Schneller als die Lichtgeschwindigkeit ?

 

 

 

Vorbemerkung:

 

Das Licht breitet sich (im Vakuum) in allen Richtungen und unabhängig von der Bewegungsgeschwindigkeit der Lichtquelle oder des Lichtempfängers mit einer Geschwindigkeit von ca. 300.000 km/s aus.

 

Die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit: Die (Vakuum-)Lichtgeschwindigkeit c hat in jedem Inertialsystem denselben Wert (299 792.458 km/s), ist also vom Bewegungszustand der Quelle ebenso unabhängig wie von dem des Beobachters.

 

 

 

Ich habe neulich mit meinem Freund Rein über die Ausdehnung des Weltalls diskutiert. Und über das "Olbertsche Phänomen": Eigentlich müsste es (wenn das Weltall unendlich wäre und gleichmäßig mit Sternen gefüllt wäre) nachts taghell sein.
Er meinte: Angenommen, das Weltall würde sich mit Lichtgeschwin­digkeit ausdehnen; dann würde das Licht der äußersten Sterne gar nicht bei uns ankom­men.

 

Das klingt vernünftig.

 

 

 

Wenn ein Zug mit 60 km/h (relativ zu den Schienen) fährt, und in diesem Zug rollt eine Bowlingkugel mit 5 km/h relativ zum Zug in Fahrtrichtung, so würde die Kugel, nach der klassischen galileischen Physik, mit 65 km/h bezüglich des Bodens bewegen. Die Geschwindigkeiten werden einfach addiert.

 

V _gesamt = V _Zug plus V _Kugel

 

 

 

Und wenn man diese Kugel mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Zug fährt, nach hinten rollt, bleibt sie (von einem ruhenden Beobachter am Schienenrand gesehen) stehen.
Sie hat dann die Gesamtgeschwindigkeit V _gesamt = V _Zug minus V _Kugel = Null

 

 

 

 

 

 

 

Noch anschaulicher wird die Sache, wenn wir uns neben eine Roll-Treppe stellen:

Wenn der "Passagier" nach oben will und es eilig hat, wird er nicht stehen bleiben, sondern die (rollende) Treppe hinaufgehen. Für den Beobachter vergrößert sich dadurch seine Geschwindigkeit.

V _gesamt = V _Treppe plus V _Passagier

 

Aus diesem Grund werden ja auch die Raketen der ESA von Guyana aus ge­startet. Durch die Nähe zum Äquator bekommt die Rakete die Erdgeschwindig­keit (40.000 km in 24 Stunden = 0,46 km/sec) schon mal als kostenloses „Start­guthaben“ um die Kreisbahngeschwindigkeit von 7,9 km/sec zu erreichen.

 

Wenn man das bekannte Kinderspiel betreibt und von oben gegen die Rolltreppe nach unten läuft, schafft man es sogar (für den äußeren Beobachter) auf der Stelle zu bleiben.

Er hat dann die Gesamtgeschwindigkeit
V _gesamt = V _Treppe minus V _Passagier= Null

wenn V _Treppe  = V _Passagier

 

Und wenn er schneller nach unten läuft als die Treppe nach oben fährt, kommt er sogar (gegen die Rolltreppe) unten an. Die Gesamtgeschwindigkeit wird dann sogar negativ!

 

 

 

 

 

 

 

Leider stimmt diese Überlegung für das Licht nicht.

 

 

Ein Zug mit der Geschwindigkeit V _Zug bezüglich der Schiene schaltet die Photonenkanone (die Scheinwerfer) ein, und sendet somit Photonen aus, die sich mit Lichtgeschwindigkeit c von den Scheinwerfern fortbewegen. Welche Geschwindigkeit hat das Photon bezüglich der Schiene?

 

Nach der obigen, klassischen Rechnung müsste sich das Photon mit der Geschwindigkeit

 

V _gesamt = V _Zug plus c

 

bewegen.

 

Das wäre aber mit Über-Lichtgeschwindigkeit! Albert Einstein hat aber ausge­rechnet, dass dies nicht geht.

 

 

Nehmen wir an, der Zug könne mit Lichtgeschwindigkeit fahren (was aufgrund der unendlichen Energie, die dazu nötig ist, natürlich unmöglich ist).

 

Wenn er jetzt seinen Rück-Scheinwerfer anschaltet, müssten sich die Photonen bezüglich des Zuges mit Lichtgeschwindigkeit nach „hinten“ bewegen. Aus der Sicht eines Beobachters am Schienenrand aber „stehen bleiben“. D.h. Die Scheinwerfer bleiben dunkel.

 

 

V _gesamt = V _Zug minus  c

 

und da V _Zug = c  wird

 

V _gesamt   = Null

 

 

 

 

 

Noch anschaulicher wird das im obigen Beispiel mit der Rolltreppe:

 

Ich stehe unten neben der Rolltreppe und beobachte meinen Freund der auf der Rolltreppe läuft. Nehmen wir einmal an, mein Freund braucht bei der ausgeschalteten Rolltreppe 3 Minuten nach unten bzw. nach oben.

 

Wenn er im Schritt-Tempo von oben nach unten gegen die (nach oben fahrende) Rolltreppe geht, bewegt er sich -von mir aus gesehen- immer im Schritt-Tempo nach unten. Egal, wie schnell die Rolltreppe nach oben fährt!

 

Wenn er im Schritt-Tempo von unten nach oben mit der (nach oben fahrende) Rolltreppe geht, bewegt er sich -von mir aus gesehen- ebenfalls im Schritt-Tempo nach oben. Egal, wie schnell die Rolltreppe nach oben fährt!

 

 

 

 

 

Egal, wie schnell die Rolltreppe nach oben oder unten läuft, er braucht immer 3 Minuten bis er unten oder oben ist!. Sowohl in der Laufrichtung als auch in der Gegenrichtung der Rolltreppe.

Das ist für unseren Verstand völlig unbegreiflich. Denn wenn die Rolltreppe -sagen wir mal mit 100 km/Stunde- rasend schnell nach oben saust, kommt mir mein Freund trotzdem im Fußgängertempo von oben entgegen. Und kommt genau nach 3 Minuten bei mir unten an. Wahnsinn!!!

 

 

 

Und wenn er im Schritt-Tempo auf der rasenden Rolltreppe nach oben geht, kommt er nicht schon nach ein paar Sekunden oben an, sondern genau nach 3 Minuten. Genau so, als wenn die Treppe ausgeschaltet ist. Völlig unlogisch!!

 

Noch verwirrender wird die ganze Chose, wenn ich nicht neben, sondern auf der laufenden 2. Rolltreppe stehe:
Selbst wenn meine Rolltreppe nach unten saust und seine nach oben, mein Freund kommt mir immer mit der gleichen Geschwindigkeit (3 Minuten je Rolltreppen-Länge) entgegen!

Spätestens hier ist die Grenze unserer Nachvollziehbarkeit erreicht.

Oder sollten sich Michaelson und all seine Nachfolger vermessen haben?

Ist es vielleicht so wie mit den berühmten "canali" des italienischen Astronomen Schiaparelli, der 1877 die Marskanäle "entdeckte".
80 Jahre lang musste jeder Astronom diese Kanäle sehen, sonst wäre er von seinen Mit-Wissenschaftlern ausgelacht worden. Erst 1965 erwiesen sie sich durch die Aufnahmen der US-Mars-Sonde Mariner 4 als optische Täuschung!

 

 

 

Erstaunlicherweise ist es dem Lichtstrahl völlig egal, in welche Richtung er von einem bewegten Objekt aus „gestartet“ wird. Er ist für einen außenstehenden Beobachter immer 300.000 km/sec schnell. Egal, ob er „nach vorne“ oder „nach hinten“ geschossen wird!

Für unseren Verstand ist das unlogisch und nicht zu begreifen.

Aber Albert Einstein hat das bewiesen und bis jetzt hat das noch keiner widerlegt. Er hat dazu einen Kunstgriff, die „Lorenz-Transformation“ benutzt.

Auf Grund dieser Formel gilt die klassische Geschwindigkeits-Addition nur für Geschwindigkeiten, die sehr viel kleiner als die Lichtgeschwindigkeit sind.

 

Eine (einigermaßen) verständliche Erklärung findet man auf

 

http://www.dlr.de/next/desktopdefault.aspx/tabid-6934/11454_read-26611/

 

 

Demnach bewegt sich das Licht auch von einem Stern, der sich mit Lichtge­schwindigkeit von uns fortbewegt, mit Lichtgeschwindigkeit auf uns zu. Und nicht -wie die im Zug nach „hinten“ geworfenene Kugel- langsamer.

 

Das kann also nicht der Grund sein, dass man nicht über den Rand des Univer­sums hinaussehen kann. Die Grenze des sichtbaren Universums (13,8 Milliarden Lichtjahre) ist also die Zeit, die seit dem Urknall vergangen ist.

 

Aber: Das Universum dehnt sich nicht mit konstanter Geschwindigkeit aus. Weil es sich seit dem Urknall beschleunigt (siehe „Hubble-Konstante“ z.B. bei Wiki) kann man 46 Milliarden Lichtjahre weit sehen. Doch dies ist eine andere Ge­schichte!

 

 

 

https://www.spin.de/forum/643/-/5e16

Das besondere an der Lichtgeschwindigkeit ist nämlich, dass sie IMMER die gleiche ist, gleichgültig aus welchem Bezugssystem du sie misst. Das ist nicht wie bei anderen Geschwindigkeiten, die sich zusammenaddieren können.
Wenn ich beispielsweise mit 15 km/h renne und dies in einem fahrenden Zug tue der selber mit 80 km/h fährt, dann ist meine Geschwindig­keit im Bezug auf die Landschaft draußen entweder 65 km/h wenn ich entgegen der Fahrtrichtung laufe, oder 95 km/h wenn ich mit der Fahrtrichtung laufe. Meine eigene Geschwindigkeit addiert oder subtrahiert sich also mit der Geschwindigkeit des Zuges.
Bei der Lichtgeschwindigkeit ist das nicht so. Wenn der Lockführer vorne das Licht einschaltet, dann haben die Photonen nicht Lichtge­schwindigkeit + 80 km/h, sondern immer nur Lichtgeschwindigkeit. Es ist auch egal, von welchem Bezugssystem aus diese gemessen wird, denn sowohl der fahrende Lockführer, als auch der neben dem Gleis stehende Bahnarbeiter, genauso wie im übrigen auch der Lockführer ei­nes entgegenkommenden Zuges, würden an unserem Lichtkegel immer nur die Lichtgeschwindigkeit messen.
Licht kann niemals schneller, aber auch niemals langsamer sein als die Lichtgeschwindigkeit, selbst von einem Raumschiff aus gemessen, das selber schon mit halber Lichtgeschwindigkeit fliegt.

 

 

Andererseits schreibt der Astronom Manuel Philipp auf seiner website

 

http://www.abenteuer-sterne.de/wie-gross-ist-das-beobachtbare-universum/

 

„Wir gehen einen Schritt weiter: Licht breitet sich im Vakuum bekanntlich mit Lichtgeschwindigkeit aus – also mit 300.000 km/s. Die Frage ist nun: wie schnell muss sich ein Raumvolumen, in das eine Galaxie eingebunden ist, von uns entfernen, dass uns das Licht dieser Galaxie auf der Erde nicht mehr erreicht? Logischerweise muss sich das Raumvolumen mit Licht­geschwindigkeit von uns entfernen! Zwar kommt das Licht der Galaxie mit Lichtgeschwindigkeit auf uns zu; doch gleichzei­tig fliegt die Quelle des Lichtes, nämlich die Galaxie, mit Lichtgeschwindigkeit von uns weg. In diesem Fall erreicht uns auf der Erde kein Lichtteilchen (Photon) dieser Galaxie mehr. Denn die resultierende Geschwindigkeit des Lichtteilchens ist Null. Nun berechnen wir die zugehörige Entfernung, bei der genau dieser Fall eintritt: Hubbel-Radius D (t) = Lichtgeschwin­digkeit geteilt durch Hubble-Parameter H (t). Also: 300.000 km/s geteilt durch 70 km/s pro Megaparsec = 14 Milliarden Lichtjahre.“

 

 

 

Seltsam! Was stimmt denn nun?

 

Ich habe Herrn Philipp folgende mail geschrieben:

 

Hallo Herr Philipp,

ich habe Ihre sehr interessanten Ausführungen gelesen und das meiste verstanden. Ich bin nur Chemiker und pensionierter Feuerwehr-Offizier.

Ich habe aber folgendes Problem:

Sie schreiben oben:
„.. Logischerweise muss sich das Raumvolumen mit Lichtgeschwindigkeit von uns entfernen! Zwar kommt das Licht der Galaxie mit Lichtgeschwindigkeit auf uns zu; doch gleichzeitig fliegt die Quelle des Lichtes, nämlich die Galaxie, mit Lichtgeschwindigkeit von uns weg. In diesem Fall erreicht uns auf der Erde kein Lichtteilchen (Photon) dieser Galaxie mehr. Denn die resultierende Geschwindigkeit des Lichtteilchens ist Null.“
==> Ich habe aber gelernt, dass sich das Licht unabhängig von der Geschwindigkeit des „Licht-Aussenders“ immer mit der gleichen Geschwindigkeit bewegt.

Er hat dann seinen Satz

 

"Denn die resultierende Geschwindigkeit des Lichtteilchens ist Null."

 

folgendermaßen geändert:

 

Denn durch die Expansion des Raumes sind diese Photonen „unendlich rotverschoben“ und damit „unendlich dunkel“. Die beiden Licht-Geschwindigkeiten heben sich also nicht zu Null auf (was ein Widerspruch zu Einsteins Theorie wäre), sondern das Licht, das uns erreicht, ist schlichtweg durch die Expansion des Raumes zu dunkel, als dass wir es noch sehen und messen könnten. (Randnotiz: natürlich ist auch keine Addition von Lichtgeschwindigkeiten möglich. Ein Laserstrahl bewegt sich beispielsweise nicht plötzlich mit doppelter Lichtgeschwindigkeit fort, wenn man ihn in Fahrrichtung aus einem Zug „abfeuert“, der selbst mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs ist. Lichtgeschwindigkeit + Lichtgeschwindigkeit = Lichtgeschwindigkeit).

 

Da habe ich doch glatt einem Astronomen einen Denkfehler nachgewiesen!

 

 

 

 

Machen wir ein Gedanken-Experiment:

 

 

Stellen wir uns vor, in der Mitte eines Zirkuszeltes von 100 m Durchmesser steht ein Laser, der seinen Strahl auf die Zeltwand richtet. Nun rotiert der Laser (ähnlich wie das Leuchtfeuer eines Leuchtturmes) einmal pro Sekunde. Mit welcher Geschwindigkeit saust der Lichtpunkt dann auf der Zeltwand im Kreis herum?

Lösung:

 

Der Umfang eines Kreises mit 100 m Durchmesser ist π x 100 = 314 m.

 

Dann ist die Geschwindigkeit v = Strecke: Zeit = 314: 1 = 314 m/sec.

 

 

 

Jetzt lassen wir den rotierenden Laser bis zum Mond leuchten:

 

 

 

 

 

Hier die Rechnung:

 

Mittlerer Abstand des Mondes von der Erde: 384.400 km

 

Mond-Umlaufstrecke: 2 x π x 384.400 = 2,4 x 10⁶ km

 

 

Wenn sich der Laser jede Sekunde 1 mal dreht, ergibt sich als Geschwindigkeit des auftreffenden Laser-Impulses auf dem Mond

 

v = Umlaufstrecke :1 = 2,4 x 10⁶  km/s  

 

Dies ist die 8 fache Lichtgeschwindigkeit!

 

 

Dreht sich der Leuchtturm-Laser 1 mal pro Sekunde, so bewegt sich der auftreffende Photonenstrahl mit sage und schreibe 8 facher  Lichtgeschwindigkeit über die Mondoberfläche.

 

 

 

 

Ist das überhaupt möglich?

 

 

In den Beispielen mit dem Zug und dem Scheinwerfer wird immer wieder gegründet, dass die Photonen sich nicht schneller als die Lichtgeschwindigkeit „bewegen“ können.

 

Und wird der Photonenstrahl dann nicht irgendwie beim Auftreffen „verzerrt“. Kann sich ein Lichtstrahl -allein durch die Bewegung der Lichtquelle- krümmen? Ähnlich wie ein Wasserstrahl, der von einer rotierenden Düse aus abgegeben wird?

 

Oder reißt der Photonen-Strahl vielleicht ab? So wie der Wasserstrahl, der auf ein vorbeifahrendes Objekt trifft, dass sich schneller bewegt, als das Wasser nachgeliefert wird.

 

Eine mögliche Erklärung:

Wir stellen uns eine Laser-Lichtquelle wie ein Maschinengewehr vor, das Dauerfeuer schießt. Die Geschosse des MGs sind dann die Photonen.

Das MG 2 meiner Bundeswehrzeit schoss mit etwa 1.500 Schuss je Minute, d.h. 25 Schuss je Sekunde. Bei einer Abschussgeschwindigkeit vNull von 800 Meter je Sekunde entstand so eine Geschoss-Garbe, in der sich alle 30 cm ein etwa 2 cm langes Projektil bewegte.

Bei unserem Laser-Beispiel ist die vNull die Lichtgeschwindigkeit; die "Dichte" der Geschoss-Garbe (Photonen pro Sekunde) ergibt sich aus der Lichtleistung (Watt).

Wenn man die MG-Garbe beim Auftreffen z.B. auf eine Wand durch Drehen des MGs "verzerrt", so wandern die Einschläge abhängig von der Geschwindigkeit des Drehens quer über die Wand. Aus einschlägigen Kriegs- oder Gangsterfilmen (Bonnie and Clyde) ist uns dieser Show-Effekt in Erinnerung.

 

Diese Geschoss-Spur entspricht unserem obigen Beispiel das Eintreffens des Lasers auf dem Mond.

Jetzt ist klar, dass dieses "Abbild" keine echte Geschwindigkeit, sondern nur eine "virtuelle" Geschwindigkeit ist und mit der Geschoss-Geschwindigkeit (hier die Lichtgeschwindigkeit) nichts zu tun hat.

 

 

Fragen über Fragen!

 

Kann mir vielleicht jemand weiterhelfen???

 

Man muss ja nicht gleich bis zum Mond leuchten:

Mit einem Laser mit 1.000 Umdrehungen/Sekunde käme man bei 95 km Entfernung auf die doppelte Lichtgeschwindigkeit.

Bzw. bei 10.000 Umdrehungen/Sekunde (ist das überhaupt technisch machbar?) bei nur 9,5 km Entfernung auf die doppelte Lichtgeschwindigkeit.

Wer macht den Versuch? Vielleicht gibt es den Nobelpreis dafür. Wer weiß?