Überlichtgeschwindigkeit

[Halman]

Okay, langer Rede kurzer Sinn, es gibt doch immer wieder Leute, die sich nicht wundern, wenn c überschritten werden würde!

Da kann ich nur sagen, Leute, wundert euch wenn so was passieren würde, nicht nur dass Zeitparadoxa möglich wären, nein es müsste dann unendlich viel Energie und Masse transportiert werden, und das kann ja wohl nicht wahr sein, oder?

Eben. - In der klassischen Physik Newtons war die unendliche Geschwindigkeit die höchste Geschwindigkeit, für die eben unendlich viel Energie notwendig war.
Gemäß dem Buch "Die Evolution der Physik" (von Albert Einstein und Leopold Infeld) tritt an ihrer Stelle die Lichtgeschwindigkeit als Maximum.

Die Zeitschleifen resultieren ja daraus, dass es eben kein bevorzugtes Bezugssystem gibst, sondern ganz viele gleich berechtigte Eigenzeiten. Könnte man ein globales Bezugssystem definieren (z.B. Hyperraum, um mal ein SciFi-Begriff zu nehmen) und die ART darin als Grenzfall einbeziehen, so könnte man diese Problematik lösen. Dies ist allerdings sehr spekulativ.

Die Problematik mit der Lichtgeschwindigkeit ist eben von fundamentaler Tragweite für die gesampte Physik und nicht nur ein technisches Problem. Daher hege ich auch größte Zweifel, dass im CERN schon wieder Teilchen mit FTL bewegt wurden. - Falls dem so wäre, bräuchten wir eine neue Physik.

BTW vielen Dank für die Formeln und die anschauliche Animation.

[julian apostata]

Am einfachsten macht man sich die Sache vielleicht über Energie-Impulsvektoren klar. Man quadriere also die Komponenten der ersten beiden Vektoren addiere sie und bilde daraus die Wurzel und man kommt bei jedem Vektor auf 800 kg.

Anders schaut es aus wenn man die Summe der beiden Vektoren nach einem unelastischen Zusammenstoß bildet. Plötzlich ist nämlich kein Impulsquadrat mehr vorhanden und aus 2 mal 800 kg werden schlagartig 2000 kg.

Mathematisch ganz simpel also, nur ist es halt ziemlich schwierig, die Sache absoluten Mathephobikern nahe zu bringen.





Der technologische Windhauch

Okay, langer Rede kurzer Sinn, es gibt doch immer wieder Leute, die sich nicht wundern, wenn c überschritten werden würde!

Da kann ich nur sagen, Leute, wundert euch wenn so was passieren würde, nicht nur dass Zeitparadoxa möglich wären, nein es müsste dann unendlich viel Energie und Masse transportiert werden, und das kann ja wohl nicht wahr sein, oder?

[Halman]

Und ich gebe zu, diese Regelung gefällt mir nicht, weil sie unheimlich viel Verwirrung stiftet, vor allem bei Mathe und Physiklaien.

Nun, als Laie finde ich es viel verwirrender, wenn sich Populärwissenschaft und Fachwelt einander widersprechen.
Als Laie, der gerne weiterdenkt, möchte ich als Basis meiner Überlegungen nicht mit "Unsinn" abgespeist werden und nur aufgrund dessen zu Fehlschlüssen verleitet werden. Vielmehr wünsche ich mir Ehrlichkeit.

Wenn man von vorn herein sagt, dass lediglich die Energie zunimmt, so ist dies doch nicht verwirrend.

Mit anderen Worten. In Cern wird ein Proton beschleunigt. Dem Proton wird ganz viel Energie hinzu gefügt. Diese hinzu gefügte Energie darf man nicht als Masse bezeichnen. Kollidiert das Proton mit einem anderen Proton und entstehen dabei ganz viel andere Teilchen, so darf man diesen Teilchen eine Masse zuordnen, die viel größer ist, als die Masse der kollidierenden Protonen.

Nun, das Masseerhaltungsgesetz gilt AFAIK seit Einstein nicht mehr. Die Masse kann tatsächlich verändert werden. Diese Möglichkeit folgt doch aus E=mc².
Nimm als Beispiel die Annihilation eines Elektron-Positron-Paares. Dabei verschwindet die Masse der Leptonen, aber die Energie bleibt erhalten.

So kann auch die Bewegungsenergie der Protonen neue Masse erzeugen, aber eben keine neue Energie.

Okay, da ich ein klein wenig Ahnung von Mathe und Physik habe, versteh ich ja diese neue Sprachregelung. Ich versteh aber auch, dass Laien, die solch ein Geschreibsel lesen, zu sich selber sagen: “Ich versteh hier nur Bahnhof”.

Oh - dieses Gefühl kenne ich nur zu gut und es ist mir sehr sympathisch von einem User wie Dir, der hiervon offenbar erheblich mehr versteht als ich, solch ein Verständnis für die Position von Laien zu vernehmen.
Offengestanden habe ich hier manchmal das Gefühl, dass dies hier zu kurz kommt.

Andererseits will ich aber auch nicht mit Halbwahrheiten, die um Grunde Halblügen sind, abgespeist werden. Dann fühle ich mich veräppelt.
Stadessen könnte man doch sagen: Am einfachsten kann man sich dies so vorstellen, dass die "Masse" bei Lichtgeschwindigkeit gegen unendlich strebt. Dies soll aber nur der Anschaulichkeit wegen hier so ausgedrückt sein, da es sich hier nicht um "Masse" im fachlichem Sinne handelt. Physiker sprechen heute von einer Energiezuname. Allerdings lässt sich ein unendlicher Energiewert nicht überschreiten. Dies ist natürlich recht abstrakt.
Man könnte sich dies als unendliche Trägheit infolge einer unendlichen "Masse" vorstellen. usw.

Oder nehmen wir einen anderen Vergleich. Ein leerer Bus nimmt ganz viel Passagiere unterwegs auf. Solange dieser Bus unterwegs ist, darf man dessen Inhalt nicht als Fahrgäste bezeichnen. Fahrgäste entstehen erst dann wieder schlagartig, wenn der Bus zur Ruhe kommt.

Dein Bus hat ein Leergewicht von sagen wir 3 Tonnen. Unterwegs nimmt er eine 20 Fahrgästen auf. Jeder Fahrgast wiegt glatt 75 Kilo. So hat dein Bus an Gewicht zugenommen, man könnte mitrechnen und sagen "Er wiegt jetzt 4500 Kilo". Aber wie wiegst du ein Bus der in Bewegung ist? Das geht ja nicht, weil die 4500 seine Ruhemasse wären. Sobald der Bus anhält, stell ihn auf ne Waage und da stehen 4500 Kilo drauf. ^^

Die Massen des Fahrzeuges und der Fahrgäste wären hier Aquivalent mit der Energie, die als Erhaltungsgröße unveränderlich ist. Bei der Masse habe ich hier Schwierigkeiten, ein passendes Äquivalent zu finden.
Dies müsste eine Veränderliche Eigenschaft der Fahrgäste sein, welche davon abhängt, ob sie mit dem Bus fahren, oder Fussgänger sind.

[Hades]

Oder nehmen wir einen anderen Vergleich. Ein leerer Bus nimmt ganz viel Passagiere unterwegs auf. Solange dieser Bus unterwegs ist, darf man dessen Inhalt nicht als Fahrgäste bezeichnen. Fahrgäste entstehen erst dann wieder schlagartig, wenn der Bus zur Ruhe kommt.

Alles klar???

Dein Bus hat ein Leergewicht von sagen wir 3 Tonnen. Unterwegs nimmt er eine 20 Fahrgästen auf. Jeder Fahrgast wiegt glatt 75 Kilo. So hat dein Bus an Gewicht zugenommen, man könnte mitrechnen und sagen "Er wiegt jetzt 4500 Kilo". Aber wie wiegst du ein Bus der in Bewegung ist? Das geht ja nicht, weil die 4500 seine Ruhemasse wären. Sobald der Bus anhält, stell ihn auf ne Waage und da stehen 4500 Kilo drauf. ^^

[julian apostata]

Was ich eigentlich sagen wollte, beschleunige eine Masse m ganz ganz nah hin zu c so nimmt die Masse nicht zu nach neuerer Sprachregelung.

Und ich gebe zu, diese Regelung gefällt mir nicht, weil sie unheimlich viel Verwirrung stiftet, vor allem bei Mathe und Physiklaien.

Denn wenn du diese Masse schlagartig abbremst, dann wird auch schlagartig eine neue Ruhemasse erzeugt.

Mit anderen Worten. In Cern wird ein Proton beschleunigt. Dem Proton wird ganz viel Energie hinzu gefügt. Diese hinzu gefügte Energie darf man nicht als Masse bezeichnen. Kollidiert das Proton mit einem anderen Proton und entstehen dabei ganz viel andere Teilchen, so darf man diesen Teilchen eine Masse zuordnen, die viel größer ist, als die Masse der kollidierenden Protonen.

Okay, da ich ein klein wenig Ahnung von Mathe und Physik habe, versteh ich ja diese neue Sprachregelung. Ich versteh aber auch, dass Laien, die solch ein Geschreibsel lesen, zu sich selber sagen: “Ich versteh hier nur Bahnhof”.

Oder nehmen wir einen anderen Vergleich. Ein leerer Bus nimmt ganz viel Passagiere unterwegs auf. Solange dieser Bus unterwegs ist, darf man dessen Inhalt nicht als Fahrgäste bezeichnen. Fahrgäste entstehen erst dann wieder schlagartig, wenn der Bus zur Ruhe kommt.

Alles klar???

[Halman]

Schaun’mer mal, was Agent Scullie dazu sagt. Die Masse eines Objektes mit der Energie E und dem Impuls p errechnet sich so:



Und jetzt nehmen wir dem Objekt das Impulsquadrat weg, dann haben wir das da.




Und jetzt die Preisfrage: Wie klaut man einem Objekt das Impulsquadrat unter der Wurzel weg?

Na ganz einfach, man nimmt eine andere identische Masse, lässt beide unelastisch frontal zusammen stoßen…

…und Abakadabra, schon haben wir eine gar wundersame Massenvermehrung.

Genau denselben Effekt nutzt man ja auch im Teilchenbeschleuniger!

Vielen Dank für die mathematische Antwort. - Ich muss zugeben, dass mein Mathe stark "eingerostet" ist.
An dieser Stelle hatte ich schon mal mit J_T_Kirk2000 darüber diskutiert.

Hier habe ich mal eine Antwort von Agent Scullie rausgesucht:

mit der Terminologie der dynamischen Masse ist auch die Gültigkeit der Formel E=mc^2 für die Gesamtenergie veraltet. An ihre Stelle tritt die Formel E^2 = (mc^2)^2 + (pc)^2. Für Quanten gilt entsprechend

E^2 = (hf)^2 = (mc^2)^2 + (pc)^2

und für Photonen mit m=0:

E^2 = (hf)^2 = (pc)^2 <=> E = hf = pc

Soweit ich das verstanden habe, wird IMHO die berühmte Formel E=mc² einfach quadriert und das quadrierte Produkt aus Impuls p * Lichtgeschwindigkeit c hinzu addiert. Anstelle der dynamischen Masse tritt hier (pc)², also eine Energiezuahme, ohne Änderung der Masse.

In diesem Zusammenhang dürfte dieser Beitrag von Agent Scullie für Dich interessant sein http://www.scifi-forum.de/off-topic/...ml#post2279527

[julian apostata]

Bist Du dir sicher, dass die Masse zunimmt? Soweit ich hier von Agent Scullie gelernt habe, kommt es zwar zur Energiezunahme, aber keineswegs zur Massenzunamen

Schaun’mer mal, was Agent Scullie dazu sagt. Die Masse eines Objektes mit der Energie E und dem Impuls p errechnet sich so:



Und jetzt nehmen wir dem Objekt das Impulsquadrat weg, dann haben wir das da.




Und jetzt die Preisfrage: Wie klaut man einem Objekt das Impulsquadrat unter der Wurzel weg?

Na ganz einfach, man nimmt eine andere identische Masse, lässt beide unelastisch frontal zusammen stoßen…

…und Abakadabra, schon haben wir eine gar wundersame Massenvermehrung.

Genau denselben Effekt nutzt man ja auch im Teilchenbeschleuniger!

[McWire]

Es scheint eben grundsätzlich nicht möglich zu sein. Mal abgesehen von den Unmengen an exotischer Materie, die man benötigt, kann man offenbar nicht einfach die Raumzeit beliebig manipulieren und an einer gewünschten Position eine Raumzeitblase erzeugen. Auch scheint es unmöglich zu sein, die Raumzeitblase aus dessen Inneren zu steuern.

Zumindest der letzte Satz sagt nur etwas über technische Komplikationen und nichts über den Grundsatz. Ansonsten scheint mir nichts grundsätzlich dagegen zu sprechen, da exotische Materie ja nicht verboten ist. Und die Abordnung innerhalb des Raumes ist auch nur eine nutzungstechnische Frage bezüglich des Aufwandes der Konstruktion von festen Flugbahnen.

[Rarehero]

Eben... es verlangt ja auch keiner, dass es eine exakte Kopie des Star Trek-Warpantriebs oder dessen Funktionsprinzips ist. Es geht nur darum, dass er grundsätzlich möglich ist, in einer wie auch immer gearteten und nutzungstechnisch beschränkten Form.

Es scheint eben grundsätzlich nicht möglich zu sein. Mal abgesehen von den Unmengen an exotischer Materie, die man benötigt, kann man offenbar nicht einfach die Raumzeit beliebig manipulieren und an einer gewünschten Position eine Raumzeitblase erzeugen. Auch scheint es unmöglich zu sein, die Raumzeitblase aus dessen Inneren zu steuern.

Kommt auf das Raummodell an. Wenn man soetwas wie Raumquanten annimmt, kann die Expansion aus deren Sicht durchaus eine wahrnehmbare physikalische Geschwindigkeit sein.

Warum sollte die Expansion des Raumes aus der Perspektive von Raumquanten anders aussehen als für uns?

[McWire]

Das Einzige, was für den Alcubierre Drive spricht ist, dass dieser nicht mit Einstein kollidiert.

Eben... es verlangt ja auch keiner, dass es eine exakte Kopie des Star Trek-Warpantriebs oder dessen Funktionsprinzips ist. Es geht nur darum, dass er grundsätzlich möglich ist, in einer wie auch immer gearteten und nutzungstechnisch beschränkten Form.

In der Physik bezeichnet der Hyperraum (mittlerweile) einen höherdimensionalen Raum. Der Hyperraum im Sinne der Science Fiction hat hingegen wenig bis gar nichts mit Physik zu tun.

Kommt wohl drauf an. Es gibt im Scifi solche und solche Hyperräume. Hyperraum ist da alles andere als ein einheitliches Konzept.

Und ein hypothetisches Einbettungsmedium der Realität kann sonstwie beschaffen sein. Es spielt auch kaum eine Rolle, solange es so geartet ist, dass es ein Raum-Zeit-Kontinuum beinhalten kann, dass unserer Realität entspricht. Ansonsten gibt es da keine Beschränkungen.

Natürlich ist die Sache mit der Zugänglichkeit dann wieder eine ganz andere Frage...


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EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
McWire schrieb nach 1 Minute und 16 Sekunden:

Aber die Expansion des Raumes ist eben keine physikalische Geschwindigkeit.

Kommt auf das Raummodell an. Wenn man soetwas wie Raumquanten annimmt, kann die Expansion aus deren Sicht durchaus eine wahrnehmbare physikalische Geschwindigkeit sein.

[Rarehero]

Wenn er Raum extrem schneller expandiert, kann das Licht unseren Standort sogar niemals erreichten, da die zu zurücklegende Wegstrecke schneller zunimmt als sich das Licht bewegt.

Aber die Expansion des Raumes ist eben keine physikalische Geschwindigkeit.

Das wissen wir ja leider nicht. Es gibt nichts und niemanden der uns nun endgültig erklären kann, ob es der Realität entspricht oder nicht. Zumindest gibt es nur wenige objektive Gründe die dagegen sprechen und selbst die sind eher technischer und weniger grundsätzlicher Natur.

Es gibt mindestens drei große Probleme:
1. Die nötige Energiemenge bzw. die nötige Menge exotische Materie, die genau die benötigten Eigenschaften hat, beschaffen.
2. Den Raum auf Kopfdruck beliebig manipulieren und an einer gewünschten Position zu einer "Warpblase" formen. Wenn ich mich recht entsinne, spricht die Physik an der Stelle auch von einer grundsätzlichen Unmöglichkeit.
3. Die "Warpblase" aus dem Inneren der Blase zu steuern. Man wäre vollkommen vom Universum geschieden und könnte eben nicht bei der Erde beschleunigen und bei "Alpha Centauri" wieder bremsen. Auch hier spricht die Physik von einer grundsätzlichen Unmöglichkeit.

Das Einzige, was für den Alcubierre Drive spricht ist, dass dieser nicht mit Einstein kollidiert.

Beim Hyperraum müsste die heutige Physik eh komplett passen, da es ein Raum außerhalb ihres Geltungsbereiches wäre.

In der Physik bezeichnet der Hyperraum (mittlerweile) einen höherdimensionalen Raum. Der Hyperraum im Sinne der Science Fiction hat hingegen wenig bis gar nichts mit Physik zu tun.

[McWire]

Bist Du dir sicher, dass die Masse zunimmt? Soweit ich hier von Agent Scullie gelernt habe, kommt es zwar zur Energiezunahme, aber keineswegs zur Massenzuname.

Das war nur noch mal ein Satz für Laien im Nachgang, um sich das besser vorstellen zu können.

In meinem ersten Absatz habe ich es gleich anders formuliert:

Das Problem ist doch nicht die Relativitätstheorie, sondern die Beobachtungen die zu dieser Theorie geführt haben. Zeitdilatation und die Zunahme der kinetischen Energie bei Annäherung an die Lichtgeschwindigkeit sind ja nicht auf seinen Mist gewachsen, sondern reproduzierbare Beobachtungen.

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EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
McWire schrieb nach 5 Minuten und 12 Sekunden:

Streng genommen ist das keine Geschwindigkeit sondern lediglich ein optisches Phänomen. Würden wir ans dem Ort befinden, an dem sich der Raum von der Erde aus betrachtet mit Überlichtgeschwindigkeit von uns zu entfernen scheint, würden wir keine Überlichtgeschwindigkeit an diesem Ort beobachten - aber die Erde würde sich scheinbar mit Überlichtgeschwindkeit von uns entfernen. Tatsächlich bewegt sich aber nichts mit Überlichtgeschwindigkeit.

Wobei die Beobachtung den kleinen Schönheitsfehler hat, dass das Licht der Erde unseren Standort nicht unbedingt erreichen muss. Wenn er Raum extrem schneller expandiert, kann das Licht unseren Standort sogar niemals erreichten, da die zu zurücklegende Wegstrecke schneller zunimmt als sich das Licht bewegt.

Natürlich kann man sich eine Raumzeitblase herbei rechnen und diese schneller als das Licht bewegen, ohne Einstein zu verletzen - aber das ist nicht mehr als eine Rechenaufgabe und hat nichts mit der Realität zu tun.

Das wissen wir ja leider nicht. Es gibt nichts und niemanden der uns nun endgültig erklären kann, ob es der Realität entspricht oder nicht. Zumindest gibt es nur wenige objektive Gründe die dagegen sprechen und selbst die sind eher technischer und weniger grundsätzlicher Natur.

Beim Hyperraum müsste die heutige Physik eh komplett passen, da es ein Raum außerhalb ihres Geltungsbereiches wäre. Von daher ist das Wort Hyperraumphysik eigentlich ein Paradoxon.

[Hades]

Bist Du dir sicher, dass die Masse zunimmt? Soweit ich hier von Agent Scullie gelernt habe, kommt es zwar zur Energiezunahme, aber keineswegs zur Massenzuname.
Darüber hatten wir mal vor längerer Zeit an dieser Stelle diskutiert.
Diesbezüglich verweise ich auf diesen Wiki-Link Äquivalenz von Masse und Energie ? Wikipedia.

Also soweit ich weiß benutzt man das immer als "Analogie" um das Klassenstufen zu verdeutlichen die nur bis in die Oberstufe Physik haben, genau so wie mit dem "Welle Teilchen Dualismus" oder dem Bohrschen Atommodel. Es soll den Inhalt bloß in einigermaßen verständliche Rahmen packen um es den Kidys einzutrichtern.

In Sachen Relativismus hab ich das in der 13. Klasse erleben müssen, dass selbst das nicht immer funktioniert.

[Halman]

Keine Massenzunahme bei hohen Geschwindigkeiten

Wir wissen, dass ein Masseteilchen bei Annäherung an die Lichtgeschwindigkeit sozusagen immer schwerer wird auch wissen wir anhand von Zerfallsprozessen bei annähernder Lichtgeschwindigkeit, dass sie Zeit bei v~c fast stillsteht.

Bist Du dir sicher, dass die Masse zunimmt? Soweit ich hier von Agent Scullie gelernt habe, kommt es zwar zur Energiezunahme, aber keineswegs zur Massenzuname.
Darüber hatten wir mal vor längerer Zeit an dieser Stelle diskutiert.
Diesbezüglich verweise ich auf diesen Wiki-Link Äquivalenz von Masse und Energie ? Wikipedia.

Zitat von Albert Einstein:
Es ist nicht gut, von der Masse M=\frac{m}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}} eines bewegten Körpers zu sprechen, da von M keine klare Definition gegeben werden kann. Man beschränkt sich besser auf die "Ruhe-Masse" m. Daneben kann man ja den Ausdruck für momentum und Energie geben, wenn man das Trägheitsverhalten rasch bewegter Körper angeben will."

(Das Zitat ist diesem Link entnommen Äquivalenz von Masse und Energie ? Wikipedia)

Zwar kann die Relativitätstheorie unvollständig jedoch nicht völlig falsch sein, dass ist nicht wahrscheinlich. Und egal wie der Nachfolger der ART und SRT aussehen mag, er muss trotzdem eine Erklärung enthalten, warum man bei Annäherung an die Lichtgeschwindigkeit die beobachteten Effekte hat.

Eine neue Theorie müsste AFAIK die ART als Grenzfall enthalten.

[Rarehero]

Raum kann beispielsweise mit Überlichtgeschwindigkeit expandieren. Die Lichtgeschwindigkeit ist eben keine Geschwindigkeitsobergrenze für Alles sondern lediglich eine Ausbreitungsgeschwindigkeitsgrenze für Felder und Teilchen innerhalb der Raumzeit.

Streng genommen ist das keine Geschwindigkeit sondern lediglich ein optisches Phänomen. Würden wir ans dem Ort befinden, an dem sich der Raum von der Erde aus betrachtet mit Überlichtgeschwindigkeit von uns zu entfernen scheint, würden wir keine Überlichtgeschwindigkeit an diesem Ort beobachten - aber die Erde würde sich scheinbar mit Überlichtgeschwindkeit von uns entfernen. Tatsächlich bewegt sich aber nichts mit Überlichtgeschwindigkeit.

Sie macht beispielsweise keine Aussage für alles was darüber hinaus geht... ansonsten wären wissenschaftlich Spekulation wie Warpantrieb und Hyperraum nicht möglich, die die SRT ja gar nicht verletzen.

Natürlich kann man sich eine Raumzeitblase herbei rechnen und diese schneller als das Licht bewegen, ohne Einstein zu verletzen - aber das ist nicht mehr als eine Rechenaufgabe und hat nichts mit der Realität zu tun. Man sich auch herbei rechnen, dass schon die Ägypter - oder holländische Fahrradbauer - die Lichtgeschwindigkeit kannten.