne, bis es zerreißt. Ich werde feststellen, dass jenes Gummiband unabhängig von meiner Bewegung stets erst dann reißt, wenn seine Elastizitätsgrenze erreicht ist.

Um diese beiden Varianten geht es zunächst, die es näher zu betrachten gilt!

Zunächst ist es dabei vollkommen irrelevant, ob sich hier eine kausale Komponente herauskristallisiert, die du ja schon in einem anderen Thread angesprochen hast. Oder ob man dies sogar miteinander verknüpfen kann, sondern ich versuche nach wie vor heraus zu finden, was die eigentliche Ursache für jene Grenzgeschwindigkeit ist, und komme auf diesem Wege zu besonderen Umständen, von denen ich meine, dass sie in dieser Form noch nicht beachtet worden sind, oder eben noch nicht so breit diskutiert wurden.

Du erinnerst dich?? Vermutlich nicht, aber Halman ganz sicher schon, dass ich aus diesem Grund zunächst einmal die Lichtgeschwindigkeit gleich gesetzt habe mit der Fluchtgeschwindigkeit der Erde, also jenen uns bekannten 11,2 km/s. Und in diesem Sinne hatte ich sehr detailliert nach und nach damals in verschiedenen Threads gezeigt, dass man hier die Relativitätsformeln Einsteins sogar unmittelbar auf diese 11,2 km/s übertragen kann, ohne dabei ihren besonderen Bezug zur Lichtgeschwindigkeit zu verletzen. Aber... dann wird auf einmal klar, dass die Lichtgeschwindigkeit eine Richtgröße ist, die von der Gesamtmasse des Universums und deren Ausdehnung diktiert wird, so, wie ja auch die Fluchtgeschwindigkeit auf der Erdoberfläche von der Erdmasse und deren Radius, respektive Dichte abhängt. In diesem Sinne hatte ich dann darauf aufmerksam gemacht, dass die Gravitationskonstante eben jene Komponenten der Dichte und der zeit im Quadrat miteinander vereinigt, wodurch dann auch die Erkenntnis Keplers mit der Gegenüberstellung von r³ entspreche t² eine ganz andere Gewichtung bekommt.

soweit erst mal dazu.....

[seeadler]

Lieber Halman,

wir bewegen uns mit 463 m/s am Äquator um die Erde; wir bewegen uns mit 30000 m/s mit der Erde um die Sonne; wir bewegen uns mit 220000 m/s mit der Sonne um die Galaxie; Wir bewegen uns mit mehreren Tausend km in der Sekunde mit der Galaxie um unseren Galaxienhaufen; Wir bewegen uns in Relation zu einem vielleicht 10 Milliarden Lichtjahren entfernten Objekt mit mehr als 2/3 der Lichtgeschwindigkeit im Raum; und zuletzt : wir bewegen uns mit annähernder Lichtgeschwindigkeit in Bezug zu einem Objekt an der relativen Sichtbarkeitsgrenze unseres Universums durch den Raum!!!!

Welche Ruheposition setze ich an, um behaupten zu können, dass nichts schneller als c fliegt? Wie ist das mit der relativistischen Masse? Wieviel von mir kann ich bereits als "relativistische Masse" deklarieren, und was davon ist reale Ruhemasse????

Oder wie ich schon einmal gefragt habe: Was ist relativistische Masse? (Ich habe eine Antwort darauf, möchte sie aber nur im Dialog erörtern und nicht als Anstoß, mir zu bescheinigen, ich müsse erst einmal meine Hausaufgaben machen)