Lichtgeschwindigkeit

[msueper]

Hallo,
habt Ihr dies schon gelesen:
http://www.universetoday.com/2007/10/03 ... more-11889
ggf. ist Licht also nicht immer lichtschnell, wenn es sehr energiereich ist.
MfG Martin

[Stephen]

Hallo Martin, jetzt habe ich es gelesen

Ich bin skeptisch, was die Richtigkeit dieses Artikels anbetrifft - c als absolute Konstante ist ja bisher eine Art Fundament. Erinnere mich da an ähnliche Diskussionen, wonach das Licht "mit der Zeit" langsamer werden soll und dass diese Ansicht - z.B. von Professor Lesch - vehement widerlegt wurde. Aber mal abwarten...

Gruß, Steffen

[Zausel]

Hi,

bevor die Paralaxe gesellschaftsfähig wurde haben alle gedacht das es doch schnelleres gibt als Lichtgeschwindigkeit, dabei wußte damals doch jeder schon das ich Licht beschleunigen kann, indem ich mit abwechselndem schließen und und öffnen meiner Augen die Lichtgeschwindigkeit des abgestrahlten Mondlichtes beeinflußen kann....
Wenn ich alles richtig verstanden habe was mein Lehrer mir sagte kann ich Licht verlangsamen, aber nicht über die Lichtgeschwindigkeit hinaus beschleunigen.
Also wurden die Gamma Strahlen im Bericht einfach nur verlangsamt...Einstein wird sich also nicht im Grab umdrehen.

Gruß

Zausel

[gravi]

In dieser Meldung hieß es auch nicht, dass die Gammastrahlen schneller als Lichtgeschwindigkeit waren.
Vielmehr wurde festgestellt, dass hochenergetische Gammaphotonen etwas langsamer als c waren.

Es wird übrigens schon länger vermutet, dass solche hochenergetischen Photonen die "Rauigkeit" der Raumzeit zu spüren bekommen, falls diese gequantelt ist:

http://abenteuer-universum.de/galaxien/blazar.html#blad

Gruß
gravi

[wilfried]

Liebe Freunde

immer wieder kam und wir es vorkommen, dass die grundlegenden Physikprinzipien in Frage gestellt werden.
Un das ist gut so, denn sonst wäre die Wissenschaft lethargisch!

Trotzdem ist es empfehlenswert seitens der Leserschaft sowie der Schreiber mancher Artikel äußerst sorgfältig mit diesen Informationen umzugehen. Denn hinter solchen Artikeln steckt meist eine Gruppe, die dabei ist eine Aufgabe zu lösen und es ist selten, dass Wissenschaftler populär schreiben und dann auch noch solche Dinge veröffentlichen!

Soll heißen:
All die Grundlagen der natürlichen Grenze der Lichtgeschwindigkeit sowie der Relativität, die ja aufs Engste damit verknüpft ist, sind in ungeheuer vielen Experimenten nachgewiesen, bewiesen worden.

Wenn nun eine besondere Strahlung ein klein wenig später als Lichtstrahlung (EM-Welle) eintrifft, so ist damit sehr sher sicher ein Masse- oder ein Feldeffekt verbunden:
Masse: hat ein Teilchen eine Masse, so kann c nicht mehr erreicht werden
Feldeffekt: die Wurzel des Produkts der beiden relativen Partikeleigenschaften Dielektrizität und Permeabilität bestimmen ebenfalls die umgebungsbehaftete Ausbeitungsgeschwindigkeit des Lichts.

Daran bitte ich zu denken, bevor irgendwelche Spekulationen raumgreifen...und Spekulationen sind in diesem Umfeld gern gesehene Gäste, da sich damit viel Blödsinn veröffentlichen läßt!

Netten Gruß

Wilfried

[gravi]

Wo wir gerade bei der Lichtgeschwindigkeit sind:

Mir ist dazu eine Frage gestellt worden, die mir ziemlich interessant erscheint.
Sucht man nach dem exakten Wert der (Vakuum-) Lichtgeschwindigkeit, so findet man stets nur den Wert von 299 792 458 m/s. Wenn wir nun z.B. die Entfernung zum Mond mittels Laser auf cm genau messen, müssten wir doch die LG noch viel besser formuliert haben, mit etlichen Kommastellen.

Warum also gibt es keine exaktere Angabe?

Die LG im Vakuum ist übrigens noch nie experimentell bestimmt worden!
Eine plausible Antwort auf die gestellte Frage habe ich inzwischen gefunden - aber warum sollte mir allein der Kopf rauchen...

Gruß
gravi

[wilfried]

Lieber Werner

die Idee mit dem Laserlicht zum Mond scheint was für sich zu haben, so auf den ersten Blick..

Aber:

1. wir kennen ja die Lichtgeschwindigkeit nicht, also können wir zwar die Zeit messen, jedoch der Weg verschlisst sich aus diesem Grund

2. Der Mond hat Unebenheiten, Rauhigkeit. Wir kennen den Ort, wo das Licht auf den Mond tritt nicht genau. Also werden wir dort einen weiteren Fahkler machen

3. Der Mond hat einen sich dauernd ändernden Abstand zur Erde bzw. zur Messapparatur (Laser). Folglich werden wir hier den nächsten Fehler machen.

4. Sehr präzise Messungen werden über die Messung der Phase des Lasers gemacht. Das Licht wird weggeschickt und wird wieder gemessen: doppelter Weg!! Dann: mit Hilfe einer Phasenmessschleife (PLL) wird ein Regler so eingestellt, das die Phase abgehender Strahl zu ankommender Strahl entweder 0 oder pi beträgt. Damit ist ein Fehler bzgl. Phasenbezugs ausgeschlossen?
Nein, das ist er nicht, denn auch unsere Elektronik ist nicht genau genug. Auch hier muß tief im f-sekunden Bereich gemessen werden und das ist alles andere als leicht. Diese Schaltungen haben einen Jitter (einen Wackler), der sei er auch sehr klein, tortzdem einen Messfehler erzeugt.

Es gibt noch andere offene Punkte, aber das sind mal die Wichtigsten.

Das Problem der Messung der Lichtgeschwindigkeit liegt immer im Wissen eines sehr exakten Abstandes und der exakten!!! Zeitmessung.

Das ist das Problem, weshalb es immer noch einen Restfehler gibt.

Der gute alte Michelson war ganz schön schlau...


Netten Gruß
Wilfried

[gravi]

Lieber Wilfried,

zu Deiner Information:
Der Abstand zum Mond wird tatsächlich über Laser gemessen. Und zwar haben die Astronauten der Apollo- Missionen ( ich jetzt nicht genau welche) dort oben einen Reflektorschirm installiert - genau zu diesem Zweck.

Nur hierdurch (ich nehme mal an über die Laufzeit) konnte man feststellen, dass sich unser Trabant jährlich um ein paar cm von uns entfernt.

Gruß
gravi

[wilfried]

Lieber Werner

ja, das weiß ich wohl, nur diese Messung reicht beileibe nicht mit ihrer genauigkeit, um damit die Lichgeschwindigkeit zu verifizieren.

Du hast recht, der Lase wurde installiert, damit eine Info über die Mondentfernung und deren Änderung erhalten werden kann.

Im vorherigen Beitrag von mir war ich etwas unkorrekt:

Die PLL wird zur Präzisionsfrequenzerzeugung benötigt und die Messung selber wird mit "DLL", das sind Digital Delay Lines durchgeführt. Da die Entfernung ca 2 Lichtsekunden beträgt (hin und zurück) sind natürlich entsprechende Zähler notwendig...aber lassen wird das, schlicht: die Messanordnung ist mit der heutigen Technologie machbar, die Genauigkeiten werden im Bereich von ca. 1e-13 Sekunden liegen.

Gruß

Wilfried

[gravi]

So viel ich weiß kann man auch sehr kurze Zeitabschnitte ganz präzise messen, so etwa im pico- oder femto- Bereich.

Dennoch ist mir noch immer nicht klar, wieso keine genaueren Werte der Vakuum- Lichtgeschwindigkeit bekannt sind. Zwar fand ich folgende Seiten, die den Zusammenhang einigermaßen erhellen:

http://www.beotel.yu/~gmarjanovic/OverC.html

http://www.newmars.com/wiki/index.php/Scientific_units

Daraus lässt sich entnehmen, dass die Genauigkeit nur durch die Rechnerleistung begrenzt wird. Aber so richtig glaubhaft erscheint mir das bei den heutigen Rechenleistungen nicht.

Gibt es vielleicht noch andere Hinweise?

Gruß
gravi

[tomS]

Hallo,

zur Frequenzabhängigkeit der Lichtgeschwindigkeit hab ich schon was an einer anderen Stelle geschrieben:
Grenzbereiche => Quantengravitation: Einführung, physikalische Vorhersagen => längerer Text vom 4.12. darin 3.7 "Energie-Impuls-Beziehung":
http://www.abenteuer-universum.de/viewtopic.php?t=647

Die Frequenzabhängigkeit der Lichtgeschwindigkeit ist eine inzwischen allgemein anerkannte Vorhersage der Schleifenquantengravitation bzw. der Spin-Foam-Modelle (letztere sind eine etwas andere, teilweise etwas allgemeinere Formulierung). Auch die Stringtheorie macht Vorhersagen zur Frequenzabhängigkeit der Lichtgeschwindigkeit. Im Detail gibt es Unterschiede. (Die theoretische Vorhersage ist allgemein akzeptiert, nicht deren experimentelle Bestätigung!)

Es sollte in den nächsten Jahren möglich sein, verschiedene Modelle experimentell zu testen und teilweise zu bestätigen bzw. zu widerlegen.

Zur Kausalität: Die Mikrokausalität bezieht sich auf die kleinstmögliche Änderung der Geometrie des Raumes in einem kleinstmöglichen Gebiet. Die Schleifenquantengravitation macht hierzu Vorhersagen bzgl. der Ausbreitung elektromagnetischer Wirkung und Gravitationswirkung. Die Ausbreitung erfolgt dabei über Längenskalen von der Größenordnung der Plancklänge und man kann noch nicht von Wellen im herkömmlichen Sinne sprechen. Die Mikrokausalität ist in allen Modellen gewährleistet.
Die Frequenzabhängigkeit äußert sich erst, wenn sich Licht über größere Entfernungen (groß gegenüber der Körnigkeit der Raum-Zeit) ausbreitet. Dann hat die Raum-Zeit einen ähnlichen EFfekt wie z.B. Glas, in dem es auch Dispersionserscheinungen und Frequenzabhängigkeiten bei Wellenausbreitung gibt. In allen Fällen gibt es aber immer noch eine maximale Grenzgeschwindigkeit, die nicht überschritten werden kann - und damit auch eine Makrokausalität. Diese ist jedoch nicht mehr das Grundprinzip, sondern folgt aus der Mikrokausalität.

Zur Bedeutung der Lichtgeschwindigkeit: In der speziellen Relativitätstheorie ist sie eine universelle Konstante. In der ART ist sie dagegen von der Raum-Zeit-Geometrie abhängig: lokal betrachtet / gemessen hat sie immer den selben Wert, aber über die Entfernung betrachtet kann sie durchaus variieren. Z.B. sind schwarze Löcher deswegen schwarz, weil von einem außenstehenden Beobachter aus betrachtet die Lichtgeschwindigkeit am Horizont gleich Null ist. c verliert also bereits in der ART den universellen Charakter, wenn man den Bereich der Mikrostruktur / Mikrokausalität verlässt.

[wilfried]

Lieber gravi

1e-12 sec sind 1 psec
1e-13 sin 100 fsec

Das ist so in etwa die erreichbare Genauigkeit. Mag sein, dass man auf optischem Weg also mit Phasen des Lichts genauer messen kann, aber ich bezweifle das. Vieleicht weiss ray oder al mehr darüber. Ich rede nur von der elektronischen Messung.
Gruß

Wilfried

[wilfried]

Tom

das ist ausserordentlich interessant, hat den die quantenwelt eine Wirkung ähnlich einses Dielektrikums oder einer Permeabilität?

Soll das heißen, dass die Spinoren derartige Wechselwirkung zeigen, quasi eine Art Feldwechselwirkung?

Das meiner Ansicht nach hiesse doch dann, dass wir auch eine "Alterung" des Lichts beim Durchschreiten sehr großer Distanzen in Betracht nehmen müssten, etwas, das bislang stets vehement verworfen wurde

Gruß

Wilfried

[tomS]

Hallo Wilfried,

hier der Versuch einer Antwort:

hat den die Quantenwelt eine Wirkung ähnlich einses Dielektrikums oder einer Permeabilität

Ja, so ähnlich kann man sich das vorstellen.

Allerdings gibt es keine Absorption, keine ausgezeichnete Richtung oder ein ausgezeichnetes Bezugsystem u.ä. Dies entspricht einer nicht-linearen Realisierung oder Deformierung der Poincare-Symmetrie, d.h. die Gleichung

\fed\mixonE^2 = p^2 + M^2

für Energie, Masse und Impuls erhält Zusatzterme.

Die Details sind wie üblich sehr technisch. Im Wesentlichen tut man Folgendes: Man hat ein wechselwirkendes System aus Gravitation und elektromagnetischen Feldern. Man bestimmt näherungsweise den semiklassischen Grundzustand für die Quantengravitation und berechnet eine effektive Wechselwirkung der elektromagnetischen Felder mit diesem "Gravitationshintergrund". Das Gravitationsfeld verschwindet dabei als dynamische Größe. Dann bestimmt man die effektiven Feldgleichungen für das freie elektromagnetische Feld.. Diese effektiven Feldgleichungen sind nun die bekannten Maxwell-Gleichungen plus Zusatzterme! Die Zusatzterme sind die "Überbleibsel" der vollständigen Quantengravitationstheorie. Ihre Struktur ist wie folgt:

\fed\mixon(1+A) * \Nabla \cross B - (1/c) dE/dt + X(E,B) = 0

\fed\mixon(1+A) * \Nabla \cross E + (1/c) dB / dt + Y(E,B) = 0

\fed\mixon\Nabla E = 0

\fed\mixon\Nabla B = 0

Die beiden dynamischen Gleichungen bekommen Korrekturen A, X und Y, die Quellengleichungen für E und B bleiben unverändert.

Der Koeffizient A (klassisch gleich Null) ist von der Größenordnung Plancklänge / Wellenlänge also extrem klein.

X und Y sind Funktionen von E und B, die allerdings wieder aufgrund von Koeffizienten der Form Plancklänge / Wellenlänge extrem klein sind. Die Funktionen erhalten Beiträge mit höheren Ableitungen sowie nichtlineare Terme in B, diese sind jedoch wiederum alle durch Koeffizienten, die die Plancklänge enthalten, unterdrückt.

Zur Berechnung der Dispersionsrelationen vernachlässigt man die nichtlinearen Terme (Näherung kleiner Feldstärken) und macht den Ansatz einer ebenen Welle:

\fed\mixonE = E_0 * e^(i*(k x - \omega t))

Für die normalen Maxwellgleichungen erhält man die Lösung

\fed\mixon\omega(k) = ck

Hier gilt jedoch

\fed\mixon\omega(k) = ck * (1 + F(k))

Dabei ist F ein Korrekturterm, der wiederum durch Koeffizienten der Form Plancklänge / Wellenlänge unterdrückt ist.

Bestimmt man nun die wellenlängenabhängige Lichtgeschwindigkeit, so erhält man

\fed\mixonv(k) = d\omega/dk = c * (1 + G(k))

D.h. dass die Lichtgeschwindigkeit sich tatsächlich wie in einem Medium mit Dispersion verhält.

Für den Brechnungsindex des Vakuums erhält man

\fed\mixonn(k) = 1/(1 + F(k))

Dann:

Soll das heißen, dass die Spinoren derartige Wechselwirkung zeigen, quasi eine Art Feldwechselwirkung

Mit den Spinoren (also z.B. Elektronen) hat das noch nichts zu tun. Man betrachtet hier ausschließlich das elektromagnetische Feld im Vakuum ohne Quellen und ohne Kopplung an Materie. Man kann allerdings ähnliche Rechnungen auch für andere Felder (Skalarfelder, Spinorfelder) durchführen und kommt auf ähnliche Korrekturen.

Zu deiner letzten Bemerkung

Das meiner Ansicht nach hiesse doch dann, dass wir auch eine "Alterung" des Lichts beim Durchschreiten sehr großer Distanzen in Betracht nehmen müssten, etwas, das bislang stets vehement verworfen wurde

Nein, eine "Alterung" gibt es ebensowenig wie bei der Rotverschiebung. Man findet lediglich, dass sich unterschiedliche Frequenzen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten ausbreiten, es gibt keine Absorption o.ä. Das Licht hat kein "Gedächtnis", es braucht lediglich etwas länger :-)

[wilfried]

Lieber Tom

danke für Deine Antwort. Das ist jetzt wieder klar, ich habe es irgendwie in den Hintergrund verschoben und habe auch nicht lange über meine Frage nachgedacht.

Sicher, ich kenne auch diese Beziehungen. Es ist wie wir Ingenieure uns ausdrücken: eine Gruppengeschwindigkeitsänderung, die im Quantenbereich vonstatten geht.

Mit den Spinorfeldern hatt ich dann ja gar nicht ganz so unrecht mit meiner Frage.

Mit der Rorverschiebung ist es natürlich auch klar, es findet omega bleibt konstant => such it!

Jetzt noch eine Frage zur kosmischen Entfernungsbestimmung:

Bedeutet dass, das hierbei ein gewisser Fehler bei der Entfernungsbestimmung vorkommen kann? Wenn ja, wie merken wir den. Wenn wir ihn denn merken, wie kann er korrigiert werden?

Netten Gruß

Wilfried

[tomS]

Hallo Wilfried,

zu deiner Frage bzgl. der Ungenauigkeit bei der Entfernungsmessung: es gibt noch eine ganze Reihe von Ungenauigkeiten!

Zunächst hab' ich der Einfachheit halber ein wichtiges Detail nicht genauer erklärt: der semiklassische Vakuumzustand der Quantengravitation, der für die Rechnung benutzt wird, ist nicht eindeutig, er ist sicher nicht der "echte" Grundzustand, sondern nur eine Näherung. Also stammen alleine daher schon Ungenauigkeiten, die die Koeffizienten in A, X und Y betreffen. Diese Fehler aus der Quantengravitation selbst wirken sich nur auf die Frequenzabhängigkeit der Lichtgeschwindigkeit und somit auf die Laufzeitunterschiede für Photonen unterschiedlicher Energie über große Distanzen aus. Es gibt keine Fehler bzgl. der Frequenzen, Frequenzverschiebungen oder ähnliches.

Der semiklassische Vakuumzustand approximiert nicht das Friedmann-Universum, sondern die flache Minkowski-Raum-Zeit.
Da die quantenmechanischen Effekte für die Frequenzabhängigkeit alle bereits auf Längenskalen der Wellenlänge auftreten, kann man für wesentlich größere Skalen jedoch wieder rein klassisch rechnen und so den Effekt des Friedmann-Universums wieder einführen, d.h. diesen Fehler nachträglich wieder korrigieren. Man erhält so Abhängigkeiten von der Hubblekonstante H und der Rotverschiebung z.

Da die Entfernungsmessung normalerweise über Standardkerzen (Spektren, Rotverschiebung, ...) erfolgt, wird diese nur über die variable Lichtgeschwindigkeit selbst beeinflusst (wie oben gesagt, keine Fehler für die Frequenzen). Die Laufzeitunterschiede des Lichts für unterschiedliche Frequenzen liegen bei den Quellen (Gamma-Ray-Bursts), von denen ich gehört habe, maximal einigen Minuten bis Stunden. Daher liegt die Entfernungsungenauigkeit im Bereich von Lichtminuten bis -stunden - und das ist vernachlässigbar gegenüber anderen bekannten Fehlern für die Entfernungsmessung selbst.

Eine weitere Fehlerquelle ist, dass man ja einen Laufzeitunterschied für Photonen unterschiedlicher Energie messen will. Man kennt jedoch den Zeitunterschied für die Emission der Photonen nicht, d.h. man muss z.B. annehmen, dass Photonen unterschiedlicher Energie gleichzeitig emittiert wurden, oder man versucht über viele Beobachtungen an identischen / ähnlichen Quellen diese unbekannten Parameter zu bestimmen. Je unbekannter das Emissionsverhalten der Quelle, desto größer der Fehler. Die zunächst besten Quellen sind hochenergetische Gamma-Ray-Bursts, da sie extrem kurze Strahlungspeaks mit extrem kleinem Zeitversatz erzeugen. Trotzdem ist das zeitliche Verhalten der Emission bzgl. der Frequenzen selbst eben auch eine Fehlerquelle.

Zuletzt gibt es noch eine systematische Fehlerquelle für die Photonenenergie selbst (die jedoch weit unterhalb der Planckenergie vernachlässigbar sein sollte). Ich habe ja gesagt, dass die Energie-Impuls-Beziehung Zusatzterme erhält, d.h. dass die naive Addition von Energien und Impulsen nicht mehr gestattet ist. Da man die Photonenenergie nicht direkt für ein einzelnes Photon sondern aus dem Schauer der pro Photon erzeugten Sekundärteilchen ermittelt, muss man für die Berechnung der Photonenenergie genau die modifizierte Energie-Impuls-Beziehung nutzen, die man eigentlich erst prüfen möchte.

Zusammenfassend: Die Fehler für die Frequenzabhängigkeit selbst sind groß verglichen mit deren Auswirkung auf die Entfernungsbestimmung.