Physik, Licht und Unendlichkeit

Man kann die Lichtgeschwindigkeit recht simpel messen: Irgendeine Apollomission hat einen Spiegelreflektor auf dem Mond installiert, dieser wird regelmässig anvisiert um Abweichungen der Mondbahn zu messen. Aus der Zeit - Hin und zurück des Lichstrahls - ergibt sich eine genaue Messung. Darüber ist auch klar geworden, das sich der Mond jedes Jahr um 4cm von uns entfernt.

Ja du weisst nur wie viel Zeit das Licht für hin und zurück braucht, aber nicht wie lange es für einen Weg braucht. Das ist ja das Dilemma.

Ich weiß wieviel Zeit das Licht braucht, aber nicht wie lange es für den Weg benötigt?

Zitat von Torlok

Ich weiß wieviel Zeit das Licht braucht, aber nicht wie lange es für den Weg benötigt?

Ja, du weisst wie lange es für hin und zurück braucht, aber nicht wie lange es nur für den Hinweg braucht. Dass man durch zwei Teilen kann, ist nur eine Annahme, aber kein Beweis.

Schau dir mal Veritasiums Video dazu an.

Einweg-Lichtgeschwindigkeit – Wikipedia

Why No One Has Measured The Speed Of Light - YouTube

schon wieder was gelernt

Zitat von Fankman

Dass man durch zwei Teilen kann, ist nur eine Annahme, aber kein Beweis.

Häh? Langsam wird’s mir etwas zu abstrus…

Noch was zur Messung:

“Lichtgeschwindigkeit messen - so gelingt es

Eine Methode um die Lichtgeschwindigkeit zu messen ist besonders genau und auch nicht allzu schwer zu realisieren. Schon 1850 wurde dieses Verfahren von Léon Foucault benutzt, um eine sehr genaue Schätzung der Lichtgeschwindigkeit zu bekommen.
Vereinfacht dargestellt berechnen wir die Lichtgeschwindigkeit heutzutage mit einem Laser, einem Spiegel und einer möglichst genauen Stoppuhr.
Der Spiegel wird zum Beispiel 100 Meter entfernt vom Laser aufgestellt. Anschließend wird der Laser auf den Spiegel gerichtet und die Stoppuhr mit dem Laser verbunden.
Für die tatsächliche Messung werden zeitgleich der Laser und die Stoppuhr angeschaltet. Sobald das Licht wieder beim Laser angekommen ist (da es ja vom Spiegel reflektiert wird), stoppt die Stoppuhr.
Nun müssen Sie nur noch ablesen, wie lange das Licht gebraucht hat, um die Strecke zurückzulegen. Daraus lässt sich dann errechnen, wie schnell das Licht ist.”

Ja, aber das misst nur den Weg hin und zurück, also die sogenannte Zweiweggeschwindigkeit.

Schau mal die Links oben an

Der Mond dreht sich doch um die Erde, da haben wir doch in einem Monat alle Richtungen durch 🤪

Frage:

Wäre es in dem Falle dann nicht "sinnvoller" eine Apparatur zu bauen, bei welcher gleichzeitig sowohl der Lichtstrahl am Laser als auch die Stoppuhr am Spiegel gestartet wird, und bei welcher die Stoppuhr am Spiegel durch das Eintreffen des Lichtstrahls gestoppt wird? Dann hätte man nur eine Strecke gemessen.

Die Herausforderung wäre dann, einen Weg zu finden, beide exakt gleichzeitig zu starten ...

Der zweite Absatz ist genau die Knacknuss und eine der grossen Überlegungen die Einstein für seine SRT gemacht hat: Auch Gleichzeitigkeit ist relativ, du kannst keine Gleichzeitigkeit messen.

Aus Wikipedia:

"Die Relativität der Gleichzeitigkeit ist eine Aussage der speziellen Relativitätstheorie. Sie besagt, dass es auf die Frage, ob zwei Ereignisse an verschiedenen Orten gleichzeitig oder zu verschiedenen Zeitpunkten stattfinden, keine für alle Beobachter gleichermaßen gültige Antwort gibt."

OK, ich habe's kapiert. Einweg-Messung klappt nicht. Ja, ist interessant. Aber spielt vermutlich in der Tat keine Rolle, oder?

Erstens ein logisches Grundsatzproblem dabei: Die Nicht-Existenz von irgendetwas ist durch Beobachtung niemals endgültig ausschließbar ("Schwarzer Schwan"). Das heißt konkret: Selbst dann, wenn die Einweg-Geschwindigkeit messbar wäre, könnte man immer noch nicht endgültig ausschließen, dass die Lichtgeschwindigkeit bei der x-ten Messung vielleicht nicht doch einmal von c abweicht. Stimmt's?

Zweitens: Haben wir irgendeinen Anlass zur Annahme, die Geschwindigkeit des Lichts könne schwanken und/oder habe gar eine Vorzugsrichtung, sei es nun eine relative oder gar absolute? Warum sollte das so sein?

Drittens: Würde eine varianble Lichtgeschwindigkeit denn etwas erklären können, was wir unter der Annahme der Konstanz heute nicht verstehen?

Ja da hast du recht, vorerst ist das völlig irrelevant, da man mit dem aktuellen Wissen technisch weiter kommt. So ist es für die Funktionsweise von GPS-Sateliten egal, ob das Licht beide Wege gleich schnell geht.

Aber... was wenn das Universum nicht, wie von mir weiter oben hinreichend erklärt, singulär und ohne äussere Existenz existiert, sondern eines von vielen ist? Also quasi eine Blase in einem äusseren Medium. Dann wäre es durchaus möglich, dass unser Univerum herumfliegt und deshalb das Licht, innerhalb unseres Universums, eine bevorzugte Richtung haben könnte. Jedenfalls würde die Entdeckung einer "Lichtrichtung" auf so irgendetwas hinweisen und das könnte unsere Vorstellung vom Universum fundamental umkrempeln. Denn wenn Licht in eine Richtung schneller fliegt als in die andere, muss das einen Grund haben.

Fankman Ich glaube in den Naturwissenschaften gibt es so eine Art stilles Übereinkommen, dass man möglichst wenige Annahmen machen möchte.

Deine Ideen zum Universum (nicht singulär und ohne äußere Existenz) erscheint mir wie etwas on Top auf die Standard Kosmologie. Wie legitimierst du diese zusätzlichen Annahmen? Gibt es da einen unerklärten Effekt oder sowas, den du erklären willst oder wie kommst du dazu?

Du musst weiter oben lesen, da vertrete ich auch die gängige Vorstellung dass das Universum ein singuläres Ereignis ohne äussere Existenz ist. Das ist die einfachste Möglichkeit, weil man so Unendlichkeiten vermeiden kann. Das einzige Unendliche wäre das ewige Rebouncen des Univerums zwischen Urknall und Vakuum-Tod.

Man muss aber auch zumindest in Betracht ziehen, dass es eine Vielzahl an Universen gibt, die wo möglich nebeneinander existieren und vielleich auch kollidieren können. Es wäre auch denkbar, dass in denen unterschiedliche Naturgesetze herrschen.

Und der Nachweis unterschiedlicher Einweglichtgeschwindigkeit könnte so ein Hinweis sein, denn warum sollte das Licht in einem einzigartigen Universum eine bevorzugte Richtung haben? Aber das ist bloss meine Idee und entfernt sich weit von unseren Forschungsmöglichkeiten und driftet schon fast in den Bereich der Philosophie.

Die Serie “Das Universum - Eine Reise durch Raum und Zeit” liefert in Staffel 8 Folge 3, grandiose Einsichten zum Alter, Rand…des Universums. Unbedingt mal anschauen und ihr werdet erleuchtet!

Das Universum – Eine Reise durch Raum und Zeit Staffel 8 Episodenguide – fernsehserien.de

Eben durch Zufall diesen Artikel zu dem Thema gesehen, vielleicht ja für euch hier interessant:

Missing Link: Urknalltheorie – warum uns die Dunkle Energie das Licht abdreht | heise online

Gerade auf diesen Thread aufmerksam geworden - wollte ein paar kurze Sachen zu verschiedenen Beiträgen bemerken, mich aber eigentlich mehr up to date halten, wenn sich hier etwas Interessantes tut…

„Wenn man zwei Quanten verschränken würde und eines zum Ort bringt, wo das Licht abgeschickt wird und eines dorthin, wo das Licht ankommen soll, dann könnte man dennoch mit einer Uhr am Absendeort messen, wann das Quant am Ankunftsort des Lichts durch dessen Ankunft "triggert," da das Quant am Absendeort des Lichts ja dann genau gleichzeitig triggern würde…“

So einfach ist es nicht, da man den Zustand eines der Quanten nicht bewusst ändern kann - und selbst wenn es so wäre, könnte man keine Messung am anderen Quant durchführen, ohne den Zustand dieses anderen Teilchens zu beeinflussen - ganz lustig in dem Zusammenhang: Würde der Mond nicht ständig mit seiner Umgebung interagieren, wäre er faktisch nicht lokalisierbar - es stellt sich also vereinfacht die Frage, ob man den Mond sieht, weil er da ist oder ob der Mond da ist, weil man ihn sieht. Es gibt da ein nettes Experiment mit einzelnen Fullerenen, die einmal im Vakuum und einmal in normaler Atmosphäre durch einen Doppelspalt geschickt werden. Die Interferenz der Fullerene mit sich selbst (nach Dirac) erkennt man nur im Vakuum, da ansonsten durch Interaktion mit den Gasmolekülen - selbst wenn diese Interaktion nicht gemessen wird - die Nicht-Lokalität aufgehoben ist.

Wirklich interessant zu dem, was man unter „Messung“ versteht, sind übrigens die Ausführungen von Eugene Wigner, der sich damit beschäftigt hat, was genau den Kollaps der Wellenfunktion eines beobachteten Teilchens auslöst und so mit dem Verschwinden der W‘keitsdichte die Nicht-Lokalität des Teilchens aufhebt - reichte das Bewusstsein einer beobachtenden Amöbe dafür aus? (Da diese Fragestellung allerdings schon in die Philosophie ging, stießen seine Gedanken dazu auf wenig Interesse…)

„Wenn ich mich nicht bewege, fliegt das Licht immer gleichschnell in alle Richtungen von mir weg. Da stimme ich zu.

Wenn ich mich nicht bewege, fliegt aber auch der Schall immer gleichschnell in alle Richtungen von mir weg, richtig?“

Nicht ganz - das Licht fliegt nur gleichschnell in alle Richtungen weg, wenn die SRT gilt und kein absolutes Ruhesystem (Äthersystem) existiert (damit verknüpft ist auch die Existenz einer anisotropen Einweg-Lichtgeschwindigkeit). Bei Schall verhält es sich anders, weil der ein Medium zur Ausbreitung benötigt - insofern spielt es eine Rolle, ob man sich relativ zu diesem Medium bewegt.

„Ich glaube die Funktionsweise des Magnetismus erklärt man sich heute durch den Teilchenspin, so genau verstehe ich das aber auch nicht.“

Strenggenommen ist Magnetismus nur die relativistische Interpretation von elektrischer Anziehung - darum spricht man auch von elektromagnetischer Kraft. Wenn du dich auf Permanentmagnete und den Spin der Elementarteilchen beziehst, lässt sich die Funktionsweise sehr anschaulich und halb klassisch über Ladungsbewegung auf Bahnen und den damit verbundenen entstehenden magnetischen Feldern interpretieren.

Übrigens beträgt die Einweg-Lichtgeschwindigkeit bestimmt nicht 15km/h, denn dann könntest du auf der Straße überfahren werden, bevor du siehst, was dich überfahren hat…

Danke für den Link, Thygra. Ein grossartiger Artikel

Zitat von LeGon

Übrigens beträgt die Einweg-Lichtgeschwindigkeit bestimmt nicht 15km/h, denn dann könntest du auf der Straße überfahren werden, bevor du siehst, was dich überfahren hat…

Das stimmt allerdings

Zitat von Neva Kee

Und dann noch eine Frage: Wenn das Universum sich ja mit Überlichtgeschwindigkeit ausdehnen kann, dann ist es doch eigentlich klar, dass es eine Grenze des beobachtbaren Universums geben muss, weil sich alles "dahinter" schneller wegausdehnt, als das von dort kommende Licht (oder sonstwelche Strahlung) sich zu uns bewegen kann, oder?

Das ist ja auch so, wie in einem der hier im Thread verlinkten Videos schön erklärt.

Irgendwann wird es auch keine andere Galaxie mehr im von uns beobachtbaren Bereich geben. Dann wird uns das Universum völlig leer erscheinen. 😊

Zitat von Huutini

Irgendwann wird es auch keine andere Galaxie mehr im von uns beobachtbaren Bereich geben.

keine Sorge, wenn ich mir den Einfallsreichtum der Wissenschaftler in Bezug auf astronomische Instrumente anschaue dauert das noch ewig

Zitat von Klaus_Knechtskern

Zitat von Huutini

Irgendwann wird es auch keine andere Galaxie mehr im von uns beobachtbaren Bereich geben.

keine Sorge, wenn ich mir den Einfallsreichtum der Wissenschaftler in Bezug auf astronomische Instrumente anschaue dauert das noch ewig

Mir gefällt dein Optimismus, dass es zu dem Zeitpunkt noch Wissenschaftler und astronomische Instrumente geben könnte ...

naja, zur Zeit hat mich halt das James Webb Teleskop Where Is Webb? NASA/Webb etwas in den Bann gezogen. Wenn man sieht was und wie das gearbeitet wird ist man einfach optimistisch Im Missionsverlauf rund 350 SPOF (einzelne Ausfallpunkte) und alles klappt bisher noch wesentlich besser als erhofft

Zitat von Klaus_Knechtskern

Zitat von Huutini

Irgendwann wird es auch keine andere Galaxie mehr im von uns beobachtbaren Bereich geben.

keine Sorge, wenn ich mir den Einfallsreichtum der Wissenschaftler in Bezug auf astronomische Instrumente anschaue dauert das noch ewig

Genau genommen vergrössert sich der beobachtbare Raum nicht, egal wie gut die Instrumente irgendwann werden. Das heisst der Himmel wird immer schwärzer, auch wenn das James Webb-Teleskop immer weiter schauen kann.

Zitat von Neva Kee

Okay - ich bin's mal wieder - auf in eine neue Runde

Ich habe vorhin diesen Artikel gelesen:

Was war vor dem Urknall? [RND]

Darin heißt es, wie mir aber auch schon bekannt war, dass

Aber warum ist das so? Ich hätte selbst blauäugig angenommen, weil ich halt keine Ahnung habe (immerhin das habe ich mit Einstein gemeinsam, dass mir, je mehr ich weiß, umso klarer wird, dass ich nichts weiß ;P ), dass jegliche Strahlung von damals längst so schwach geworden ist, dass sie nicht mehr messbar ist. Und wie kann man mit Bestimmtheit sagen, dass die Strahlung, die man da misst, tatsächlich von damals stammt und nicht aus einer "aktuellen" Quelle? Man kommt ja von unserem Messpunkt nicht wirklich weg, so dass man ja eigentlich nicht wirklich gut von dem, was bei uns gilt, auf das ganze Universum schließen kann, oder? Und warum ist die Existenz dieser Strahlung ein Beweis für den Urknall? Es könnte doch genausogut irgendwann später nochmal ein heftiges Ereignis gegeben haben, welches diese Strahlung hätte erzeugen können und welches mit dem Urknall nichts zu tun haben muss...

Und dann noch eine Frage: Wenn das Universum sich ja mit Überlichtgeschwindigkeit ausdehnen kann, dann ist es doch eigentlich klar, dass es eine Grenze des beobachtbaren Universums geben muss, weil sich alles "dahinter" schneller wegausdehnt, als das von dort kommende Licht (oder sonstwelche Strahlung) sich zu uns bewegen kann, oder?

Und nun Ihr Auftritt, Mr. Fank

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1. Grundsätzlich wird Strahlung nicht einfach so schwächer, solange sie nicht mit irgendwelcher Materie interagieren kann.

Die Strahlung, auch wenn sie verwirrenderweise HINTERGRUND-Strahlung genannt wird, kommt nicht von irgendwo weit her, sondern ist überall im Universum zugegen. Dadurch, dass das Universum kein ausgezeichneten Mittelpunkt hat, gibt es auch keinen Punkt an dem der Urknall stattgefunden hat. Man könnte auch sagen, der Urknall passierte hier genau so wie auf Alpha Centauri oder an irgend einem anderen Ort im Universum. Du musst dir vorstellen, dass sich das Universum nicht als Volumen ausdehnt, sondern nur die Raumstruktur in sich, dehnt sich aus.

Gedankenexperiment: Stell dir ein kariertes A4-Papier vor, darauf verteilst du zufällig Punkte welche die Hintergrundstrahlung darstellen. Die Anzahl der Kästchen ist das Volumen im Universum. Stell dir jetzt vor, du könntest das Papier dehnen, die Anzahl der Kästchen bleibt gleich und auch die Verteilung der Punkte, also der Hintergrundstrahlung.

Würde diese Strahlung jetzt von einem lokalen Ereignis nach dem Urknall herführen, dann würden wir nicht in jede Richtung ein homogenes Bild der Strahlung sehen. Das wäre nur der Fall, wenn wir gerade zufälligerweise im Zentrum von diesem Ereignis stehen. Aber davon gehen wir mal nicht aus

2. Damit triffst du das Problem auf den Punkt. Das ist ja das deprimierende daran, irgendwann wird es einfach nur noch dunkel

Mehr durch Zufall bin ich auf dieses Video gestoßen, in dem "Doktor Whatson" (auch für Laien!) sehr gut erklärt, was passiert, wenn man in ein schwarzes Loch gezogen wird. (Hinweis: In der Mitte des Videos gibt es einen Werbeblock.)

Doktor Whatson: Wie sieht ein Schwarzes Loch von innen aus?

Was passiert, wenn man in ein Schwarzes Loch fällt? Ist dort ein Wurmloch, das einem ermöglicht sofort zu anderen Orten im Universum zu reisen?

www.spektrum.de

Wer mag, kann auch gerne mal auf seinem YouTube-Kanal schauen, da gibt es noch einige andere interessante Videos mit physikalischen (aber auch anderen) Themen.

Doktor Whatson

Spannende Videos über Wissenschaft, Physik, Philosophie, Technik und die Zukunft: Videos mit Mind-Blow-Faktor. Auf Instagram und Twitter teile ich regelmäßig…

www.youtube.com

Bei deiner Betrachtung musst du daran denken, dass durch eine Messung an einem der verschränkten Teilchen ein gemischter Zustand in einen eindeutigen übergeht, was Auswirkungen auf das andere Teilchen hat - du kannst allerdings nicht beeinflussen, in welchen Zustand der Übergang stattfindet. Dadurch lässt sich aber auch kein Informationsaustausch mit Überlichtgeschwindigkeit initiieren, was die Kausalitätsbedingung verletzen würde.

Eigener Gedanke dazu: Könnte man nicht trotzdem so wenigstens ein „Go!“-Signal senden? Nein, denn der Empfänger müsste eine Messung vornehmen und würde zwar einen definitiven Zustand feststellen, aber es wäre nicht klar, ob sich dieser durch die eben erfolgte Messung eingestellt hat oder schon zuvor festgelegt war.

EDIT: Was die Größe von verschränkten Systemen angeht, ist der Absatz „Besondere verschränkte Systeme“ hier interessant:

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Quantenverschränkung

Aha, Physik Grundschule 2. Klasse…

Ich habe keine Ahnung, aber Wikipedia meint dazu:

„Die Korrelationen durch Verschränkung verletzen nicht die Relativitätstheorie. Zwar liegt immer die Interpretation nahe, die Korrelationen könnten nur durch eine überlichtschnelle Wechselwirkung der verschränkten Teilsysteme zustande kommen. Es handelt sich aber nicht um eine Wechselwirkung, denn hierbei kann keine Information übertragen werden. Die Kausalität ist somit nicht verletzt. Dafür gibt es folgende Gründe:

Quantenmechanische Messungen sind probabilistisch, das heißt nicht streng kausal.
Das No-Cloning-Theorem verbietet die statistische Überprüfung verschränkter Quantenzustände, ohne dass diese dabei verändert werden.
Das No-Communication-Theorem besagt, dass Messungen an einem quantenmechanischen Teilsystem nicht benutzt werden können, um Informationen zu einem anderen Teilsystem zu übertragen.
Zwar ist Informationsübertragung durch Verschränkung allein nicht möglich, wohl aber mit mehreren verschränkten Systemen in Verbindung mit einem klassischen Informationskanal, siehe Quantenteleportation. Trotz dieses Namens können wegen des benötigten klassischen Informationskanals keine Informationen schneller als das Licht übertragen werden.“

Ja, ist wohl bewiesen - mir aber als „Otto Normaler“ einen Ticken zu hoch.

Zitat von Neva Kee

… Fernwirkung existiert und somit eine irgendwie geartete Abhängigkeit von beiden Quanten existiert, ist schließlich bewiesen, oder?

Kommt auf deine Sichtweise an - denn dafür müsstest du Teile des Systems lokal (also wiederum nicht-quantenmechanisch) betrachten… 😁

Neva Kee meine 2 Cents:

- Diesen Fernwechselwirkung gibt es auch schon in der klassischen Physik. Etwa in der Newtonschen Mechanik lassen sich alle Kräfte über ein Potential formulieren. Bewegt sich ein Lichtjahre entfernter Stern ein wenig, so ändert sich instantan die Gravitionskraft (dieses Sterns) auf unsere Sonne, die ja eigentlich Lichtjahre weit weg ist.

Streng genommen machen diese Informationsflussbeschränkungen nur Sinn in relativistischen Theorien. Entspricht ein Bild mit den langsamen Elektronen so einer relativistischen Theorie?

- Funfact: Licht sollte sich nicht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Wenn du aber in so moderne Feldtheoriebücher schaust (z.B. Peskin & Schröder) und dann den Feynman Propagator ausrechnest, dann verschwindet der außerhalb des Lichtkegeln nicht. Sollte er aber weil sich sonst Lichtwellenfronten mit Überlichtgeschwindigkeit ausbreiten können... Dieser Feynman Propagator ist die Grundlage für ziemlich alle Teilchentheorien. Beschreibt also z.B. Photonen. Ergo sollte es da irgendeinen Mechanismus geben um den Überlicht-Informationsfluss zu unterbinden aber keine Ahnung...

Zitat von Henry

Neva Kee meine 2 Cents:

- Diesen Fernwechselwirkung gibt es auch schon in der klassischen Physik. Etwa in der Newtonschen Mechanik lassen sich alle Kräfte über ein Potential formulieren. Bewegt sich ein Lichtjahre entfernter Stern ein wenig, so ändert sich instantan die Gravitionskraft (dieses Sterns) auf unsere Sonne, die ja eigentlich Lichtjahre weit weg ist.

Das wäre mit neu - auch das Gravitationspotential breitet sich nach der ART mit c aus (und empirisch bestätigt durch die letzte Messung über das Gravitationswellenereignis 2017).

Neva Kee

Hast Du das schon mit einer KI diskutiert?