Lichtgeschwindigkeit und Datenübertragung: Gedankenexperiment.

[HMS Fearless]

Ich hab da ein Gedankenexperiment, an dem ich schon eine Weile trage und zu keinem Ergebnis komme.
Villeicht kann mir jemand weiterhelfen.


Angenommen ich habe in einem perfekten Vakuum eine Scheibe mit einem Durchmesser von 300'000 Kilometer.
Die Scheibe wird von einem Motor exakt im Flächenschwerpunkt in Rotation gehalten/versetzt.
Weiter ist die Scheibe an ihrem Umfang mit einem Magnetband wie bei einer Musikkasette bespannt.
Jetzt haben wir am Umfang, relativ zum Motor der Scheibe ortsfest, jeweils gegenüberliegen je ein Lese/Schreibkopf, benannt als Gerät A und B.
Jeder Lese/Schreibkopf hat zudem einen Lichtemitter, der genau auf eine Fotozelle des jeweils anderen Lese/Schriebkopfs zielt.

Nun lasse ich die Scheibe mit gemächlichen 30 Umdrehungen pro Minute rotieren. Das heisst, in einer Sekunde macht die Scheibe eine halbe Umdrehung.
Nun weise ich Gerät A an eine 1 auf das Magnetband zu schreiben und gleichzeitig ein Lichtimpuls auszusenden.
Die Information auf dem Magnetband wird nun Gerät B zur gleichen Zeit erreichen wie der Lichtimpuls.
Wir haben zwei unabhängige Lichtschnelle Datenübertragungen.
Soweit so gut. Dagegen hat die Physik afaik noch nichts.

Aber was pasiert wenn ich die Scheibe mit 60 Umdrehungen rotieren lasse und das Experiment wiederhole?
Soweit ich die Relativitätstheorie verstanden habe, kann eine Information nicht mit mehr als der Lichtgeschwindigkeit übertragen werden.
Aber nichts hindert mich daran dem Motor der Scheibe mehr Energie zuzuführen und sie schneller rotieren zu lassen.

[Dannyboy]

Aber nichts hindert mich daran dem Motor der Scheibe mehr Energie zuzuführen und sie schneller rotieren zu lassen.

Klar kannst du ihr Energie zuführen. Sie wird deswegen aber nicht immer schneller rotieren. Und sicher nicht auf Überlichtgeschwidnigkeit.

[HMS Fearless]

Klar kannst du ihr Energie zuführen. Sie wird deswegen aber nicht immer schneller rotieren. Und sicher nicht auf Überlichtgeschwidnigkeit.

ok, das würde vom Standpunkt der Relativität aus Sinn machen.
Aber wo geht die zugeführte Energie dann hin?

[Dannyboy]

In Beschleunigung. Aber der Effekt wird immer geringer und geht gegen 0.

[irony]

Ob nun ein Teilchen im Teilchenbeschleuniger nahe Lichtgeschwindigkeit beschleunigt wird, oder am Rand einer starren Scheibe, die dazu nötige Energie würde ins Unendliche wachsen, und realistisch betrachtet würde die Scheibe auch nicht stabil bleiben. Allgemein, das Konzept des starren Körpers führt in Verbindung mit der Relativitätstheorie schnell zu Widersprüchen.

[HMS Fearless]

Allgemein, das Konzept des starren Körpers führt in Verbindung mit der Relativitätstheorie schnell zu Widersprüchen.

Widersprüche? Meinst du damit der Umstand, dass die Umfangsgeschwindigkeit der Scheibe gemäss Relativität selbst dann nicht über 300'000 km/s steigen kann, wenn die Masse der Scheibe 0 wäre?

Edit:

Was seltsam ist:
Eigentlich kenne ich alle Antworten:
Informationsübertragung über c ist nicht möglich.
Ein Objekt mit Masse kann nicht auf c beschleunigt werden, weil dazu unendlich Energie benötigt wird.
Und obwohl man meinen könnte, dieses Wissen würde Fragen wie die Oben überflüssig machen, komme ich nicht davon weg darüber nachzudenken und jedes mal festzustellen, dass ich absolut nichts davon verstehe.

Und dann liege ich eine halbe Nacht wach weil in meinem Kopf eine grosse Scheibe mit Masse 0 (allein DIESE Vorstellung) mit 30 RPM rotiert und sich der E-Motor an der Welle standhaft weigert weiter zu beschleunigen.

[Dannyboy]

Widersprüche? Meinst du damit der Umstand, dass die Umfangsgeschwindigkeit der Scheibe gemäss Relativität selbst dann nicht über 300'000 km/s steigen kann, wenn die Masse der Scheibe 0 wäre?

Ja, so ist das wohl.

[HMS Fearless]

Ja, so ist das wohl.

Und genau das macht die sache für uns Laien so verwirrend und wohl auch frustrierend.
Denn (mal abgesehen davon, dass eine Scheibe mit Masse 0 keinen Sinn macht), macht es nach normalem Dafürhalten auch keinen Sinn, dass man eine Scheibe, die durch fehlende Masse zum beschleunigen keine Energie benötigt, nicht beliebig beschleunigen kann.

Na, vielleicht bin ich der einzige, der so unvernünftig ist sich darüber übehraupt gedanken zu machen...

[Liopleurodon]

ok, das würde vom Standpunkt der Relativität aus Sinn machen.
Aber wo geht die zugeführte Energie dann hin?

In den Bruch der Scheibe.

Eine Scheibe mit der Masse Null macht übrigens keinen Sinn, da sie dann nicht mehr aus Materie bestünde. Du hättest dann eine Scheibe aus reiner Energie oder ein Kraftfeld vor Dir. Und auch solch ein Gebilde könnte sich nicht schneller als das Licht bewegen.

[HMS Fearless]

Eine Scheibe mit der Masse Null macht übrigens keinen Sinn, da sie dann nicht mehr aus Materie bestünde. Du hättest dann eine Scheibe aus reiner Energie oder ein Kraftfeld vor Dir. Und auch solch ein Gebilde könnte sich nicht schneller als das Licht bewegen.

Wie schon gesagt, das weiss ich alles.
Es lässt mich nur einfach nicht los.

[Liopleurodon]

Wie schon gesagt, das weiss ich alles.
Es lässt mich nur einfach nicht los.

Eine Erweiterung Deines Versuchs wäre auch die Bewegung eines Lichtkegels einer Strahlerlampe auf dem hypothethischen Rand des Universums. Nach landläufiger Meinung sollte sich das Reflexionsfeld bei einer Bewegung der Lampe mit Überlichtgeschwindigkeit mit bewegen. Tut es aber nicht, weil auch die Lichtstrahlen die Richtungsänderung der Strahlen nur mit Lichtgeschwindigkeit weiter geben können.

Solche Experimente lassen sich natürlich auch ausdehnen auf Quantenteleportation. Der Zustandswechsel von gekoppelten Quantenpaaren erfolgt "sofort", selbst bei Entfernungen der Partikel von inzwischen 190 km. Aber ist auch dieser Prozess schneller als das Licht? Wahrscheinlich nicht.

[Mondkalb]

Ein anderes Gedankenexperiment kann da helfen. Leg einen Laserpointer auf einen Plattenteller und richte ihn auf die Marsbahn. Man könnte sich den Laserstrahl wie eine feste Stange vorstellen.
Wenn man den Plattenteller nun in Bewegung setzt, bewegt sich dann das Ende des Laserpointers mit Überlichtgeschwindigkeit über die Marsbahn?
Tut es nicht. Der Laserstrahl besteht aus einer Abfolge von Photonen, und jedes Photon, das den Pointer verlässt, muss erst den Weg zur Marsbahn zurücklegen, wofür es je nach Entfernung viele Minuten braucht.Drehe ich den Pointer ein Stück, kann ein Photon, das in die neue Richtung fliegt auch erst nach einer entsprechenden Zeit sein Ziel erreichen.
Ähnlich wie Photonen kann sich auch kein anderes Signal schneller als das Licht fortbewegen. Selbst wenn der Strahl aus massivem Material bestünde, kann sich die Information, dass er sich bewegt (und in welche Richtung mit welcher Geschwindigkeit) auch nur mit höchstens Lichtgeschwindigkeit entlang des Materials fortbewegen, weshalb ein genügend langer Stab sich biegen und schließlich brechen würde.

Edith meint:
Menno, Ninjas überall ... ^^

[Dannyboy]

Und genau das macht die sache für uns Laien so verwirrend und wohl auch frustrierend.

Mag sein. Aber in der Hinsicht sind wir alle Laien. Denn keiner von uns kennt massive Riesenscheiben der Masse 0.
Das ist also weniger eine Frage der Vorstellungskraft, sondern der Herleitung physikalisch konsistenter Prognosen.
Der "Experte" weiß dann einfach, das seine Alltagsvorstellung scheitern muss.

Denn (mal abgesehen davon, dass eine Scheibe mit Masse 0 keinen Sinn macht), macht es nach normalem Dafürhalten auch keinen Sinn, dass man eine Scheibe, die durch fehlende Masse zum beschleunigen keine Energie benötigt, nicht beliebig beschleunigen kann.

Richtig, das macht keinen Sinn. Um Sinn zu machen, muss es im Bereich unserer Alltagsvorstellungen liegen. Denn da funktionieren unsere Sinne.

Gehen wir über den Alltag hinaus, helfen uns unsere Sinne nicht mehr. Da braucht es dann Mathematik.

Aber hey, unter Berücksichtigung solcher relativistischer Effekte auf den Bahndrehimpuls der Valenzelektronen von Gold, ergibt sich erst die von metallisch-weiß abweichende Farbe.

[McWire]

ok, das würde vom Standpunkt der Relativität aus Sinn machen.
Aber wo geht die zugeführte Energie dann hin?

Du würdest aufgrund der relativistischen Massedilatation / Zunahme der kinetischen Energie der Teilchen einfach nur das Trägheitsmoment der Scheibe erhöhen. Zwar geht der Drehimpuls dann gegen Unendlich, aber die Winkelgeschwindigkeit bleibt ab einem gewissen Punkt nahezu konstant.

[irony]

Du würdest aufgrund der relativistischen Massedilatation / Zunahme der kinetischen Energie der Teilchen einfach nur das Trägheitsmoment der Scheibe erhöhen. Zwar geht das Drehmoment dann gegen Unendlich, aber die Winkelgeschwindigkeit bleibt ab einem gewissen Punkt nahezu konstant.

Der Drehimpuls geht gegen unendlich, nicht das Drehmoment. Der Drehimpuls ist das Produkt aus Trägheitsmoment und Winkelgeschwindigkeit. Das Drehmoment gibt nur Änderungen des Drehimpulses an und kann auch Null sein, auch wenn sich die Scheibe dreht.