Angewandte Fachbegriffe


Lichtgeschwindigkeit

Lichtgeschwindigkeit bezeichnet allgemein die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht und anderen elektromagnetischen Wellen in beliebigen Medien. Meist ist speziell die fundamentale Naturkonstante Lichtgeschwindigkeit im Vakuum c gemeint, deren Bedeutung durch die spezielle Relativitätstheorie weit über die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht im Vakuum hinausgeht.

Es wurde nachgewiesen, dass die Geschwindigkeit von Licht im Vakuum unabhängig von der Geschwindigkeit des zum Nachweis verwendeten Empfängers (Michelson-Morley-Experiment) und von der Geschwindigkeit der Lichtquelle selbst ist. Albert Einstein postulierte daher die Vakuumlichtgeschwindigkeit c als die maximale Geschwindigkeit, mit der sich Masse bewegen kann und Energie und Information in unserem Universum übertragen werden können. Daraus entwickelte er die Relativitätstheorie. Teilchen ohne Ruhemasse, wie die Photonen, bewegen sich stets mit dieser Grenzgeschwindigkeit, alle massebehafteten Teilchen stets langsamer. Als Folge der speziellen Relativitätstheorie (SRT) verbindet die Naturkonstante c die vorher unabhängigen Konzepte Energie (E) und Masse (m) in der berühmten Äquivalenz von Masse und Energie E=mc2. Auch Orts- und Zeitkoordinaten werden nun durch c zur Raumzeit zusammengefasst und in einem vierdimensionalen Raum als Vierervektorgemeinsam betrachtet.

Die Lichtgeschwindigkeit ist so hoch, dass man lange Zeit annahm, dass das Entzünden eines Lichts überall gleichzeitig wahrgenommen werden kann. Im Jahr 1676 stellte Ole Rømer eine Verzögerung in der Verdunkelung des Jupitermondes Io je nach Lage der Erde relativ zum Jupiter fest. Daraus folgerte er korrekt, dass sich Licht mit einer endlichen Geschwindigkeit ausbreitet. Der von ihm ermittelte Wert wich nur um 30 % vom tatsächlichen Wert ab. Die Messmethoden zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit wurden in der Folgezeit immer genauer. Seit 1983 wird der Meter als die Entfernung definiert, die Licht im 299 792 458-ten Bruchteil einer Sekunde im Vakuum zurücklegt, so dass der Zahlenwert der Vakuumlichtgeschwindigkeit c=299.792.458m/s dauerhaft gilt. Präzise Entfernungsmessungen werden heute direkt auf die Lichtgeschwindigkeit bezogen, z. B. bei Laserentfernungsmessern oder beim Global Positioning System.

Das Formelzeichen c (von lateinisch celeritas, Schnelligkeit) wird in vielen Fällen auch für die abweichende Ausbreitungsgeschwindigkeit in Materialien benutzt, wie Glas, Luft oder elektrischen Leitungen. Daher wird oft durch Wortzusätze deutlich gemacht, ob die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum oder im Medium gemeint ist, wenn es sich nicht aus dem Zusammenhang ergibt. Auch der Index 0 (->c0) wird für die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum verwendet.

 

 

Astronomische Einheit = AE


Innovation

Schwerkraft

Gravitation

Schwarzschildradius

Treibstoff

...

Die folgenden Artikel/Bezeichnungen finden in der Serie keine Verwendung und dienen nur zur Referenz.

Überlichtgeschwindigkeit

Überlichtgeschwindigkeit wird in der Serie nicht verwendet/erwähnt.

 

Es gibt verschiedene spekulative Ansätze für die Existenz von Teilchen, die sich schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Ein Beispiel sind als Tachyon bezeichnete hypothetische Teilchen. Nach der Relativitätstheorie können jedoch Tachyonen nicht mit normaler Materie wechselwirken: sonst könnte man nicht, für alle Beobachter gleich, zwischen Ursache und Wirkung unterscheiden. Die theoretischen Grundlagen des Tachyonen-Konzepts sind umstritten. Ein experimenteller Nachweis von Tachyonen gelang bisher nicht.

 

Darüber hinaus erregten in den vergangenen Jahren Veröffentlichungen besonderes Aufsehen, in denen behauptet wurde, Überlichtgeschwindigkeit erzielt zu haben, siehe beispielsweise Messungen der Neutrinogeschwindigkeit. Doch entweder konnte gezeigt werden, dass die scheinbar überlichtschnelle Signalübermittlung durch eine Fehlinterpretation der Daten entstand (überlichtschnelle Jets, superluminares Tunneln). In anderen Fällen konnten die Messungen bei unabhängigen Wiederholungen offiziell nicht reproduziert werden.

 

 

Wurmlöcher

Ein damit verwandter Effekt ist das Durchqueren sogenannter Wurmlöcher, das oft in Science-Fiction-Romanen verwendet wird. Dabei bewegt sich ein Raumschiff lokal zwar nicht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit, es nimmt aber im gekrümmten Raum eine Abkürzung, so dass es am Ende doch schneller als das Licht am Ziel ankommt. Als zweidimensionale Analogie kann man den Weg über ein gefaltetes Blatt Papier betrachten. Statt auf dem Papier zu bleiben, kann ein Reisender auch einfach ein Loch ins Papier bohren und damit die darangefaltete andere Seite erreichen. Mit dieser Technik wären auch Zeitmaschinen denkbar. Solche Wurmlöcher können zwar in der Relativitätstheorie theoretisch konstruiert werden, es scheint aber, dass sie in der Praxis sehr instabil wären, so dass nicht einmal Informationen durch sie hindurchgeleitet werden könnten.

 

 

Hyperraum

Einen vergleichbaren Effekt bewirken würde die ebenfalls in der Science-Fiction gerne verwendete Vorstellung einer Abkürzung durch einen Hyperraum, in den unsere Raumzeit eingebettet sein könnte. Die Idee ist dabei folgende: Um den Weg vom Nordpol zum Südpol abzukürzen, reise man quer durch die Erde anstatt entlang der Oberfläche. Der Weg durch die Erde (über die dritte Dimension) ist kürzer als der Weg auf der (zweidimensionalen) Erdoberfläche. Genauso könnte man sich vorstellen, dass unsere Raumzeit auch in einen höherdimensionalen Hyperraum eingebettet ist (wie die Erdoberfläche in den Raum), und man daher durch den Hyperraum abkürzen könnte. Auch hier würde man (im Hyperraum) nicht schneller als Lichtgeschwindigkeit fliegen müssen, um schneller als das Licht im Normalraum am Ziel anzukommen.