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Autor Thema: Lichtgeschwindigkeit  (Gelesen 4123 mal)

Online Volker

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Re: Lichtgeschwindigkeit
« Antwort #25 am: 09. Juni 2020, 18:24:30 »
Hallo,

Raumausdehnung und relative Geschwindigkeit sind unterschiedlich zu behandeln. Die spezielle Relativitätstheorie macht keine Aussage darüber, wie sich Raum ausdehnt. Es gibt also Galaxien die sich mit mehr als Lichtgeschwindigkeit von uns wegbewegen, aber deren Licht kommt bei uns niemals an. Es gibt also keinen Informationsaustausch. Wir können aber eventuell Licht von diesen Galaxien sehen das in der Vergangenheit ausgesendet wurde, als das Universum noch nicht so ausgedehnt war.

Bei der Diskussion über den Hubbleparameter muss man beachten, dass das keine Konstante ist, sondern sich mit der Ausdehnung des Universums geändert hat. In der Vergangenheit war der Hubbleparameter größer als heute. Siehe z.B. die Grafiken in Urban & Zhitnitsky (2010), "The QCD nature of dark energy".
Oder im Cosmology Kapitel hier nachschauen...  ;)

Gruß
Volker
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Offline MillenniumPilot

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Re: Lichtgeschwindigkeit
« Antwort #26 am: 09. Juni 2020, 19:03:46 »
Äh... Moment mal. Jetzt müsst Ihr mich mal abholen...

Die Entfernung bis an den Rand der Beobachtbarkeit beträgt also 46,6 x 109 Lichtjahre.
Das bedeutet, dass die Ausdehnung des Universums mindestens so groß sein müsste.

Wenn ich jetzt aber zurückrechne und mir überlege, dass sich das Universum - sagen wir mal sphärisch ausgehend von einem gedachten Mittelpunkt - seit 13,7 x 109 Lichtjahren ausdehnt, müsste man eben diese 13,7 x 109 Lichtjahre als hypothetischen Radius annehmen können, wenn sich das Universum mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnte.
Damit käme man auf einen Durchmesser von 27,4 x 109 Lichtjahren, was aber weniger ist als die 46,6 x 109 von vorher. Das hieße ja schon, dass das Universum sich schneller als mit c ausdehnt.

Hängt das mit dem Phänomen zusammen, dass der Raum an sich sich ausdehnt und wir wieder nicht von einer Bewegung innerhalb besagten Raumes reden können? Welches Geschwindigkeitsmaß würde man denn dann außerhalb des Universums bzw. des sich ausdehnenden Raums anlegen können?

Wie Rücksturz schon sagte, der Ereignishorizont ist rein theoretisch 13,7 Mrd. Jahre. Aber durch die sich beschleunigte Beschleunigung der Ausdehnung sind es etwa 16 Mrd. Lichtjahre. Um aber definitiv Ereignisse im Universum beobachten zu können, ist es besser, sich auf den Raum innerhalb der Hubblesphaere zu konzentrieren. 13,7 Mrd. Lichtjahre  :D Der beobachtbare Horizont beträgt 46,6 Mrd. Lichtjahre, weil die Objekte beim Urknall viel näher an unserem Beobachtungspunkt lagen. Wir können sie noch sehen, aber weil sich zwischen diesen Punkten und der Erde auch der Raum ausdehnt und sich diese Objekte mit quasi Ueberlichtgeschwindigkeit von der Erde entfernen, kommt von Objekten jenseits des Ereignishorziontes keine Information mehr bei uns an. Aber hier wieder der Hinweis auf Rücksturz. Der Raum dehnt sich auch aus, also ist E=mc2 nicht verletzt. Ach ja und das Universum ist höchstwahrscheinlich flach. Oder wir leben auf der Oberfläche eines Luftballons, der immer schneller aufgeblasen wird.

Bitte die Experten mich zu korrigieren, wenn ich was verbuxelt habe.

Edit: Sorry Volker, ich habe Deinen Beitrag übersehen. Ich lasse meinen Beitrag trotzdem mal stehen. Als Abschreckung.  ;D

Offline DA-Modell

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Re: Lichtgeschwindigkeit
« Antwort #27 am: 13. Juni 2020, 11:31:02 »
Moin zusammen, ich bin neu hier im Forum, hätte aber auch was zum Thema beizutragen.
Mich hat das Thema c auch immer fasziniert. Daher gehe ich einmal auf die Ausgangsfrage ein.
Wir wissen, daß sich Licht in unterschiedlichen Medien, unterschiedlich schnell fortpflanzt. Damit ist klar, daß Licht keine konstante Geschwindigkeit besitzt. Sie ist variabel und vom Medium abhängig. Die maximale Lichtgeschwindigkeit messen wir im Vakuum.
Hier müsste man sich erst einmal darüber bewusst werden, wie wir die Raumzeit als solche betrachten. Das Vakuum scheint der Urzustand der Raumzeit zu sein. Wenn wir die Raumzeit ebenfalls als Spielwiese bzw. Medium allen seins betrachten, wird schnell klar, warum Licht hier nur eine Geschwindigkeit kennen kann. (ich weiß allerdings nicht ob man in der klassischen Physik die Raumzeit als Medium betrachten darf)
Das Medium in dem sich das Photon bewegt, gibt ihm also seine Geschwindigkeit vor.
Das hat erstaunliche Konsequenzen, denkt man dieses Szenario zu Ende. Da Licht, je dichter das Medium ist, umso schneller ist, können wir davon ausgehen, daß die Raumzeit ein sehr dichtes Medium ist.
Das würde aber allem widersprechen was wir zu wissen glauben über das Vakuum, bzw. die Raumzeit.
Zum Thema überlichtschnelle Expansion. Die Raumzeit selber kann sich deswegen schneller als mit c ausbreiten, weil sie nicht an die Raumzeit selber gebunden ist. Sie breitet sich ja nicht im Raum aus, sie erschafft neuen Raum. Damit wäre c konstant und trotzdem gäbe es schnellere "Bewegungen".


Offline proton01

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Re: Lichtgeschwindigkeit
« Antwort #28 am: 13. Juni 2020, 11:41:22 »
.
Wir wissen, daß sich Licht in unterschiedlichen Medien, unterschiedlich schnell fortpflanzt.  Die maximale Lichtgeschwindigkeit messen wir im Vakuum.
...
Da Licht, je dichter das Medium ist, umso schneller ist, können wir davon ausgehen, daß die Raumzeit ein sehr dichtes Medium ist.
Die zwei Aussagen widersprechen sich. Die Dichte im Vakuum ist Null, in allen anderen Medien größer als Null. (ausgenommen vielleicht Antimaterie, da weiß ich es nicht)
Richtig ist daß die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum am größten ist.

Offline DA-Modell

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Re: Lichtgeschwindigkeit
« Antwort #29 am: 13. Juni 2020, 12:36:54 »
Es ist genau richtig was du sagst! Deswegen meine ich ja, es widerspricht allem was wir glauben zu wissen.
Wie soll sich etwas in einem Medium wie der Raumzeit am schnellsten fortbewegen können wo die Dichte 0 angenommen wird. Wir aber wissen, daß sich Licht je schneller fortpflanzt, je dichter ein Medium ist?
Das ist ganz klar ein Widerspruch. Bedeutet Dichte 0 hier unendliche Dichte? Verwässert jede Form von Materie hier die Dichte der Raumzeit? Komische Fragen, vielleicht hat sich deshalb noch keiner herangetraut die Raumzeit als Medium zu betrachten. Mir persönlich hilft es dabei zu verstehen, warum Licht, Gravitationswellen, Elektromagnetische Wechselwirkungen im Vakuum nur eine Geschwindigkeit kennen.

Offline wulf 21

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Re: Lichtgeschwindigkeit
« Antwort #30 am: 13. Juni 2020, 12:41:01 »
Wir wissen, daß sich Licht in unterschiedlichen Medien, unterschiedlich schnell fortpflanzt. Damit ist klar, daß Licht keine konstante Geschwindigkeit besitzt.

Das ist ein Missverständnis. Mit "konstanz der Lichtgeschwindigkeit" ist eigentlich "Konstanz der Vakuum-Lichtgeschwindigkeit" gemeint, also die Tatsache dass die Vakuum-Lichtgeschwindigkeit für alle Beobachter konstant ist.

Das widerspricht unseren Alltagserfahrungen. Wenn z.B.  2 Autos mit jeweils 50km aufeinander zufahren, dann ist klar, dass jeder der Fahrer, das andere Auto mit 50+50=100km/h auf sich zukommen sieht. Genauso bei Wellen in einem Medium, wenn sich z.B. ein Überschallflugzeug schneller als der Schall relativ zur Luft bewegt, dann wird der Schall dahinter, dieses nie erreichen (der Schall kommt nicht etwa mit Schallgeschwindigkeit auf das Flugzeug zu, sondern entfernt sich mit v-vSchall von diesem).

Entsprechend würde man auch bei Licht erwarten, dass wenn man z.B. ein Raumschiff mit 1 km/s Richtung Sonne schickt, man an Bord messen würde, dass das Sonnenlicht mit c + 1 km/s auf das Raumschiff zukommt. Wenn man es von der Sonne wegschickt mit c - 1km/s. Tut es aber nicht. Auch vom Raumschiff aus gemessen, ist die Lichtgeschwindikteit des Sonnenlichts immer noch exakt c.

Dieser scheinbare Widerspruch löst sich nur auf, wenn man Raum/Zeit nicht mehr als absolut betrachtet, so gesehen war die Formulierung der Relativitätstheorie eine Notwendigkeit. (allerdings brauchte es einen Einstein, um an sowas überhaupt nur zu denken).

Wie soll sich etwas in einem Medium wie der Raumzeit am schnellsten fortbewegen können wo die Dichte 0 angenommen wird. Wir aber wissen, daß sich Licht je schneller fortpflanzt, je dichter ein Medium ist?

Äh nein. Wir wissen dass sich Licht langsamer fortpflanzt, je dichter ein Medium ist. Vakuum ist im Grunde genommen "kein Medium", weil man seine Geschwindigkeit relativ zu diesem nicht messen kann. Es ist als hätte jeder Beobachter "sein eigenes Vakuum".

Offline DA-Modell

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Re: Lichtgeschwindigkeit
« Antwort #31 am: 13. Juni 2020, 12:54:27 »
Zitat
Äh nein. Wir wissen dass sich Licht langsamer fortpflanzt, je dichter ein Medium ist. Vakuum ist im Grunde genommen "kein Medium", weil man seine Geschwindigkeit relativ zu diesem nicht messen kann. Es ist als hätte jeder Beobachter "sein eigenes Vakuum".

Sorry, hier lag ich allem Anschein nach falsch.
Dann wird es leichter Erklärbar. Das Vakuum hat keine Dichte von exakt 0. Vakuumfluktationen sollten eine Dichte von exakt 0 verhindern können.
Licht hat eine konstante Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Das ist mir bewusst. Sie hat aber auch in anderen Medien eine konstante Geschwindigkeit, gibt es im Medium keine Dichteunterschiede.
Ich finde aus dem Blickwinkel betrachtet, ist das nicht mehr so Realitäts fern.
Wie verhält es sich mit 2 Photonen die sich jeweils mit c aufeinander zubewegen?

Offline errsu

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Re: Lichtgeschwindigkeit
« Antwort #32 am: 13. Juni 2020, 14:37:15 »
Wir aber wissen, daß sich Licht je schneller fortpflanzt, je dichter ein Medium ist?
Umgekehrt.

Zitat
Komische Fragen, vielleicht hat sich deshalb noch keiner herangetraut die Raumzeit als Medium zu betrachten.
Im gewissen Sinne hat man das schon getan, beginnend vor über 300 Jahren. Nannte sich Äther. Ist letztlich gescheitert, weil es nicht alle Phänomene erklären konnte, vor allem nicht die Konstanz der Lichgeschwindigkeit im Vakuum (und in Medien bei bekannter optischer Dichte und Frequenz).

/errsu

Offline wulf 21

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Re: Lichtgeschwindigkeit
« Antwort #33 am: 13. Juni 2020, 23:13:03 »
Wie verhält es sich mit 2 Photonen die sich jeweils mit c aufeinander zubewegen?

Zwei Teile:
1. rein mit den Geschwindikeits-Formeln betrachtet (ohne weitere Überlegung):

Grundsätzlich könnte man die Frage auch stellen, was z.B. wäre, wenn 2 Raumschiffe mit jeweils 80% Lichtgeschwindigkeit relativ zur Erde aufeinander zukommen. Wegen der Relativität von Raum und Zeit addieren sich Geschwindigkeiten (die ja Raum/Zeit sind) nicht einfach. Siehe https://de.wikipedia.org/wiki/Relativistisches_Additionstheorem_f%C3%BCr_Geschwindigkeiten

Daraus ergibt sich, dass die "Addition" zweier Geschwindigkeiten < c auch immer ein Ergebnis < c hat. Andererseits ist diese Formel auch konform mit konstanz der Lichtgeschwigkeit (ist eine Geschwindigkeit = c, ist auch das Ergebnis = c). Demnach würde selbst ein Photon ein entgegenkommendes Photon nur mit Geschwindigkeit c wahrnehmen.

2. Genauere Betrachtung:

Wenn man die Formeln für Raum und Zeit einzeln hernimmt, dann stellt man fest, dass ein Beobachter, des sich mit dem Photon mitbewegen würde, bei Zeit und Länge eine Singularität wäre (bei Zeit gibt es Division durch 0, Bei Länge Multiplikation mit 0). D.h. Prinzipiell könnte so ein Beobachter weder Zeit noch Raum überhaupt wahrnehmen, weil die Zeit sich ins unendliche dehnt und der Raum auf nichts kontrahiert.

Demnach kann man das Ergebnis aus 1. eigentlich nur als Grenzwert verstehen (auch wenn man sich c nähert, nimmt man immer noch Lichtgeschwindigkeit c wahr) - Jedoch sind Aussagen über einen Beobachter, der sich mit c bewegt innerhalb der speziellen Relativitätstheorie nicht möglich (und man könnte durchaus Schlussfolgern, dass es so einen Beobachter nicht geben kann). Die Photonen selbst können natürlich weder Geschwindigkeiten messen, noch irgendwas wahrnehmen und sie interagieren auch nicht miteinander (fliegen einfach durcheinander durch, wenn sie sich treffen) - was das ganze wohl eher zu einer philosophischen Frage macht, die sich der experimentellen Prüfung entzieht.

Offline DA-Modell

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Re: Lichtgeschwindigkeit
« Antwort #34 am: 15. Juni 2020, 17:31:29 »
Ich glaube hier unterliegst du einem Irrtum.
Ich kann ein Photon aus dem Osten "messen" mit c. Und ein Photon aus dem Westen kommend mit c messen.
Zueinander haben sie eine Geschwindigkeit von 2c. Es ist ja nicht so, daß die Grenze der Lichtgeschwindigkeit damit gebrochen werden würde. Die Geschwindigkeiten addieren sich lediglich. Die Kontraktion der Raumzeit entsteht ja für beide Photonen. Und hört nicht auf zu existieren, nur weil wir sie in Relation setzen. Sie bewegen sich weiterhin mit c. Das ist auch anders gar nicht möglich. Photonen haben die Geschwindigkeit c, immer!

Offline MillenniumPilot

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Re: Lichtgeschwindigkeit
« Antwort #35 am: 15. Juni 2020, 21:32:39 »
Ich glaube hier unterliegst du einem Irrtum.
Ich kann ein Photon aus dem Osten "messen" mit c. Und ein Photon aus dem Westen kommend mit c messen.
Zueinander haben sie eine Geschwindigkeit von 2c. Es ist ja nicht so, daß die Grenze der Lichtgeschwindigkeit damit gebrochen werden würde. Die Geschwindigkeiten addieren sich lediglich. Die Kontraktion der Raumzeit entsteht ja für beide Photonen. Und hört nicht auf zu existieren, nur weil wir sie in Relation setzen. Sie bewegen sich weiterhin mit c. Das ist auch anders gar nicht möglich. Photonen haben die Geschwindigkeit c, immer!

Stimmt, weil ja keine Information übertragen wird.

Offline wulf 21

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Re: Lichtgeschwindigkeit
« Antwort #36 am: 15. Juni 2020, 23:20:09 »
Ich glaube hier unterliegst du einem Irrtum.
Ich kann ein Photon aus dem Osten "messen" mit c. Und ein Photon aus dem Westen kommend mit c messen.
Zueinander haben sie eine Geschwindigkeit von 2c. Es ist ja nicht so, daß die Grenze der Lichtgeschwindigkeit damit gebrochen werden würde. Die Geschwindigkeiten addieren sich lediglich. Die Kontraktion der Raumzeit entsteht ja für beide Photonen. Und hört nicht auf zu existieren, nur weil wir sie in Relation setzen. Sie bewegen sich weiterhin mit c. Das ist auch anders gar nicht möglich. Photonen haben die Geschwindigkeit c, immer!

Ich hatte deine Frage so interpretiert, was denn ein Photon wahrnehmen würde, wenn man von dessen Standpunkt aus die Geschwindigkeit eines anderen Photons messen würde und die Antwort ist, als Grenzwert auch c (weil wie du richtig ausführst, das Photon sich immer mit c bewegt, egal von welchem Standpunkt aus), tatsächlich aber nicht messbar, weil aus sich des Photons keine Zeit vergeht und kein Weg zurückgelegt wird. Oder anders ausgedrückt, weil sich Photonen immer (für jeden Beobachter) mit c bewegen, gibt es auch keinen Beobachter, der sich mit c bewegt und für den ein Photon still steht, welcher dann überhaupt eine Messung über ein entgegenkommendes Photon anstellen könnte.

Wenn man das ganze von einem anderen Beobachter (z.B. Erde) aus betrachtet, dann lautet die Antwort natürlich 2c, genauso, wie die Antwort bei 2 entgegenkommenden Raumschiffen mit je 0,8c = 1,6c lauten würde. Das hat jedoch überhaupt nichts mit der Wahrnehmung von Bord des Raumschiffs zu tun (beide Raumschiffe nehmen für das jeweils andere immer noch eine Geschwindigkeit < c wahr).

Ich gehe also davon aus, dass wir eigentlich das gleiche meinen, ich aber nicht verstanden habe, worauf du mit der Frage hinauswillst.

Online Volker

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Re: Lichtgeschwindigkeit
« Antwort #37 am: 16. Juni 2020, 12:12:37 »
Hallo,

Ich kann ein Photon aus dem Osten "messen" mit c. Und ein Photon aus dem Westen kommend mit c messen.
Ja, jedes Photon einzeln kann mit Geschwindigkeit c gemessen werden.

Zitat
Zueinander haben sie eine Geschwindigkeit von 2c.

Relativ zueinander, also vom System des einen Photon bezogen auf das des anderen Photons, haben sie eine Relativgeschwindigkeit von c, nicht von 2c.
Das ist ja nun mal die Relativitaetstheorie.
vrelative = [v1 - v2]/[1 - (v1*v2/c2)] = 2v/[1 + v2/c2].
Dabei spielt es keine Rolle, ob Information übertragen wird.

Gruß
Volker
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Offline MillenniumPilot

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Re: Lichtgeschwindigkeit
« Antwort #38 am: 16. Juni 2020, 14:29:29 »
Volker

Wenn ich die Photonen extern von meiner Position aufeinander zufliegen sehe, dann nähern die sich für mich schon mit 2c. Also ich stelle mich zwischen Erde und Sonne, dann kommen die Photonen bei mir nach 4 Minuten an. Eins von der Sonne, das andere von der Erde. Wenn ich aber in ein Photon “einsteige”, dann beobachte ich das andere Photon mit c, oder verstehe ich da was falsch?

Online Flandry

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Re: Lichtgeschwindigkeit
« Antwort #39 am: 16. Juni 2020, 15:57:45 »
Die Photonen kommen mit c aufeinander zu, allerdings aus der Warte des jeweils anderen extrem blauverschoben.

Online Volker

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Re: Lichtgeschwindigkeit
« Antwort #40 am: 16. Juni 2020, 17:25:59 »
Hallo,

Wenn ich die Photonen extern von meiner Position aufeinander zufliegen sehe, dann nähern die sich für mich schon mit 2c. Also ich stelle mich zwischen Erde und Sonne, dann kommen die Photonen bei mir nach 4 Minuten an. Eins von der Sonne, das andere von der Erde. Wenn ich aber in ein Photon “einsteige”, dann beobachte ich das andere Photon mit c, oder verstehe ich da was falsch?

Richtig, relativ zueinander bewegen sie sich mit c. Jedes einzelne Photon bewegt sich bezüglich jedes anderen Koordinatensystems (bewegt oder nicht) mit c. So bewegt sich auch jedes einzelne Photon bezüglich Deines Koordinatensystems mit c.

Zitat von: Flandry
Die Photonen kommen mit c aufeinander zu, allerdings aus der Warte des jeweils anderen extrem blauverschoben.
Photonen sind Bosonen und "sehen" sich daher nicht direkt. Sie koennen nur indirekt miteinander wechselwirken, indem sie spontan ein virtuelles Teilchen-Antiteilchen-Paar bilden. Hierbei ist die zur Verfügung stehende Energie pro Photon aber auch dann E=h * Frequenz, wenn beide Photonen direkt aufeinander zufliegen. Es gibt also für Photonen relativ zueinander keine Blauverschiebung.

Gruß
Volker
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Re: Lichtgeschwindigkeit
« Antwort #41 am: 17. Juni 2020, 15:24:41 »
Danke Volker

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