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Thema: Die Begrenzung der Lichtgeschwindigkeit

  1. #1
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    Standard Die Begrenzung der Lichtgeschwindigkeit

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    Ich interessiere mich brennend für die Lichtgeschwindigkeit und nach einer Woche Recherche finde ich leider immer noch nicht die passende Antwort auf meine Frage. Deshalb hoffe ich dass man mir hier helfen kann. Meine Frage: Wieso ist die Lichtgeschwindigkeit so hoch wie sie ist und nicht doppelt so groß oder nur halb so groß etc… Natürlich kann man die Lichtgeschwindigkeitskonstante mit verschiedenen physikalischen Formeln und Zusammenhänge belegen. Nur das ist nicht der Punkt, mir geht es um den kausalen Zusammenhang der Ausbreitung einer elektromagentischen Welle und der daraus resultierenden Geschwindigkeit. Ein bisschen genauer auf was ich hinaus will…. Mein Verständnis von der elektromagnetischen Welle ist Folgende: Beispielsweise wird von einem hertzschen Dipol eine elektrisches Feld erzeugt, welches wiederum ein magnetisches Feld erzeugt und dass wiederum ein elektrisches Feld erzeugt. Somit „induziert“ sich die Welle im Raum fort auf Grund von Ursache und Wirkung über die Zeit. Somit hat das ursprüngliche erzeugte elektrische Feld nach einer Sekunde ein 300.000 km weiteres entferntes magnetisches Feld induziert -> was die Lichtgeschwindigkeit ja ausdrückt. Was aber begrenzt diese „Ursache-Wirkungs-Ausbreitungsgeschwindigkeit“ (man konnte es auch „Induktionsgeschwindigkeit“ nennen), dass diese nicht zeitgleich weitere Felder induziert? Somit wäre ja die Lichtgeschwindigkeit unendlich hoch. Welche Trägheit ist also im Spiel? Dazu muss es doch eine anschauliche Erklärung geben. Die Permeabilität dient dazu weniger (finde ich). Danke für eure Antworten, Anregungen oder Tipps!

  2. #2
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    Hi Bunsrast3000,

    welcome!

    Vielleicht weil es ja irgend eine max. Geschwindigkeit wohl geben muss. Finde auch interessant, welche Gründe genau diese prädestinieren, andererseits kann man auch immer fragen, warum nicht mehr oder weniger, egal wo die Grenze zu liegen kommt.

    Gruß,
    Dgoe (Laie)

  3. #3
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    Zitat Zitat von Bunsrast3000 Beitrag anzeigen
    Danke für eure Antworten, Anregungen oder Tipps!
    Hallo Bunsrast,

    ich finde die Antwort, die du dir indirekt selbst gegeben hast gar nicht schlecht, nämlich dass die Lichtgeschwindigkeit einfach eine Eigenschaft des Lichtes selbst ist. Sie gibt sozusagen an, wie "gut" oder "schlecht" sich eine elektromagnetische Welle selbst antreibt. Die Formel \(c=\frac{1}{\sqrt{\epsilon_0 \mu_0}}\) unterstützt diese Deutung.

    Wenn du mehr dazu und auch zu dieser Formel wissen willst, müsstest du dich mit der Physik des Elektromagnetismus beschäftigen. Das ist ein weites Feld. Einen gewissen Ein- und Ausblick in diese Thematik findest du hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Maxwell-Gleichungen .
    Freundliche Grüße, B.

    Überhaupt droht ja jedem universelle Geltung heischenden Ansatz die Sphinx der modernen Physik, die Quantentheorie - T. Kaluza, 1921

  4. #4
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    wieso ist ausgerechnet die 1 das neutrale Element der Multiplikation? Könnte doch genau so gut die 2 oder die 1/2 sein. Wenn Du z.B die 2 nimmst, so kommst Du zu einer Mathematik, die genauso wie die normale funktioniert, nur die Elemente haben andere Namen. Genauso ist es in der Physik. Als eigentliche Frage bleibt, warum ist die Erde so gross und dreht sich so schnell, dass die Lichtgeschwindigkeit ca. 300000km/s ist.

    Mit freundlichen Grüßen
    pane

  5. #5
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    Zitat Zitat von Bernhard Beitrag anzeigen
    ich finde die Antwort, die du dir indirekt selbst gegeben hast gar nicht schlecht, nämlich dass die Lichtgeschwindigkeit einfach eine Eigenschaft des Lichtes selbst ist.
    Nein, das halte ich für den falschen Weg. Die Lichtgeschwindigkeit ist keine spezifische Eigenschaft des Lichts, und egal, wie lange man die Maxwellschen Gleichungen anschaut, sie wird damit nicht erklärt.
    Die Lichtgeschwindigkeit c ist eine Eigenschaft der Raumzeit selbst, eine Grenzgeschwindigkeit, der aus rein geometrischen Gründen alles unterliegt, nicht nur das Licht.
    Taylor&Wheeler haben das mal sinngemäß so beschrieben: Man stelle sich eine Kultur vor, die (aus religösen oder sonstwelchen Gründen, es geht nur ums Beispiel) die Nordrichtung für etwas Besoderes hält und in diese Richtung immer in Meilen misst. Richtung Ost und West misst man hingegen in Kilometern und hält diese Richtung auch für etwas fundamental anderes als die Nord-Süd-Richtung. Bis man irgendwann (vermutlich nach Sekunden, aber egal) darauf gekommen ist, dass diese beiden Richtungen eigentlich ziemlich ähnlich sind und man sie auch in denselben Einheiten messen könnte. Man hatte also die Erkenntnis: 1 Meile = 1,609344 km, zwei als grundverschieden gedachte Richtungen und Einheiten wurden zusammengefasst.

    Und 1905-1909 ist man eben darauf gekommen, dass es sich mit Raum und Zeit ähnlich verhält. Klar gibt es da einen Unterschied, das ist auch einer der Gründe, warum diese Erkenntnis so lange gebraucht hat. Aber trotzdem ist beides sehr, sehr ähnlich und kann auch in denselben Einheiten gemessen werden: 1 Sekunde = 299792458 m. Das hat sich allerdings in der Öffentlichkeir noch nicht so herumgesprochen, dass man Längen genausogut in Sekunden ausdrücken könnte.
    Wie auch immer, der genaue Zahlenwert des Umrechningsfaktors ist einfach historisch so entstanden und hat keine tiefere Bedeutung. (Bis auf eine: eine typische Zeiteinheit ist sehr viel größer als eine typische Längeneinheit.) Die geometrische Bedeutung ist aber, dass es da diese physikalisch wichtige Grenze gibt: eine Wegeinheit pro Zeiteinheit. Wo das herkommt und wie das genau aussieht kann man nicht so leicht erklären. Es genügt vielleicht zu sagen, dass die Mathematiker im Nachhinein (1909) zeigen konnten, dass es eigentlich gar nicht anders sein kann. Es gibt im allgemeinen Fall immer diese Grenze in Form einer Grenzgeschwindigkeit. Da sie allerdings so groß ist, hat man das jahrhundertelang nicht gesehen. Die Newtonsche Physik ergibt sich dementsprechend auch als der Spezialfall, wo die Grenzgeschwindikeit unendlich wird. Die messbaren Abweichungen von dieser Annahme sind erst im späten 19. Jahrhundert aufgefallen.
    Geändert von Ich (02.08.2016 um 22:15 Uhr)

  6. #6
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    Zitat Zitat von Bunsrast3000 Beitrag anzeigen
    Wieso ist die Lichtgeschwindigkeit so hoch wie sie ist und nicht doppelt so groß oder nur halb so groß etc…
    Oder nur 10 m/s schneller oder langsamer? Tja. Keine Ahnung.

    Gruß,
    Dgoe

  7. #7
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    @pane: mit ganz #4 bin ich nicht einverstanden, mit Argumenten. Vllt. separat unter smalltalk mal, nicht hier.

  8. #8
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    Die Existenz einer Geschwindigkeitsobergrenze ist viel fundamentaler als viele Leute glauben.

    Der Wert der Lichtgeschwindigkeit c hängt letztlich von der Wahl der Einheiten ab und ist unerheblich. Man kann sicherlich mit dem gewissen anthropologischen Argumenten argumentieren dass c groß sein muss gegen unsere Alltagserfahrungen, denn wenn c kleiner wäre würden Interaktionen auf molekularer Ebene langsamer ablaufen, wir würden langsamer denken und uns bewegen, und c käme uns plötzlich größer vor.

    Was aber das entscheidende ist: Wenn es keine Geschwindigkeitsobergrenze gäbe, dann könnten weit entfernte Objekte in Echtzeit wechselwirken. Ein physikalisches Experiment könnte ohne Probleme Resultate liefern, die von Ereignissen am Ende des Universums abhängen. (Ja ich weiß Quantenverschränkung blabla das ist aber stark eingeschränkt und die Interpretation ist umstritten)
    Von einer Physik könnte dann keine Rede mehr sein, weil eine sinnvolle Vorhersage von Ereignissen nicht mehr möglich wäre.

  9. #9
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    Hallo Bunsrast3000,


    das ‚Problem‘ für Viele die anfangen sich mit solch einem Thema zu befassen, ist die alltägliche (scheinbare) Erfahrung.

    Man ist versucht die gelesenen Informationen in diese Erfahrung einzuordnen und scheitert (zunächt) bei diesem Versuch.

    Die uns umgebende Welt ist verblüffend anders, als wir sie in unserem Alltag wahrnehmen!

    ‚Ich‘ hatte Dir das zwar schon beschrieben, aber aus eigener Erfahrung weiß ich, daß man mit diesen Begriffen zunächst mal nicht viel anfangen kann (eben weil man versucht sie in seine alltägliche Erfahrung zu übersetzen)

    Daher ein ‚eher praktisches‘ Beispiel dazu:

    Du befindest Dich in einem futuristischen Raumschiff mit Zugriff auf so viel Energie, wie Du brauchst.
    Das Schiff ist im freien Fall (also abgeschalteter Antrieb). Du schwebst zu einer Schleuse und ‚setzt‘ eine von zahlreichen Signalbojen ins All, neben Deinem Raumschiff. Diese Boje schwebt nun neben Deinem Schiff mit gleicher Geschwindigkeit wie das Schiff.

    Jetzt beschleunigst Du so lange, bis sich Dein Schiff mit 10% der Lichtgeschwindigkeit von dieser ersten Boje entfernt und schaltest den Antrieb ab.

    Du schwebst wieder zur Schleuse, um die nächste Boje auszusetzen und anschließend wieder in dieselbe Richtung beschleunigen, bis sich diese 2te Boje mit 10% der Lichtgeschwindigkeit von dem Schiff entfernt.

    Wenn Du jetzt aber die Geschwindigkeit zur ersten Boje mißt, wirst Du (wahrscheinlich verblüfft) feststellen, daß sie keineswegs 20% der Lichtgeschwindigkeit beträgt, sondern ‚nur‘ 19,8%.

    Wenn Du diese Prozedur jetzt noch 8 mal wiederholst, hättest Du ja nach irdischer Erfahrung die Lichtgeschwindigkeit erreicht, mußt aber feststellen, daß die Geschwindigkeit des Raumschiffes zur ersten Boje ‚nur‘ etwa 76,3% der Lichtgeschwindigkeit beträgt und dennoch die letzte ausgesetzte Boje sich mit 10% der Lichtgeschwindigkeit vom Schiff entfernt.

    Der nächste Punkt ist: Du kannst mit keiner Messmethode feststellen ob sich Dein Schiff nun tatsächlich mit 76% der Lichtgeschwindigkeit im Raum bewegt und die erste Boje ‚steht‘, oder ob es sogar umgekehrt ist, oder irgendetwas dazwischen oder sogar jenseits dieser beiden 'Grenzen'.

    Nach jedem dieser Manöver ist die Lichtgeschwindigkeit im Schiff knapp 300000 km/s aber auch die Photonen von Deinen Bojen bewegen sich mit dieser Lichtgeschwindigkeit an Deinem Schiff vorbei, nur ihre Wellenlänge wird, je schneller Du Dich von ihnen entfernst, immer größer.

    Das bedeutet, daß es keine absolute Geschwindigkeit gibt und damit auch keine absolute Ruhelage. Ja, noch viel fundamentaler: Der Raum ist kein Ort, kein Medium, kein Äther, im alltäglichen irdischen Sinne. Seine Eigenschaften sind beim überschreiten unserer Alltagsgrenzen verblüffend fremdartig.

    Raum, Zeit, Lichtgeschwindigkeit bilden eine, für uns zunächst mal sehr fremdartig anmutende Einheit, die sich nicht ohne einige ‚Umstrukturierungen‘ unserer Alltagserfahrungen sinnvoll einordnen läßt.

    Herzliche Grüße

    MAC

    Zur relativistischen Geschwindigkeitsaddition siehe z.B. hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Relati...chwindigkeiten

  10. #10
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    Hm, auch wenn mir die Maxwell-Gleichungen und die relativistische Geschwindigkeitsaddition bekannt sind und die Erklärung von "Ich" hinzunehme, kann ich immer noch nicht sehen, inwiefern das die Frage von Bunsrast3000 beantwortet. Aber vielleicht habe ich gerade nur nicht den Durchblick.

    Ich denke mal, das hängt davon ab, was man als Definition betrachtet und was man daraus ableitet. Intuitiv gehen wir ja eher so vor: Wir stellen uns eine Länge von 1 Meter (und eine Zeiteinheit von 1 Sekunde) vor - also das Meter als eine Basis - und leiten daraus ab, wie schnell dann die Lichtgeschwindigkeit von 299.792.458 m/s ist. Allerdings macht man es in der Physik eher andersherum: Man setzt die Lichtgeschwindigkeit als Basis und gibt ihr willkürlich den (exakten) Wert 299.792.458 m/s und leitet - unter Hinzunahme der Definition der Sekunde - daraus ab, wie groß dann 1 Meter ist. Das ist die SI-Definition des Meters.

    Wenn mich also jetzt jemand fragt, warum die Lichtgeschwindigkeit, wenn sie denn schon endlich ist, ausgerechnet diese komische Zahl als Geschwindigkeit hat, dann kann ich antworten: Na ja, irgendeine Geschwindigkeit X muss ja das Licht schon haben - 1 Meter ist dann einfach die Strecke, die das Licht in 1/X Sekunden zurücklegt. Die Lichtgeschwindigkeit ist halt eine Definitionsgröße, Du kannst ihr auch ruhig den Wert 599.584.916 m/s geben. Aber dann muss zum Beispiel der Meter auch doppelt so groß sein wie jetzt.

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