Information schneller als licht?

[Tom]

hallo, da ich nix vergleichbares gefunden hab, hab ich einfach mal nen neuen thread aufgemacht um meine frage zu stellen:


und zwar haben ja schon viele versucht für die informationsübertragung schneller als licht durch einen trick zu argumentieren.

alle diese "tricks" wurden früher oder später dann mit einer logischen erklärung vernichtet ..


allerdings gibt es 2 sachen, die mir im moment einfallen, auf die ich keine erklärung parat hab..



1. der tunneleffekt.
wie lässt sich dieser mit dem limit der geschwindigkeit für informationübertragung in einklang bringen?


2. angenommen ich bin im besitz eines laaaaangen stockes.
ich bin am einen ende und ein freund sitzt am anderen.
wenn ich nun den stock in richtung meines freundes schiebe, müsste es dann nicht möglich sein, dass er früher den stoß spürt als er ihn sieht ?

2. noch weitergeführt:
angenommen 3 atome liegen genau in einer reihe nebeneinander.
es ist keine lücke in ihrer reihe..
(praktische unmöglichkeiten bitte ich hierbei zu vernachlässigen )
und nun stößt man das erste an...
hat sich dann nicht die information vom ersten zum dritten schneller als mit c ausgebreitet?





ps: wenns jemanden nervt dass ich nur klein schreibe, dann soll ers bitte sagen ..

[Stephen]

Hallo Tom,

Willkommen

1. Per Tunneleffekt lassen sich definitiv keine Informationen übertragen - u.a. deshalb, weil man ihn nicht steuern kann.

2. Sowohl das menschliche Auge als auch unser Nervensystem haben eine gewisse Reaktionszeit. Ich bin mir jetzt nicht ganz sicher, was Du mit Deinem Experiment andeuten möchtest...

3. Auch hier muss ich nachfragen - was meinst Du mit Atomen "nebeneinander in einer Reihe"? Atome treten mehr oder weniger zwangsläufig in einer Molekül-Formation auf, weil sie durch die Naturkräfte dazu gezwungen werden. Würde man diese Kräfte außer Acht lassen, käme man zu unsinnigen Antworten.

Gruß, Steffen

[Tom]

ok 1. lass ich mir eingehen. ..


zu 2. nochmal

mein gedanke war nur, dass man mit diesem langen stock information schneller als licht übertragen könnte, wenn dieser nur lang genug wäre und man ihn dann schieben würde, da sich das andere ende ja quasi sofort bewegt..

die reaktionszeit des menschen hat hier nix zu sagen, weil die sache natürlich nur ein theoretischer gedanke ist und man theoretisch nur den stock beliebig lang bauen müsste sodass sie absolut keine bedeutung mehr hat..


ich hoff des hat man jetzt verstanden

Gruß, Tom

[Stephen]

Hallo Tom,

jetzt habe ich Deine Konstruktion verstanden Du bist auf der Erde, Dein Freund würde z.B. auf dem Mars sitzen und ihr hättet einen - je nach Konstellation - ca. 45 bis 400 Millionen km langen Stock zwischen Euch...

Sagen wir mal so: Wenn man sämtliche Naturgesetze ignoriert, wäre man mit so einem Stöckchen tatsächlich schneller als das Licht .

Aber im Ernst: Abgesehen von der nötigen Energie, so einen Stab zu bewegen, zu konstruieren, abzustützen oder im richtigen Zeitpunkt zu betätigen kann nichts und niemand unsere Erde ohne die 2. kosmische Geschwindigkeit (11,2 km/s) verlassen. Auch wenn man da noch so viel absorbiert bleibt Deine Experimentieranordnung völlig undurchfürbar.

Wäre so ein Zauberstöckchen realisierbar, hättest Du Recht: Du tippst das Teil an und Dein Freund auf dem Mars würde kurz darauf gepiekst. Dein Funkspruch "Ich bewege den Stab jetzt" träfe dann wirklich erst mit einer Verspätung von etwa 3 Minuten bei ihm ein

Gruß, Steffen

[Tom]

aber ich versteh das nicht


das limit für die geschwindigkeit der informationsübertragung muss doch in jedem fall gelten und kann nicht- durch eine theoretisch mögliche sache nur weil sie für uns undurchführbar ist- aufgehoben werden ...

[Ray Light]

Hallo Tom,

zunächst einmal herzlich willkommen im Forum.

Bei der ganzen Diskussion hat mir ein entscheidendes Schlüsselwort gefehlt, und zwar Schallgeschwindigkeit.

Diese Geschwindigkeit bestimmt, wie schnell sich die Information in Deinen Beispielen 2 und 3 ausbreitet. Es ist ja bekannt, dass die Schallgeschwindigkeit in Wasser höher ist, als diejenige in Luft; und diejenige in Stahl höher als in Wasser. Die Schallgeschwindigkeit hängt von der Kopplung der "Schwinger" (Atome, Moleküle; allgemein Oszillatoren) im Material ab. Im Allgemeinen ist die Schallgeschwindigkeit abhängig von Temperatur, Druck, chemischer Zusammensetzung etc.

Es kommt nur unter extremen Bedingungen vor, dass die Schallgeschwindigkeit so groß ist wie die Vakuumlichtgeschwindigkeit. Das passiert zum Beispiel bei kompakter Sternmaterie. In der Astrophysik nennt man das eine ultrarelativistische Zustandsgleichung bzw. ein ultrarelativistisches Plasma.

Was allerdings nicht passieren darf, ist, dass die Schallgeschwindigkeit höher ist als die Vakuumlichtgeschwindigkeit, weil es dann Probleme gibt mit der Kausalität.

Gruß,
Ray

[gravi]

Ray hat natürlich völlig Recht, das Zauberwort ist hier die Schallgeschwindigkeit.

In einer ähnlich gestalteten Frage hatten wir mal einen solchen langen "Stab", sagen wir von einem Lichtjahr Länge "konstruiert". Und zwar aus dem dichtesten Material, das im Kosmos verfügbar ist: Neutronensternmaterie!

Dieses Material weist die höchst mögliche Schallgeschwindigkeit auf, aber die liegt immer noch bei gerade etwa halber Lichtgeschwindigkeit.

Also leider keine Informationsübertragung mit Überlicht

Gruß
gravi

[Tom]

ok ich sehs ein

[BauBraun]

Hallo,

Ich habe das Gefühl dass hier verschiedene Wissensgrade total aneinander vorbeidiskutieren.
Vielleicht darf ich mich hier mal an einer Zusammenfassung versuchen mit der sowohl die Spezialisten, als auch die Profis etwas anfangen können, ich bitte um Ergänzung/Korrektur:

Fragestellung:
Gegeben ist ein saulanger Stab bis zu Mars, dort sitzt ein Freund mit einem Funkgerät.
Ich haue hier auf der Erde mit dem Hammer gegen das Ende, und frage mich wann dieser Schlag oben ankommt.
Ich haue nicht _auf_ den Stab, und damit Schallwelle, sondern gegen das Ende, also Änderung der Position, als würde ich einen Pfosten in die Erde einschlagen.

Lösung:
Die Informationsübertragung innerhalb des Stabes (rumms, Hey, Du, nächstes Atom, mach mal Platz, hier komme ich) wird dabei von Atom zu Atom weitergetragen. Und diese Informationsübertragung übernehmen die (Ups, welche Teilchen/Wechselwirkung?), und selbst die können sich nur mit c bewegen. Von der Massenträgheit innerhalb des Stabes, der diesen Stab in der Realität stauchen würde, mal ganz abgesehen.

Variante:
Der Stab besteht nicht aus Atomen, sondern aus direkt aneinander gereihten Elementarteilchen, was auch immer, von mir aus Neutronen.

Lösung:
Tja, jetzt wirds spannend. Ich würde mal sagen dass genau das niemals gehen würde, und genau das der Witz an der real existierenden Teilchenphysik ist, nämlich dass gewisse Dinge _nicht_ funktionieren. Die Teilchen würden seitlich ausweichen, egal wie, aber niemals Informationen schneller als das Licht übermitteln. Oder evt. sogar die Raumkrümmung beeinflussen, siehe Lorenz- Kontaktion.

Was meint Ihr?

Grüße vom BauBraun

[breaker]

Ich haue nicht _auf_ den Stab, und damit Schallwelle, sondern gegen das Ende, also Änderung der Position, als würde ich einen Pfosten in die Erde einschlagen.

Das müsste eigentlich egal sein, man erzeugt ja beides mal eine Welle, einmal eine Längswelle, einmal eine Querwelle und die dürfen beide nicht schneller als das Licht sein.

Könnte echt sein, dass die Lorentz-Kontraktion da was mit zu tun hat. Ich hab da mal irgendwo was gelesen, weiß aber nicht mehr genau wo, jedenfalls war das genau das Beispiel mit dem Stab. Ich schau mal, ob ichs wieder finde.

Da stand jedenfalls, dass es keinen absolut starren Körper geben kann, eber, weil die Information vom einen Ende nicht unendlich schnell zum anderen Ende kommen kann.

EDIT: Habs gefunden: http://homepage.univie.ac.at/Franz.Emba ... gkeit.html

[gravi]

Und selbst wenn der Körper völlig starr wäre - siehe mein obiges Beispiel des Stabes aus Neutronensternmaterie - so könnte doch noch nicht einmal die Lichtgeschwindigkeit erreicht werden.

Erstens kann die Lichtgeschwindigkeit nur von ruhemasselosen Teilchen "benutzt" werden. Zweitens gibt es noch immer eine Trägheit der Impulsübertragung. Man denke z.B. an das nette Spielzeug, das auf so manchem Managerschreibtisch zu finden ist: Da hängen in einer Reihe einige Stahlkugeln nebeneinander. Man kann nun eine äußeres etwas wegziehen und beim Loslassen schlägt sie gegen die nächste Kugel. Während alle mittleren Kugeln unbeweglich bleiben, fliegt die äußere Kugel der Gegenseite etwas weg - eben durch die Impulsübertragung. Das aber immer mit einer zeitlichen Verzögerung.

Selbst wenn wir den Stab superdicht machen - der Chemiker spricht von der räumlich dichtesten Kugelpackung - kann die Impulsübertragung nur maximal mit Schallgeschwindigkeit erfolgen.

Der Impuls trifft an einer Seite auf ein Teilchen, muss dieses durchlaufen um dann beim Austritt auf das nächste Teilchen zu treffen. Es kann nur auf diese Weise funktionieren.
Da Neutronensternmaterie das absolut "dichteste Zeug" im Kosmos ist, kann die Maximalgeschwindigkeit auch nur bei 1/2 c liegen.

Gruß
gravi

[BauBraun]

Hallo gravi,

Selbst wenn wir den Stab superdicht machen - der Chemiker spricht von der räumlich dichtesten Kugelpackung - kann die Impulsübertragung nur maximal mit Schallgeschwindigkeit erfolgen.

Hm, jetzt bemühe ich mal Wikipedia, und erfahre dass die Schallgeschwindigkeit im Stahl 21312 km/h beträgt (5920*3600/1000=21312).

In der Konsequenz behauptest Du, es wäre nicht möglich ein langes Stück Stahl auf über 21312 km/h zu beschleunigen?

Irritierte Grüße vom BauBraun

[gravi]

Das habe ich nicht behauptet. Du kannst ein Stück Stahl sogar auf 99,9999...% der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen - falls Du dazu genügend Zeit und Energie hast

Hier geht es aber darum, ob wir eine Information (in Form eines Impulses) mit Überlichtgeschwindigkeit übertragen können.

Dazu nehmen wir also eine superlangen Stab und klopfen hinten auf das Ende. Am anderen Ende sitzt ein Sensor, der den Impuls in irgend einer Form registrieren soll.

Wenn der Stab 1 Lichtjahr lang ist und aus Stahl, kannst Du nun selbst die Zeit ausrechnen, wie lange der Impuls bis zum anderen Ende benötigt.

Machen wir den Stab aus Neutronensternmaterie, so braucht der Impuls immer noch ein halbes Jahr bis zum anderen Ende.

Nun könnte man auf die Idee kommen, dass wir nicht auf den Stab schlagen, sondern ihn einfach ein klein wenig nach vorn schieben. Da er ja völlig starr ist sollte man meinen, dass sich das andere Ende sofort um den gleichen Betrag vorwärts bewegt. Das wäre dann in der Tat Überlicht.

Dem ist aber nicht so. Die Vorwärtsbewegung ist schlussendlich auch ein Impuls, und der kann sich maximal nur mit Schallgeschwindigkeit ausbreiten.

Gruß
gravi

[breaker]

Da hab ich jetzt aber mal ne Frage, ich hoffe, man versteht sie.
Was ist denn nun, wenn man den Stab am einen Ende schneller anschiebt, als der Impuls vorwärts kommt? Angenommen, der Impuls bewegt sich mit 0,5c und ich schiebe den Stab aber mit 0,6c an. Dann könnte ich den Stab ja soweit zusammenstauchen, bis er überhaupt nicht mehr da ist, weil ich früher am anderen Ende bin, als der Impuls!

[Tom]

ich habe zwar keine antwort auf breakers frage, dafür aber eine neue..

was, wenn ich diesen irre langen stab an beiden enden gleichzeitig auseinander ziehe? würde er sich dann in irgend einer form dehnen?

[gravi]

@ Tom:

Wenn der Stab aus Kaugummi ist wird er sicherlich gedehnt
Doch im Ernst, auch wenn er aus superhartem Stahl wäre könnte er sich dehnen, man muss nur fest genug ziehen. Das würde wohl auch für Neutronensternmaterie gelten - wenn man denn einen solchen Stab überhaupt konstruieren könnte. Aber wir haben hier ja lediglich ein Gedankenexperiment, da geht das schon.

@breaker:

Ich glaube nicht, dass das überhaupt möglich wäre. Ein Impuls kann sich maximal mit Schallgeschwindigkeit im Material ausbreiten, also im Fall der Neutronensternmaterie mit 0,5 c. Um ihn aber gleichzeitig nach vorn zu schieben, muss ich ihn erst mal beschleunigen, wozu eine gewisse Kraft vonnöten ist. Das aber ist mit einer zeitlichen Verzögerung verbunden und die Vorwärtsbewegung kann niemals den mit 0,5 c voraneileneden Impuls einholen.

Aber wieso sollte sich der Stab zusammenschieben? Unsere gewählte Materie aus Neutronen ist nicht weiter komprimierbar. Nur durch eine bestimmte Zunahme an Masse (und/oder Energie) wäre eine Änderung möglich: er würde sofort zum Schwarzen Loch kollabieren.
Dann aber hätte unser Stabexperiment ein jähes Ende gefunden...

Beste Grüße

gravi

[breaker]

Könnte es nicht sein, dass das so Lorentz-Kontraktions-mäßig geht, oder so?

[gravi]

Im Prinzip ein guter Gedanke!

Aber ich meine, bei der Lorentz- Kontraktion haben wir einmal ein ruhendes System und ein bewegtes.

Bei unserem Stab sehe ich das aber so, dass an jedem Ende ein in Bezug zum Stab ruhender Beobachter sitzt. Der eine gibt nun einen Impuls auf den Stab und/oder schiebt ihn an, während der andere auf die Ereignisse wartet.

Im Grunde befinden sich also sogar beide in Ruhe zueinander, es wird nur eine Information ausgetauscht. Der gute Lorentz hilft da wohl nicht weiter...

Schönen Gruß
gravi

[wilfried]

Lieber Tom

meine Antworten findest Du unterhalb Deiner Fragen.

Tom's Text:


1. der tunneleffekt.
wie lässt sich dieser mit dem limit der geschwindigkeit für informationübertragung in einklang bringen?

Antwort:

Der Tunneleffekt ist ein irreführender Name. In der Quantenmechanik haben wir es mit Unschärfen i.a. respektive der Energieverteilung zu tun
Die Temperatur wird bei uns in Grad Celsius oder auch in Fahrenheit angegeben. Das sind "integrale" Temperaturen. Der Temperaturbegriff in der Wissenschaft ist wesentlich schärfer: er bezeichnet den energetischen Zustand. Dieser wird in K -Kelvin- angegeben. Es ist vollkommener Blödsinn zu sagen 0K sei -273.2 Grad Celsius. Denn das sind zwei völlig getrennte EINHEITEN!!
Da wir es aber mit der thermodynamischen Temperatur -Kelvin- zu tun haben, ist in der Quantenmechanik auch diese verwendet worden. Ein Teilchen ist quantenmechanikmäßig undefiniert in Ort, Ausdehnung, Energie. Es hat eine Streubreite. Es gibt nicht DAS Teilchen es gibt nur DIE Teilchenenergie oder DEN Teilchenzustand. Nehmen wir mal an, eine Potentialbarriere verhindert, daß Teilchen von A nach B gelangen. Vorstellungsmodell: die Wasserschleuse. Wir sind mit unserem Sportboot unten und wollen nach oben schleusen. Wir müssen den Schleusenwärter anrufen und ihn bitten, die Schleuse zu leeren.
In der Quantenmechanik läuft das anders. Es gibt keinen Schleusenwärter, es gibt aber einen ganzen Stall voller Sportboote und die haben unterschiedliche Energieen, aber nicht jeder eine eigene unterschiedliche, sondern das wechselt. Ich bin Käptn auf Boot a und plötzlich "lupft" es mein Boot und dnann bin ich anschließend irgendwo anders, niemals da wo ich jetzt bin. Ich gebe meine Position an, welche denn, ich bin wieder an einer völlig anderen Stelle usw.
Das ist quantenmechanik Niemals ein gesicherter ort, niemals eine gesicherte Energie, niemals ein bekannter Nachbar ....

So wird auch ein Teilchen plötzlich unvermittelt eine Energie haben, die größer als die Barriere ist und es vermag auf die andere Seite zu wechseln. Ob es das tut ist fraglich...vieleicht, vieleicht nicht...wer weiß...???

Da jedoch können wir etwas nachhelfen, indem wir ein Feld anlegen und diese Teilchen ein klein wenig unter Zwang setzen die Seite zu wechseln.

Das ist der Tunneneffekt. Eine statistisch bedingte höhere Teilchenenergie als die vorhandene Energiebarriere und etwas Zwang unsererseits auf das Teilchen ausgeübt und schon...naja zumindest öfters wird dieses die Seite tauschen.

Damit ist auch der Impuls auf die andere Seite gewechselt und wenn der Impuls das tat, dann haben wir auch eine Information übertragen.

Tunneleffekt übertägt Information.

TOM:

2. angenommen ich bin im besitz eines laaaaangen stockes.
ich bin am einen ende und ein freund sitzt am anderen.
wenn ich nun den stock in richtung meines freundes schiebe, müsste es dann nicht möglich sein, dass er früher den stoß spürt als er ihn sieht Smile?

Antwort

erinnert mich an Borchert: "die lange lange Straße lang.." Schrecklich war das damals...

Nun hier irrt der Fragesteller wiederum, denn er appliziert, daß die Materiedichte unendlich sei. Im Falle dessen, er häbe Recht, dann hat er recht. Denn wäre die Materiedichte unendlich, so tät sich der Impuls "sofort" ohne irgendeine Entscheidungsfreiheit auf die Nachbarb übertragen.

Aber....die Materie ist sehr sehr dünn oder besser die Dichte dier Materie ist nahezu unendlich gering. Naja...ganz so schlimm ist es ncit, aber sehr schlimm genug. Zwischen den einzelnen Teilchen ist derart viel Platz, daß wir keinerlei Navigationshilfe bräuchten um dort hindurchzufinden Du stößt viel eher in der Wüste frontal auf einen Baum als daß Du ein Atom im Materieverbund erwischst.

Damit lautet die Antowrt:

eine Stauchung der Materie überträgt einen Impuls, jedoch sind die Zahl der Freiheitsgrade wohin dieser Impuls geht -zu welchem Nachbarn- sehr sehr groß. Ferner ist die Übertragung gekoppelt mit der Wechselwirkung. Nach dem Motto: hau ich Dich haust Du ... ja wer hat mich denn geschlagen...
Diese Wechselwirkungen beschreiben die Energiefortpflanzung. Auf Grund der Quantenmechanik und deren spezieller Gesetze -hierüber wird gerade in diesem Forum sehr vielschichtig berichtet, lies mal diese Dinge langsam und sorgfältig- ist die Fortpflanzungsgeschwindigkeit gleichbedeutend mit der Gruppengeschwindigkeit erstens begrenzt -das heißt bis zu dieser Grenze ist nur der Realteil vorhanden, darüber hinaus wird diese Beschreibung komplex, an der Grenzstelle wirst Du eine Singularität feststellen. Diese Grenze ist die Lichtgechwindigkeit.
Überschreiten wir diese Grenze, so denkst Du sicher: haaa... jetzt hab ich doch Recht, jetzt kommt es...Überlicht...
Nein nein, das wäre ja auch zu schön,,jetzt werden wir einen Mach-Kegel sehen. Wir werden eine Phasenbeziehung feststellen, die Grenzgeschwindigleit bleibt unberührt fest, nur eine Phase schleicht sich ein.

Originalton TOM:

2. noch weitergeführt:
angenommen 3 atome liegen genau in einer reihe nebeneinander.
es ist keine lücke in ihrer reihe..
(praktische unmöglichkeiten bitte ich hierbei zu vernachlässigen Very Happy)
und nun stößt man das erste an...
hat sich dann nicht die information vom ersten zum dritten schneller als mit c ausgebreitet?

Antwort:

Nichts ändert sich zu dem was ich oben sagte.

Weitere Bemerkungen:

Sei nicht frustiert über die Antworten. Was für Dich wichtig ist:
Habe Geduld, viel Geduld. Höre Deinem Mathelehrer aufmerksam zu, nimm Dir Zeit die Mathematik langsam kennenzulernen. Höre Deinem Physikleher zu, auch da nimm Dir Zeit aber vergesse nie:

Habe einen wachen Verstand. Stelle die Fragen, schreibe sie auf. Notiere die Antworten. Dann wird sich ganz allmählich ein Bild entwickeln, was Du verstehen kannst.

Ich hoffe meine Antworten halfen Dir ein wenig weiter

Nette Gruß

Wilfried

[Tom]

haaa... jetzt hab ich doch Recht, jetzt kommt es...Überlicht...

.
ok ich merke ich hab ein paar fragen vielleicht nen bisschen dumm gestellt =), aber danke !

[wilfried]

Lieber Tom,

Deine Fragen hast Du nicht "dumm" gestellt, sondern nur mit Unwissenheit gestellt.

Und dafür ist doch das Forum da, um Eure Fragen auch zu beantworten.

Bleib am Ball, und den Begriff dumm, den lassen wir hier weg.

Netten Gruß und ich hab Dir gerne weitergeholfen

Wilfried

[Tom]

tut mir leid, ich hab es so gemeint, wie du es gesagt hast.

[Skeltek]

2. angenommen ich bin im besitz eines laaaaangen stockes.
ich bin am einen ende und ein freund sitzt am anderen.
wenn ich nun den stock in richtung meines freundes schiebe, müsste es dann nicht möglich sein, dass er früher den stoß spürt als er ihn sieht ?

Ja, die Nase ist doch weiter vorne als die Augen.

[Hawkwind]

Auf den sehr empfehlenswerten Seiten von Hendrik Van Hees werden diese Experimente vom Nimtz-Typ ("anomale Dispersion") gut erklärt:
Superluminales Tunneln

[seeker]

Danke!
Ja, da kann man draus lernen, was Signalübertragungsgeschwindigkeit ist und dass genau genommen nur die nie größer als c sein kann.

Grüße
seeker