Wie schnell ist Licht wirklich ?

Wissenschaft Physik
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Wenn wir schon mal dabei sind, muß ich da auch mal an den Säulen der Physik rütteln. Bis vor einigen Jahren dachte ich, daß das mit der Messung der Lichtgeschwindigkeit ganz einfach wäre und ich es verstanden hätte. Dann habe ich aber festgestellt, daß dem nicht so ist. Ich benutze dazu folgende Meßanordnung:
Am Punkt A befinde sich eine Lichtquelle ein Fotosensor und eine Uhr. Am Punkt B befindet sich ein Spiegel. Der Abstand d zwischen A und B ist genau bekannt. Die Uhr wird gestartet, wenn die Lichtquelle einen Lichtblitz absendet und gestoppt, wenn der vom Punkt B reflektierte Blitz am Fotosensor ankommt. Daraus ergibt sich c = 2d / t mit t als die von der Uhr gestoppte Zeit. So weit so klar.
Jetzt muß ich mich aber mit der Uhr befassen. Da ich ja frei in der Wahl meiner Uhr bin, nehme ich mir eine mit einem elektromagnetischen Resonator als Referenztaktgeber. Der Einfachheit halber soll d = 150000 km und die Resonatorlänge 150 mm sein. Der Resonator schwingt stabil auf seiner lamda/2 Grundfrequenz. Bei 150 mm Resonatorlänge ergib sich eine Wellenlänge von 300 mm. Damit läßt sich die Resonanzfrequenz mit f = c/lamda = 10^9 Hz = 1 GHz berechnen. Die Zeitaulösung der Uhr ist also 10^-9 s = 1 ns.
Meine Messung wird ergeben, daß die Uhr genau 10^9 Takte, also 1s gestoppt hat, wenn der Blitz den Fotosensor erreicht hat. Ich werde also folgern, daß das Licht eine Geschwindigkeit von C = 2 * 150000 km / 1s = 3*10^8 m/s hat.
Jetzt kann ich die Sekunde noch durch den Term ersetzen, durch den meine Uhr die Sekunde definiert: 1s = 10^9 / f = 10^9 * lamda / c = 10^9 * 0.3m /c

-> c = 3*10^8m / 1s -> c = 3*10^8m / (10^9 * 0.3m / c ) -> 1 = 1

Da haben wir den Salat, denn hier kürzt sich alles, c inclusive, weg und es ergibt sich einfach nur eine wahre Aussage.
Das war aber eigentlich auch nicht anders zu erwarten. Wenn ich die Zeit als eine von c linear abhängige Größe zur Messung von c heranziehe, mußte das so kommen.
Was habe ich denn nun wirklich gemessen ? Eigentlich hat meine Messung ja nur bestätigt, daß das Licht für die n-fache Strecke die n-fache Zeit benötigt. Bedingt durch die Definition der Sekunde und des Meters erhalte ich diese ominöse Konstante c, unabhängig davon, wie schnell das Licht ist.

Jetzt aber meine Frage: Wie schnell ist das Licht denn nun wirklich ???

fragt sich seit langem und jetzt euch Jörg

zugegeben eine sehr provokante, aber sicher nicht uninteressante Frage

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Atomuhr? o.T.
mfg!

BStefan

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Das war aber eigentlich auch nicht anders zu erwarten. Wenn
ich die Zeit als eine von c linear abhängige Größe zur Messung
von c heranziehe, mußte das so kommen.
Was habe ich denn nun wirklich gemessen ? Eigentlich hat meine
Messung ja nur bestätigt, daß das Licht für die n-fache
Strecke die n-fache Zeit benötigt. Bedingt durch die
Definition der Sekunde und des Meters erhalte ich diese
ominöse Konstante c, unabhängig davon, wie schnell das Licht
ist.

…das ist doch eine Frage des Bezugssystems. Zu einem absoluten Bezugssystem ist Licht doch konst. schnell!?
Was Du in Deine Überlegungen mit einbeziehen musst ist, dass die Zeit relativ zur Geschwindigkeit als Messgröße ist…

Jetzt aber meine Frage: Wie schnell ist das Licht denn nun
wirklich ???

Die frage müsste doch lauten; Wie schnell und zu welchem Bezugssystem - oder?
Ich denke, dass sich die Frage mit der Einst. Relativitätstheorie beantworten ließe.
Vielleicht hilft dir das!?

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Das war aber eigentlich auch nicht anders zu erwarten. Wenn
ich die Zeit als eine von c linear abhängige Größe zur Messung
von c heranziehe, mußte das so kommen.
Was habe ich denn nun wirklich gemessen ? Eigentlich hat meine
Messung ja nur bestätigt, daß das Licht für die n-fache
Strecke die n-fache Zeit benötigt. Bedingt durch die
Definition der Sekunde und des Meters erhalte ich diese
ominöse Konstante c, unabhängig davon, wie schnell das Licht
ist.

…das ist doch eine Frage des Bezugssystems. Zu einem
absoluten Bezugssystem ist Licht doch konst. schnell!?

das ist eben die Frage. Ein Meßversuch wird immer den Wert c ergeben, weil die Sekunde und der Meter so definiert sind. Wäre das Licht sehr langsam, würden wir trotzdem den korrekten Wert für c messen, weil auch die Uhren sehr langsam gehen würden. Die wahre Lichtgeschwindigkeit entzieht sich also unserer Erkenntnis, behaupte ich einfach mal.

Was Du in Deine Überlegungen mit einbeziehen musst ist, dass
die Zeit relativ zur Geschwindigkeit als Messgröße ist…

hmm, verstehe ich leider nicht.

Jetzt aber meine Frage: Wie schnell ist das Licht denn nun
wirklich ???

Die frage müsste doch lauten; Wie schnell und zu welchem
Bezugssystem - oder?

Ich habe doch nur ein Bezugssystem, das in dem ich messe.

Ich denke, dass sich die Frage mit der Einst.
Relativitätstheorie beantworten ließe.
Vielleicht hilft dir das!?

ich fürchte nicht

Jörg

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Hi Jörg :smile:))

Spätestens seit Albert wissen wir, dass die Vakuum-Lichtgeschwindigkeit c unabhängig von der Geschwindigkeit der Lichtquelle ist. Egal, wie schnell du dich auch bewegst, in deinem Bezugssystem ändern sich die Längen- und Zeitskala genau so, dass du immer c messen wirst. Mit anderen Worten, die Lichtgeschwindigkeit ist die genauste physikalische Konstante, die wir kennen. Sie ist definiert als

c = 299.792.458 m/s

Sogar das Meter ist über c festgelegt. (Das Ur-Meter in Paris ist heute nicht mehr gültig.) Die Sekunde ist auch ganz exakt definiert, über den radioaktiven Zerfall eines bestimmten Cs-Isotops. Aus der Definition der Lichtgeschw. und der Definition der Sekunde resultiert dann das Meter.

[…Messmethode…Lichtstrahl von A nach B und wieder zurück.
Zeit messen, die benötigt wird … c= 2*strecke(AB)/Zeit]
Bedingt durch die Definition der Sekunde und des Meters
erhalte ich diese ominöse Konstante c, unabhängig davon, wie
schnell das Licht ist.

Die Methode, die du beschrieben hast, ist eigentlich eine Methode zur Entfernungsmessng: Bedingt durch die Defintion von Lichtgeschw. und Sekunde stellst du fest, wie groß die Entfernung zwischen A und B ist!

Dass die Lichtgeschwindigkeit c so einen krummen Wert hat, liegt aber tatsächlich darin begründet, dass man früher die Lichtgeschw. so gemessen hat, wie du beschrieben hast. Damals wurde noch das Ur-Meter in Paris als maßgeblich betrachtet. Der Wert für c mit dem Ur-Meter ergibt sich zu

c(alt) = 299.792.458,26 m/s

Tja, die 0,… hat man weggelassen und hat das Meter entsprechend umdefiniert. Hätte man vielleicht richtig machen sollen, und c auf 300.000.000 m/s festklopfen sollen, aber dann wären wohl die Abweichungen zum bisherigen Meter zu groß gewesen.

Jetzt aber meine Frage: Wie schnell ist das Licht denn nun
wirklich ???

Genau so schnell, wie es oben steht: 299.792.458 m/s. Deine Frage müsste eigentlich heißen: Wie lang ist ein Meter :smile:))

cu Stefan.

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Hallo Stefan,
erstmal vielen dank für Deine Erklärungen,ich habe mich mal schlau gemacht und mit entsetzen festgestellt, daß auch in der Physik offensichtlich die Unbeständigkeit sehr beständig ist. Ich habe damals noch gelernt, daß der Meter das 1650763,73-fache der Wellenlänge einer von Kr86-Atomen ausgesendeten Strahlung ist. Meine Frage macht natürlich nur Sinn, wenn ich von dieser Definition ausgehe. Wenn c schon per Definition feststeht, darf ich c ja eigentlich nicht mehr messen.
Um meine Frage dennoch stellen zu können, müßten wir dann einfach nochmal die alte Definition herauskramen oder gleich meine Messanordnung selbst dazu verwenden. Die Definition des Meters über eine Wellenlänge hat ja längere Zeit gut funktioniert und daher soo falsch nicht gewesen sein. Definieren wir also, nur für meinen Versuch, die Sekunde als das 10^9-fache der Periodendauer der Eigenschwingung meines Resonators und den Meter als das 3,333…-fache der Wellenlänge der vom Resonator abgestrahlten Wellen oder gleich das 6,666…-fache meiner Resonatorlänge ( Resonatorlänge = 0,15 * „Urmeter“ ). Jetzt darf ich c wieder messen und werde natürlich wieder den korrekten Wert (gerundet) für c erhalten.
Das Licht könnte z.B. unendlich schnell sein und wir würden es nicht bemerken. Die Welt als ein starres 4-dimensionales Gebilde, in dem alle Ereignisse vom Urknall bis zum nächsten (?) gleichzeitig stattfinden bzw. vorhanden sind ? Diese Sichtweise ist vieleicht etwas abgefahren, aber ich hoffe Du weißt jetzt, was ich mit meiner Frage meine und wo mein Problem liegt.

Jörg

7

Hi Jörg :smile:

Hmm, ich habe mich wohl zuvor misverständlich ausgedrückt, sorry. In deinem Ursprungs-Posting meintest du:

„Was habe ich denn nun wirklich gemessen ? Eigentlich hat meine
Messung ja nur bestätigt, daß das Licht für die n-fache Strecke die n-fache Zeit benötigt. Bedingt durch die Definition der Sekunde und des Meters erhalte ich diese ominöse Konstante c, unabhängig davon, wie schnell das Licht ist.“

Das Problem ist das Wort „unabhängig“ darin. Du setzt voraus, dass die Sekunde und das Meter unabhängig von der Lichtgeschwindigkeit c sind. Das ist aber genau nicht der Fall.

Stell dir vor, du stehst an einem Bahnsteig und da rast ein Zug mit 0.9*c an dir vorbei. In diesem Zug steht ein Mann mit einer Taschenlampe, die er in Fahrtrichtung hält. Du wirst auf dem Bahnsteig für die Geschwindigkeit des Taschenlampenlichtes genau c messen. Aber der Mann im Zug wird für die Geschwindigkeit des Taschenlampenlichtes ebenfalls genau c messen. Das klingt paradox, ist aber schon vor Einstein duch Michelson und Morley experimentell nachgeprüft worden. Die Physiker vor 100 Jahren waren darüber am Rätseln. Einstein hat das nun einfach als gegeben hingenommen und hat eine erschütternde Feststellung machen müssen. Wenn beide Männer, der auf dem Bahnsteig und der im Zug, die gleiche Lichtgeschwindigkeit messen, dann kann das nur bedeuten, dass Länge und Zeit für beide Männer unterschiedlich sind. Man spricht heute von „Längenkontraktion“ und „Zeitdilatation“.

Alle Einheiten, die über physikalische Vorgänge definiert sind, unterliegen auch den Gesetzen der Physik. Damit unterliegen insbesondere die Definitionen des ehemaligen Meters und der Sekunde den physikalischen Gesetzen. Weil aber Meter und Sekunde durch die Lichtgeschwindigkeit miteinander verbunden sind, war es sinnvoll, die Lichtgeschwindigkeit festzuschreiben und nur noch die Sekunde durch einen physikalischen Effekt zudefinieren.

Definieren wir also, nur für meinen Versuch, die Sekunde als
das 10^9-fache der Periodendauer der Eigenschwingung meines
Resonators und den Meter als das 3,333…-fache der
Wellenlänge der vom Resonator abgestrahlten Wellen oder gleich
das 6,666…-fache meiner Resonatorlänge ( Resonatorlänge =
0,15 * „Urmeter“ ). Jetzt darf ich c wieder messen und werde
natürlich wieder den korrekten Wert (gerundet) für c erhalten.

Stimmt.

Das Licht könnte z.B. unendlich schnell sein und wir würden es
nicht bemerken.

Wieso? Wir messen mit deiner Anordnung doch gerade c.

Viele Grüße

Stefan.

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Hallo Stefan,
ich denke, ich habe schon verstanden, was Du meinst. Unser Verständigungsproblem besteht wohl darin, daß ich unterschieden habe zwischen der Konstante c und dem Begriff Lichtgeschwindigkeit. Das ist nach geltenden physikalischen Definitionen zwar unzulässig, aber ich habe einfach mal überlegt, welche Auswirkungen es hätte, wenn ich es doch tue. Dabei bin ich zu dem Schluß gekommen, daß die mir zur Verfügung stehenden Maßstäbe linear voneinander abhängig sind.
c ist also fest definiert.
der Meter ist über c und die Sekunde definiert.
die Sekunde ist über eine Resonanzfrequenz definiert.
Die Resonanzfrequenz ist wiederum über die Resonatorlänge, also den Meter, und c definiert.
Egal welche der drei Größen ich also messen will, das Ergebnis ist immer nur, daß das Licht für 2 m doppelt so lange braucht wie für 1 m bzw. daß das Licht in 2 s die doppelte Strecke zurücklegt wie in 1 s. Die sich ergebenden Zahlenwerte sind das Ergebnis willkürlicher Definitionen. Sollte es für diese Größen einen absoluten Maßstab geben, bleibt er uns verborgen.
Bevor ich mir jetzt einen Knoten ins Hirn denke, werde ich vieleicht, wenn ich mehr Zeit habe, nochmal darüber nachdenken. Vieleicht fällt mir dann ein, wo das Problem ist, falls es eins gibt und vor allem, wie ich es verständlich formulieren kann.

Glücklich sind die, die das Leben genießen, statt sich darüber den Kopf zu zerbrechen, wie das überhaupt möglich ist :smile:

Jörg