Lichtgeschwindigkeit und Datenübertragung: Gedankenexperiment.

[Degra]

Vielleicht ist alles viel einfacher als es zunächst aussieht.

Dazu folgendes Beispiel: Ein Astronaut steht auf dem Mond und schwenkt einen starken Laser von einem Beobachter auf der Erdoberfläche zum nächsten. Der Lichtstrahl (oder besser gesagt der auftreffende Lichtpunkt) bewegt sich dabei offensichtlich mit Überlichtgeschwindigkeit über die Erdoberfläche. Dem steht rein gar nichts im Wege, weil es sich nur um eine Abbildung handelt, jedoch keine Information vom ersten zum zweiten Beobachter gelangt.

Die drehende Scheibe wäre prinzipiell das gleiche. Mal angenommen es gäbe ein Material, dass der Radialbeschleunigung standhält, gäbe es zwei Szenarien:
1. bewegt sich der Außenbereich nicht mit Lichtgeschwindigkeit, sodass sich die Scheibe somit einer exotischen Kraft ausgesetzt wird und sich in der Folge dennoch verzieht und zerstört wird.
2. bewegt sich der Außenbereich schneller als das Licht, kann aber dabei keine Informationen aufnehmen. Damit könnte sich die Scheibe noch so schnell drehen, es hätte keinerlei Effekt.

Auf das Beispiel mit dem Lichtstrahl vom Mond übertragen, wäre letztere, so unwahrscheinlich sie klingt, wohl die zutreffendste Annahme.

[McWire]

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.

Meinte ich ja. Meine Wortfindungsstörung geht mir manchmal echt auf den Keks.

[Thomas W. Riker]

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...

Die Gedanken um Planck-Einheiten im Zusammenhang mit Dichte und Volumen von schwarzen Löchern sind nicht weniger brummschädeiig oder kannst Du was mit 33 Sonnenmassen in 10^-67m³ bei Planck-Dichte anfangen

[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.

[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.

[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.

[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 ... ^^

[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.

[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]

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]

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...

[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]

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.

[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.

[Dannyboy]

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