Ob wir uns als Beobachter relativ zum Leuchtturm bewegen oder nicht: Die Lichtgeschwindigkeit bleibt konstant. Bild: Pixabay

Nachgefragt

Warum ist nichts schneller als das Licht?

Die Lichtgeschwindigkeit ist für alle Beobachter, egal ob sie sich bewegen oder nicht, immer gleich groß. Diese seltsame Beobachtung erklärt Teilchenphysiker Alexander Westphal vom DESY.

Mit der Frage, wie die Welt von einem Lichtstrahl aus erscheint, hat sich Albert Einstein schon im Kindesalter beschäftigt. Als Erwachsener hat er dann die Frage beantwortet, nämlich mit der speziellen Relativitätstheorie. Die Theorie erklärt eine für den „gesunden“ Menschenverstand nur schwer zu begreifende Beobachtung: Die Lichtgeschwindigkeit ist für alle Beobachter, egal ob sie sich bewegen oder nicht, immer gleich groß, wie genaue Messungen bereits vor Einsteins Relativitätstheorie gezeigt haben. Das ist sehr eigenartig. Wirft man zum Beispiel einen Ball in Fahrtrichtung eines Zuges und steht dabei auf einem Zugabteil, ist für den am Bahngleis stehenden Beobachter der Ball immer relativ schneller als für den, der im Zug ist. Die Geschwindigkeiten des Zugs und des Balls lassen sich einfach zusammenzählen. Schießt man aber nun zum Beispiel im Zug einen Lichtstrahl ab, dann messen beide Beobachter die gleiche Geschwindigkeit: 300.000 Kilometer pro Sekunde. Dies hat man durch einfache, aber hochgenaue Messungen ermittelt. Einstein benutzte dann das Relativitätsprinzip, welches auf den italienischen Universalgelehrten Galileo Galilei zurückgeht: Die Gesetze, mit denen der Mensch die Bewegung von Objekten beschreibt, dürfen nicht davon abhängen, ob man sich selbst bewegt, etwa im Zug, im Flugzeug oder in einer Rakete, oder ob man relativ dazu stillsteht. 

Aus beidem, der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit und dem Relativitätsprinzip, folgt die spezielle Relativitätstheorie Einsteins. In dieser Theorie ist es folgerichtig, dass nichts schneller fliegen kann als das Licht. Warum ist das so? Um das zu verstehen, nehmen wir als Beispiel wieder die zwei Beobachter. Messen die beiden exakt gleiche Zeiten und Abstände zum Beispiel für die Bewegung des Lichts vom Ende zur Spitze des Zuges, dann muss der Lichtstrahl vom Bahnsteig aus schneller sein als im Zug. Wird die Lichtgeschwindigkeit aber von beiden gleich gemessen – wie inzwischen vielfach hochpräzise nachgewiesen –, geht das nur, wenn sich im Zug die Zeit dehnt und Abstände relativ zum Bahnsteig schrumpfen. Diese Zeitdehnung wird bei der Lichtgeschwindigkeit unendlich. Und darum bleiben massive Objekte immer langsamer als das Licht. 

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03.09.2019 , Nachgefragt hat Benjamin Haerdle

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Wolf 05-09-2019 15:09

Demnach duerfte der Doppler-Effekt keinen Einfluss haben, auf Veraenderung der Lichtwellellaenge von Himmelskoerpern oder der Sendefrequenz von Satelliten?

Eisfeld 07-09-2019 12:09

Eine Lichtquelle befindet sich im fahrenden Zug, die andere auf dem Bahnsteig. Der Zug fährt mit hoher Geschwindigkeit am Bahnhof vorbei. Wenn er eine gewisse Startlinie passiert senden beide Lichtquellen einen Lichtstrahl in die gleiche Richtung aus. Nach einer bestimmten Zeit wird die Entfernung gemessen, die beide Lichtstrahle zurückgelegt haben. In dieser Zeit hat der Zug 2 Meter zurückgelegt. Ist dann die zurückgelegte Distanz des Lichts im Zug 2 m kürzer? Kann man daher anhand solcher Differenzen die Bewegung und Rotationsgeschwindigkeiten von Körpern gegenüber dem absluten Stillstand ermitteln?

Bastian 07-09-2019 12:09

Der Doppleeffekt und die Tatsache dass sich die Zeit endlich dehnt befeuern die aktuelle „Simulations-Theorie“. Selbst namhafte Wissenschaftler gehen dieser Theorie mittlerweile nach. Die Menschen kratzen an den Grenzen was „für sie bestimmten“ Wissen. Wir suchen immer noch nach Antwort (das ist unsere genetische Bestimmung) statt nach den richtigen Fragen zu suchen. Wir kennen unser Schicksal seit tausenden Jahren. ????????

Gerald 07-09-2019 13:09

Wellenlänge oder Frequenz ist nicht gleich Geschwindigkeit. Der Dopplereffekt hat daher nichts mit der Lichtgeschwindigkeit zu tun, sondern mit der Frequenz (= Farbe).

Gabor 07-09-2019 14:09

Man sollte aber nicht ausschließen, dass die Messungen selbst eine Begrenzung haben könnnten. Betrachten wir folgendes Beispiel: zwei Lichtstrahlen laufen parallel. Die "Spitze" des ersten ist das Objekt zu beobachten. Die Spitze des zweiten ist der Beobachter. Nach Einsteins Theorie würden sich die zwei Punkte mit Lichtgeschwindigkeit voneinander entfernen. Ich bezweifele es ...

M.Hock 07-09-2019 14:09

@Wolf: der Doppler-Effekt IST die Veränderung der Lichtwellenlänge aus der Sicht unterschiedlich beschleunigter Bezugssysteme und hat nichts mit der Lichtgeschwindigkeit zu tun. Die bleibt in jedem Bezugssystem gleich.

Volker 07-09-2019 17:09

Jetzt verstehe ich warum manche Menschen immer zu spät kommen. Je schneller sie laufen desto mehr dehnt sich ihre Zeit...

EinUser 07-09-2019 18:09

(...) "Und darum bleiben massive Objekte immer langsamer als das Licht.“ (...) ...außer sie überqueren den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs, oder einer anderen ähnlich starken Gravitationsquelle. Zumindest nach heutigem Stand der Wissenschaft. ;)

Vollbracht 10-09-2019 07:09

@EinUser
Nein, natürlich nicht. Die Krümmung des Raumes durch eine starke Gravitationsquelle hat keinen Einfluss auf die Lichtgeschwindigkeit. Nur fliegt das Licht im Raum eben stets gerade aus. Weil aber der Raum hinter dem Ereignishorizont so krumm ist, kommt auch ein Lichtstrahl nicht mehr heraus.
Schwarz ist das Loch deshalb jedoch nicht, denn die Materie, die hinein stürzt, wird so stark beschleunigt, dass am, oder vor dem Ereignishorizont hochenergetische Strahlung frei gesetzt wird.

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