Kann man so die Lichtgeschwindigkeit erreichen?
Stellen wir uns eine Schienenstrecke vor, welche im Kreis läuft. Also einfach ein Kreis aus Schienen. Auf dieser Schienenstrecke fährt ein Zug. Dieser ist auch ein Kreis. Auf dem Zug ist eine Plattform mit einer weiteren, im Kreis laufenden, Schienenstrecke. Auf der Plattform steht nun ein identischer Zug. Der untere Zug fährt 50 Km/h. Er dreht sich also. Der obere Zug bewegt sich nun im stehen auch 50 Km/h schnell. Der obere Zug beschleunigt nun auch auf 50 Km/h. Er fährt also nun 100 Km/h, weil er einmal die Geschwindigkeit des unteren Zuges hat (50 Km/h) und seine eigene (50 Km/h). Auf den Oberen Zug stellt man nun auch einen identisches Zug. Dieser beschleunigt auch wieder auf 50 Km/h. Er fährt also nun 150 Km/h. Die Lichtgeschwindigkeit liegt bei ca. 1.079.252.848.800 Km/h. Das heißt: wenn wir 21.585.056.975 Züge übereinander stellen haben wir eine Geschwindigkeit von 1.079.252.848.750. Wir sind also 50 Km/h von der Lichtgeschwindigkeit entfernt. Wenn wir also auf den 21.585.056.975sten Zug einen weiteren Zug stellen, der aber statt 50 Km/h 51 Km/h fährt, dann sind wir 1 Km/h über der Lichtgeschwindigkeit.
Ist diese Theorie richtig?
14 Antworten
Ich nehme an, du hast vom sog. OPERA-Experimen gehört, wo Neutrinos schneller als das Licht eine mehr als 700km lange Strecke durch die Erde zurückgelegt haben sollen. Die Neutrinos sind dabei mit 1,0000248-facher Lichtgeschwindigkeit durch den Berg geflogen und damit ca. 60 ns (60 milliardstel Sekunden) eher eingetroffen als das Licht. Der gemessene Effekt ist also extrem klein. Trotzdem ist das Resultat nach einer genauen Fehleranalyse statistisch relevant! Lange wurde angenommen, dass Neutrinos keine Masse haben und sich daher mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Alles, was keine Masse besitzt (z.B. Licht und Gravitation) bewegt sich im Vakuum immer mit Lichtgeschwindigkeit. Dies war auch in Übereinstimmung mit dem sehr erfolgreichen Standardmodell der Elementarteilchenphysik . Neuere Experimente haben aber gezeigt, dass Neutrinos eine kleine Masse haben Daher dürften sie nie ganz Lichtgeschwindigkeit erreichen. Die Tatsache, dass Neutrinos eine kleine Masse haben, bedeutet, dass das Standardmodell erweitert werden muss. Es ist eine Eigenschaft, die nicht ins bisherige Bild der Quantenmechanik passt. Dass jetzt aber Neutrinos sogar schneller als das Licht sein sollen, passt überhaupt nicht ins Bild. Es gibt mehrere Theorien, die das versuchen zu erklären. Jede dieser Theorien macht bestimmte Vorhersagen über die Eigenschaften von Neutrinos, welche noch experimentell bestätigt werden müssen. Die meisten Physiker sind der Meinung, dass irgendwo ein Fehler oder unerwarteter Effekt im sehr komplizierten Experiment versteckt ist. Bisherige Messungungen der Neutrinogeschwindigkeit von Supernovas zeigten im Rahmen der Messgenauigkeit keine Abweichung von der Lichtgeschwindigkeit. Aber mal von Neutrinos abgesehen: Alles, was eine Masse hat, kann die Lichtgeschwindigkeit nicht überschreiten. Was keine Masse hat (Photonen und ein paar andere masselose Bosonen) bewegen sich immer mit Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. In Materie ist die Lichtgeschwindigkeit übrigens kleiner als im Vakuum. Tatsächlich gibt es sogar die Möglichkeit, dass Materieteilchen in bestimmten Materialien schneller sind als das Licht in diesem Material!
Kannst du mir erklären, warum Masseteilchen nicht die Lichtgeschwindigkeit erreichen können? Oder ist das zu kompliziert. Das hat mir nämlich noch nie jemand erklärt und auf Wikipedia ist es VIEL zu kompliziert.
Die meisten Physiker sind der Meinung, dass irgendwo ein Fehler oder unerwarteter Effekt im sehr komplizierten Experiment versteckt ist.
Der komplizierte Effekt nennt sich im Volksmund wohl Wackelkontakt.
HapticRush,
nicht böse sein, aber in der Antwort ist einiges nicht richtig.
1) Es ist längst bekannt, dass ein defektes Kabel für die vermeintlich zu schnellen Neutrinos verantwortlich war. Bei derartigen Messungen muss man die Laufzeiten der Messsignale ganz exakt mitberücksichtigen. Und ein Wackelkontakt in einer Steckerverbindung kann da die Signallaufzeit ganz erheblich verfälschen. Kaum war das Kabel ausgetauscht, war es mit den überlichtschnellen Neutrinos prompt vorbei...
2) Neutrinos haben eine kleine, aber von Null verschiedene Masse. Das weiß man über sogenannte "Neutrinooszillationen": Verschiedene Arten von Neutrinos können sich ineinander umwandeln. Diese Oszillationen könnte es nicht geben, wenn die Dinger keine Masse hätten. Witzigerweise hat man erst dieses Jahr mit dem eben erwähnten OPERA-Experiment wieder Oszillationen nachweisen können.
3) Supernovae geben sogar sehr starke Argumente gegen eine überlichtschnelle Bewegung von Neutrinos. Zwar kommen hier tatsächlich die Neutrinos minimal früher bei uns an als das Licht, doch liegt das nicht an deren Bewegung durch den Raum. Die Verzögerung des Lichtes kommt daher, dass das Licht mit der Materie des explodierenden Sternes wechselwirkt, die Neutrinos nicht. Die Neutrinos verlassen den Stern also ohne Verzögerung, das Licht hinkt ein paar Stunden hinterher.
Dieses Hinterherhinken ist aber unabhängig von der Entfernung zur Supernova. Genau das passt aber nicht zur Vermutung, dass die Neutrinos unterwegs zu schnell waren. Dann hätten sie umso mehr Vorsprung, je weiter die SN von uns entfernt ist. Und das ist nicht der Fall.
Grüße
Dieses Hinterherhinken ist aber unabhängig von der Entfernung zur Supernova. Genau das passt aber nicht zur Vermutung, dass die Neutrinos unterwegs zu schnell waren. Dann hätten sie umso mehr Vorsprung, je weiter die SN von uns entfernt ist. Und das ist nicht der Fall.
Das passt aber auch nicht zu der Vermutung, dass die Neutrinos eine Ruhemasse haben und damit eine geringere Geschwindigkeit als c. Je weiter entfernt, desto mehr müsste sich die Langsamkeit der Neutrinos auswirken.
OK, angesicht der "Größe" der Ruhemasse mag das unmessbar sein, vielleicht auch bleiben.
Ehrlich gesagt hadere ich mit ganz was anderem, nämlich dass ich immer schon wusste, das Neutrinos eine Ruhemasse haben. Aus ganz einfachen Überlegungen, dass eine Ladung zwar Neutron und Proton unterscheidet, oder Down- und Up-Qurak, oder eben Elekron und Neutrino.
Diese Ladungsübertragung, die Schwache WW, ändert nichts Fundamentales, nur die Ladung, nicht den Charakter als Fermion, das der Elektromagnetischen und Gravitativen WW unterworfen ist. Der EM im Speziellen halt nur über den Spin. Und natürlich der Schwachen WW.
Als Physik-Autodidakt, der sich maximal die SRT herleiten kann, und der bei den Maxwellschen Gleichungen spätestens aufgibt, und den Aspekten der Einsteinschen Arbeit von 1905, die sich damit beschäftigen, bin ich einigermaßen verwirrt.
Warum weiß ich etwas, das dem "Standardmodell" widerspricht? Ich bin ein milder Nerd, mit einer leichten (aber attestierten) autistischen Persönlichkeitsstörung. Natürlich zweifle ich nichts an, weil ich es nicht ansatzweise verstehe, und die Zeit wird knapp. Ich kann halt nicht mehr Physik studieren.
Und als studierter Naturwissenschaftler kriege ich das kalte Ko-Zen, wenn die Menschheit angeblich fast gar nichts weiß. Meinungen von Menschen, die weniger als nichts wissen.
OK, angesicht der "Größe" der Ruhemasse mag das unmessbar sein, vielleicht auch bleiben.
richtig, genau das ist der grund.
Ehrlich gesagt hadere ich mit ganz was anderem, nämlich dass ich immer schon wusste, das Neutrinos eine Ruhemasse haben. [....] Warum weiß ich etwas, das dem "Standardmodell" widerspricht?
vl., weil du es nicht "gewusst" hast, sondern maximal davon überzeugt warst. bei der frage "haben neutrinos eine masse, ja oder nein?" gibt es nicht allzu viele antwortmöglichkeiten. da kann man relativ einfach im nachhinein richtig gelegen haben, ohne jemals etwas konkret gewusst zu haben. wenn ich im lotto gewinne, habe ich auch nicht vorher schon die zahlen "gewusst". eine ableitung aus bestehenden konkreten modellen ist eben etwas anderes als eine bloße behauptung.
übrigends ist es überhaupt nicht belegt dass alle neutrinos massiv sind, nur mindestens zwei. passt das auch zu deinem wissen?
Aus ganz einfachen Überlegungen, dass eine Ladung zwar Neutron und Proton unterscheidet, oder Down- und Up-Qurak, oder eben Elekron und Neutrino. Diese Ladungsübertragung, die Schwache WW, ändert nichts Fundamentales, nur die Ladung, nicht den Charakter als Fermion, das der Elektromagnetischen und Gravitativen WW unterworfen ist. Der EM im Speziellen halt nur über den Spin. Und natürlich der Schwachen WW.
der absatz ergibt keinen sinn.
Das geht aus ganz vielen Gründen nicht, wobei jeder für sich alleine schon hinreichend zur Hemmung wäre. Was noch nicht genannt worden ist, das ist der (Dreh)impulserhaltungssatz. Wenn der zweite Zug beschleunigt, wird der erste abgebremst, da sich ja der obere Zug an irgend etwas abstoßen muss.
Sagen wir einfach mal, dass die Züge ihre Geschwindigkeit konstant halten (also auch wieder auf 50 Km/h beschleunigen wenn sie abgebremst werden) und nicht an Reibung kaputt gehen. Würde es dann funktionieren?
Gemäß der RT nimmt die Masse eines jeden Zuges von unten nach oben zu. Oben geht sie gegen unendlich, sobald er sich c nähert. Also muss der unterste Zug eine riesige Energie aufwenden, um wieder auf seine ursprünglichen 50 km/h zu beschleunigen. Außerdem hast du die Längenkontraktion. Und riesige Querbeschleunigung.
Aber abgesehen davon könnte man so annähernd Lichtgeschwindigkeit erreichen.
Sieh mal hier, so ähnlich wie deine Frage
Also abgesehen ...
Das nennt sich auf Deutsch "Scheuklappen".
Neudeutsch, in Zeiten des Internet, findest du für jeden noch so absurden Gedankengang Vorbilder und Fans. Das sagt gar nichts, außer dass es immer noch krankere gibt als den Krankesten.
Die Grammatik und die Logik hinkt halt der Realität hinterher. Irgendwann wird auch der Sinn für Realitäten wieder evolutiv wirken. Nicht dass ich das wünsche, aber ich befürchte es. Und ahne es.
@ThomasJNewton Was ist jetzt genau dein Problem?
Das funktioniert in der Theorie bereits nicht. Und in der Praxis erst recht nicht.
Zum einen: Die Postulate der speziellen Relativitätstheorie können hier nicht angewandt werden. Denn das System, was du du da beschreibst, ist so weit entfernt von einem beschleunigungsfreien kartesischem Inertialsystem wie es nur irgend geht.
Für die allgemeine RT stellt deine Konstruktion theroetisch kein Problem dar. Denn an keiner Stelle überschreitet irgendeines der beteiligten Objekte in seinem Bezugssystem die lokale Lichtgeschwindigkeit.
Für einen Beobachter, der die ganze Sache aus dem Zentrum heraus betrachtet beträgt die relative Geschwindigkeit aller Züge zu ihm 0.
Und jeder anderer Beobachter, der auf einem der Züge sitzt und die anderen beobachtet, sitzt nicht in einem Inertialsystem - sondern in einem System mit einem nach außen gerichtetem nichthomogenen Gravitationsgradienten. Der umso barbarischer ist, je weiter "oben" in deiner Liste der Züge er sitzt. Da kannst du deine Milchmädchen-Umrechnungsformeln für die Addition von Weg- und Zeitkoordinaten und Geschwindigkeiten gleich mal vergessen. Sowohl die aus der Newtonmechanik - als auch die Lorentztransformationen aus der speziellen RT.
Die Postulate der speziellen Relativitätstheorie können hier nicht angewandt werden. Denn das System, was du du da beschreibst, ist so weit entfernt von einem beschleunigungsfreien kartesischem Inertialsystem wie es nur irgend geht.
es ist aber ein irrglaube, dass man die spezielle relativitätshteorie nicht für beschleunigte bezugssysteme anwenden kann. es wird dann halt entsprechend komplizierter, aber solange keine gravitation im spiel ist (und das ist sie hier nicht) sodass man immer noch eine flache raumzeit hat, ist prinzipiell die spezielle relativitätshteorie ausreichend. kein grund die allgemeine zu bemühen.
Für einen Beobachter, der die ganze Sache aus dem Zentrum heraus betrachtet beträgt die relative Geschwindigkeit aller Züge zu ihm 0.
???
Sehr beeindruckendes umherwerfen mit Fachwissen, das überhaupt nicht unnötig hochgestochen wurde.
Es ist ja schön mit Fachwissen aushelfen zu können, aber das hier ist absolut lächerlich.
Für eine vernünftige Antwort hätte ich mich auch interessiert...
Liebe Grüße 💗
Soso...
Du hättest also gerne auf eine Frage zur Relativitätstheorie eine Antwort, die NICHT von Fachwissen geprägt ist.
Die aber trotzdem "vernünftig" ist.
Wie soll deiner Meinung nach solch eine Antwort aussehen?
Das habe ich nicht gesagt. Der Fragensteller wurde ganz offensichtlich als Laie enttarnt und als das sehe ich mich auch. Vermutlich kann ich mich mit Ihnen auf diesem Gebiet nicht messen, aber da Sie das ja zu wissen scheinen, hätte ich es umso interessanter gefunden eine Antwort von jemand Qualifiziertem zu lesen, der es schafft auch ein komplexes Thema etwas runter zu brechen.
Für so ein Fachwissen bedarf es entweder sehr gutem Verständnis auf dem Gebiet oder man hat sehr viel Zeit, um es sich selbst irgendwie anzueignen. Beides habe ich zum Beispiel nicht und dennoch interessiert mich die RT sehr.
Fühlen Sie sich nicht angegriffen, aber jemandem in einer Antwort per Wortlaut lediglich die vermeintliche Dummheit vorzuführen, indem man Tatsachen unnötig kompliziert macht ist nicht der hilfreichste Weg.
Dennoch danke ich Ihnen für Ihre schnelle Antwort.
Liebe Grüße!
Abgesehen davon, das so etwas technisch nicht zu realisieren wäre, lassen sich Geschwindigkeiten nicht einfach addieren. Das spielt zwar bei Geschwindigkeiten wie wir sie auf der Erde erleben keine Rolle und es ließe sich auch nicht messen, aber bei astronomischen Geschwindigkeiten sieht das etwas anders aus. Es bleibt also dabei, auch wenn du noch so viele Züge aufeinander packst, Lichtgeschwindigkeit ist nicht zu erreichen.
Nehmen wir mal nur die ersten beiden Züge. Der erste fährt 50 Km/h schnell und dreht sich damit auch so schnell. Der zweite fährt auch 50 Km/h schnell, dreht sich aber 100 Km/h schnell. So lässt sich doch Geschwindigkeit addieren oder nicht?
Studiere mal dazu folgende Seite:
http://m.schuelerlexikon.de/phy_abi2011/Addition_von_Geschwindigkeiten.htm
nun, genau das ist es aber, was die relativitäts theorie macht... 50 km/h + 50 km/h sind NICHT 100 km/h ...
es sind... moment ich rechne mal mit der genauen lichtgeschwindigkeit, nicht mit 300.000 km/s xD
soo...
50 km/h + 50 km/h sind EXAKT !
99,999999999999570736861090424066 (für das was nach der 6 kommt, kann ich nicht mehr garantieren .. also doch nicht exakt xD) km/h ...
das is natürlich FAST 100 ... ist klar. nähert sich der wert jedoch der lichtgeschwindigkeit an, wird diese differenz immer größer ... kaum vorzustellen, aber ist so.
"einfaches beispiel" ... wenn 2 autos aufeinander zufahren... mit jeweils 50 km/h ... prallen sie mit 2* 50 km/h aufeinander.. mit 100.. ist klar.
schießt man aber 2 licht strahlen aufeinander... prallen sie NICHT mit 2*lichtgeschwindigkeit aufeinander... sondern nur mit lichtgeschwindigkeit..
das bedeutet der satz "das licht ist in allen bezugssystemen gleich schnell" ..
Angenommen, das mit den Zügen würde klappen (also das übereinander Stapeln, das 50 Km/h schnell fahren etc.). Der Zug ganz oben fährt also mit 50 Km/h in Bezug auf den Zug unter ihm und mit Lichtgeschwindigkeit in Bezug auf den Boden; wenn ich das richtig verstanden habe. Der Zug fährt also eigentlich nur 50 Km/h, dreht sich aber letztendlich mit Lichtgeschwindigkeit. (Einsteins Theorie nach, reist man mit einem Objekt, welches Lichtgeschwindigkeit erreicht in die Zukunft) Warum würde das mit diesem Zug dann nicht gehen?
Was ist dein Problem Thomas? Ich bin in der 10. Klasse und kann viele Formeln noch nicht verstehen. Etwas, was mir noch nie erklärt wurde kann ich eben nicht verstehen. Du bist höchstwahrscheinlich seit Jahren Physiker. Ich weiß dass ich die Formeln verstehen muss, um sie zu verstehen (der Satz ist irgendwie dumm, aber egal).
Nein.
Abgesehen davon, daß es unmöglich ist, 21 Mio Züge aufeinander zu stapeln, hast Du die spezielle Relativitätstheorie nicht beachtet.
Die Masse eines Objekts nimmt bei wachsender Geschwindigkeit zu.
Formel: m' = m / √ 1 - (v/c)²
Für v -> c geht der Teiler √ 1 - (v/c)² gegen 0, d.h. m' wird unendlich groß.
Und damit auch die nach E = m' * v² benötigte Energie.
Folgerung: Ein Objekt mit einer Ruhemasse m > 0 kann niemals die Lichtgeschwindigkeit erreichen.
Dass das alles wegen Reibung, der Relativitätstheorie, etc. nicht möglich ist weiß ich; aber was wäre wenn die ganzen Gesetze nicht existieren würden? Also wenn wir einfach 21,6 Mio Züge aufeinander stellen würden, die dann alle 50 Km/h schnell fahren und die nicht kaputt gehen würden.
Das ist eine Grundaussage der spez. Rel. theorie. Erklärung: Die Masse nimmt bei Annäherung an die Lichtgeschw. immer weiter zu und geht gegen unendlich. Folglich auch die Kraft, um den Körper noch weiter zu beschleunigen nach der Formel F = m ∙ a.