– Die Geschwindigkeit von Licht im Vakuum 186,282 Meilen pro Sekunde (299,792 km pro Sekunde), und in der Theorie kann nichts schneller Reisen als das Licht. In Meilen pro Stunde, Lichtgeschwindigkeit ist, gut, viel: über 670,616,629 mph. Wenn Sie mit Lichtgeschwindigkeit reisen könnten, könnten Sie 7,5 Mal in einer Sekunde um die Erde gehen.

Frühe Wissenschaftler, die die Bewegung des Lichts nicht wahrnehmen konnten, dachten, es müsse sofort reisen. Im Laufe der Zeit wurden jedoch Messungen der Bewegung dieser wellenartigen Teilchen immer präziser., Dank der Arbeit von Albert Einstein und anderen verstehen wir jetzt die Lichtgeschwindigkeit als theoretische Grenze: Die Lichtgeschwindigkeit-eine Konstante namens “ c “ – wird aus den unten erläuterten Gründen von irgendetwas mit Masse als nicht erreichbar angesehen. Das hindert Science-Fiction-Autoren und sogar einige sehr ernsthafte Wissenschaftler nicht daran, sich alternative Theorien vorzustellen, die einige schrecklich schnelle Reisen durch das Universum ermöglichen würden.,

Lichtgeschwindigkeit: Geschichte der Theorie

Der erste bekannte Diskurs über die Lichtgeschwindigkeit stammt vom antiken griechischen Philosophen Aristoteles, der seine Meinungsverschiedenheit mit einem anderen griechischen Wissenschaftler, Empedokles, verfasste. Empedocles argumentierte, dass, weil sich Licht bewegte, es Zeit brauchen muss, um zu reisen. Aristoteles, der glaubte, dass Licht augenblicklich reisen würde, war anderer Meinung.

1667 stand der italienische Astronom Galileo Galilei zwei Menschen auf Hügeln, die weniger als eine Meile voneinander entfernt waren und jeweils eine abgeschirmte Laterne hielten. Einer entdeckte seine Laterne; als der zweite den Blitz sah, entdeckte er auch seine., Indem er beobachtete, wie lange es dauerte, bis der erste Laternenhalter das Licht gesehen hatte (und die Reaktionszeiten berücksichtigte), dachte er, er könne die Lichtgeschwindigkeit berechnen. Leider war Galileos experimentelle Entfernung von weniger als einer Meile zu klein, um einen Unterschied zu erkennen, so dass er nur feststellen konnte, dass Licht mindestens 10 Mal schneller als Ton reiste.

In den 1670er Jahren verwendete der dänische Astronom Ole Römer Finsternisse des Jupitermondes Io als Chronometer für die Lichtgeschwindigkeit, als er die erste echte Geschwindigkeitsmessung durchführte., Im Laufe mehrerer Monate, als Io hinter dem riesigen Gasplaneten vorbeizog, stellte Römer fest, dass die Finsternisse später kamen als erwartet, obwohl sie sich im Laufe mehrerer Monate den Vorhersagen näherten. Er stellte fest, dass Licht Zeit brauchte, um von Io zur Erde zu reisen. Die Finsternisse blieben am weitesten zurück, als Jupiter und Erde am weitesten voneinander entfernt waren, und waren im Zeitplan, als sie näher waren.

Laut NASA „lieferte Römer überzeugende Beweise dafür, dass sich Licht mit einer bestimmten Geschwindigkeit im Weltraum ausbreitete.,“

Er kam zu dem Schluss, dass es 10 bis 11 Minuten dauerte, von der Sonne zur Erde zu reisen, eine Überschätzung, da sie tatsächlich acht Minuten und 19 Sekunden dauert. Aber endlich hatten Wissenschaftler eine Reihe zu arbeiten — seine Berechnung ergab eine Geschwindigkeit von 125.000 Meilen pro Sekunde (200.000 km/s).

1728 stützte der englische Physiker James Bradley seine Berechnungen auf die Veränderung der scheinbaren Position der Sterne aufgrund der Reisen der Erde um die Sonne. Er setzte die Lichtgeschwindigkeit auf 185.000 Meilen pro Sekunde (301.000 km/s), genau auf etwa 1 Prozent.,

Zwei Versuche Mitte des 19. Jahrhunderts brachten das Problem auf die Erde zurück. Der französische Physiker Hippolyte Fizeau setzte einen Lichtstrahl auf ein sich schnell drehendes Zahnrad, wobei ein Spiegel aufgestellt wurde 5 Meilen entfernt, um es zurück zu seiner Quelle zu reflektieren. Die Variation der Geschwindigkeit des Rades erlaubte Fizeau zu berechnen, wie lange es dauerte, bis das Licht aus dem Loch, zum angrenzenden Spiegel und zurück durch den Spalt wanderte. Ein anderer französischer Physiker, Leon Foucault, verwendete einen rotierenden Spiegel anstelle eines Rades. Die beiden unabhängigen Methoden erreichten jeweils etwa 1.000 Meilen pro Sekunde der heute gemessenen Lichtgeschwindigkeit.,

Der in den USA aufgewachsene Preuße Albert Michelson versuchte 1879, Foucaults Methode zu replizieren, verwendete jedoch eine größere Entfernung sowie extrem hochwertige Spiegel und Linsen. Sein Ergebnis von 186.355 Meilen pro Sekunde (299.910 km/s) wurde 40 Jahre lang als genaueste Messung der Lichtgeschwindigkeit akzeptiert, als Michelson es erneut maß.

Eine interessante Fußnote zu Michelsons Experiment war, dass er versuchte, das Medium zu erkennen, durch das Licht wanderte, das als leuchtender Äther bezeichnet wird. Stattdessen enthüllte sein Experiment, dass der Äther nicht existierte.,

„Das Experiment — und Michelsons Werk-war so revolutionär, dass er als einziger Mensch in der Geschichte einen Nobelpreis für eine sehr genaue Nichtentdeckung von irgendetwas gewonnen hat“, schrieb der Astrophysiker Ethan Siegal im Forbes Science Blog, Beginnt mit einem Knall. „Das Experiment selbst mag ein völliger Misserfolg gewesen sein, aber was wir daraus gelernt haben, war ein größerer Segen für die Menschheit und unser Verständnis des Universums, als jeder Erfolg gewesen wäre!,“

Einstein und spezielle Relativitätstheorie

1905 schrieb Albert Einstein seine erste Arbeit über spezielle Relativitätstheorie. Darin stellte er fest, dass sich Licht mit der gleichen Geschwindigkeit bewegt, egal wie schnell sich der Beobachter bewegt. Selbst mit den genauesten Messungen bleibt die Lichtgeschwindigkeit für einen Beobachter, der still auf der Erdoberfläche steht, gleich wie für einen, der in einem Überschallstrahl über seiner Oberfläche reist., Auch wenn die Erde die Sonne umkreist, die sich selbst um die Milchstraße bewegt, eine Galaxie, die sich durch den Weltraum bewegt, wäre die gemessene Lichtgeschwindigkeit, die von unserer Sonne kommt, gleich, ob man innerhalb oder außerhalb der Galaxie stand, um sie zu berechnen. Einstein berechnete, dass die Lichtgeschwindigkeit nicht mit der Zeit oder dem Ort variiert.

Obwohl die Lichtgeschwindigkeit oft als Geschwindigkeitsbegrenzung des Universums bezeichnet wird, dehnt sich das Universum tatsächlich noch schneller aus., Laut dem Astrophysiker Paul Sutter dehnt sich das Universum mit etwa 68 Kilometern pro Sekunde pro Megaparsec aus, wo ein Megaparsec 3,26 Millionen Lichtjahre beträgt (mehr dazu später). Ein Galaxy 1 Megaparsec scheint also mit einer Geschwindigkeit von 68 km/s von der Milchstraße entfernt zu sein, während ein Galaxy 2 Megaparsec mit 136 km/s zurückgeht und so weiter.

„Irgendwann, in einer obszönen Entfernung, kippt die Geschwindigkeit über die Waage und übersteigt die Lichtgeschwindigkeit, alles aus der natürlichen, regelmäßigen Ausdehnung des Raums“, schrieb Sutter.,

Er fuhr fort zu erklären, dass, während spezielle Relativitätstheorie eine absolute Geschwindigkeitsbegrenzung bietet, allgemeine Relativitätstheorie größere Entfernungen ermöglicht.

„Eine Galaxie auf der anderen Seite des Universums? Das ist der Bereich der allgemeinen Relativitätstheorie, und die allgemeine Relativitätstheorie sagt: Wen interessiert das? Diese Galaxie kann jede Geschwindigkeit haben, die sie will, solange sie weit weg bleibt und nicht neben Ihrem Gesicht“, schrieb er.

“ Die spezielle Relativitätstheorie kümmert sich nicht um die Geschwindigkeit — superluminal oder auf andere Weise — einer fernen Galaxie. Und du auch nicht.“

Was ist ein lichtjahr?,

Die Entfernung Licht bewegt sich im Laufe eines Jahres genannt, ist ein Licht-Jahr. Ein Lichtjahr ist ein Maß für Zeit und Entfernung. Es ist nicht so schwer zu verstehen, wie es scheint. Stellen Sie sich das so vor: Licht wandert in etwa 1 Sekunde vom Mond zu unseren Augen, was bedeutet, dass der Mond etwa 1 Lichtsekunde entfernt ist. Sonnenlicht dauert ungefähr 8 Minuten, um unsere Augen zu erreichen, also ist die Sonne ungefähr 8 Lichtminuten entfernt. Das Licht vom nächsten Sternensystem, Alpha Centauri, benötigt ungefähr 4,3 Jahre, um hierher zu gelangen, so dass das Sternensystem 4,3 Lichtjahre entfernt sein soll.,

“ Um eine Vorstellung von der Größe eines Lichtjahres zu erhalten, nehmen Sie den Umfang der Erde (24.900 Meilen), legen Sie ihn in einer geraden Linie aus, multiplizieren Sie die Länge der Linie mit 7, 5 (die entsprechende Entfernung beträgt eine Lichtsekunde) und platzieren Sie dann 31, 6 Millionen ähnliche Linien von Ende zu Ende“, schreibt das Glenn Research Center der NASA auf seiner Website. „Die resultierende Entfernung beträgt fast 6 Billionen (6.000.000.000.000) Meilen!“

Sterne und andere Objekte außerhalb unseres Sonnensystems liegen irgendwo von einigen Lichtjahren bis zu einigen Milliarden Lichtjahren entfernt., Wenn Astronomen also Objekte untersuchen, die ein Lichtjahr oder länger entfernt liegen, sehen sie, dass es zu der Zeit existierte, als das Licht es verließ, nicht so, wie es aussehen würde, wenn sie heute in der Nähe seiner Oberfläche stehen würden. In diesem Sinne ist alles, was wir im fernen Universum sehen, buchstäblich Geschichte.

Dieses Prinzip ermöglicht es Astronomen zu sehen, wie das Universum nach dem Urknall aussah, der vor etwa 13, 8 Milliarden Jahren stattfand., Wenn wir Objekte untersuchen, die beispielsweise 10 Milliarden Lichtjahre entfernt sind, sehen wir sie so, wie sie vor 10 Milliarden Jahren aussahen, relativ bald nach dem Beginn des Universums und nicht so, wie sie heute erscheinen.

Ist die Lichtgeschwindigkeit wirklich konstant?

Licht bewegt sich in Wellen und kann wie Schall verlangsamt werden, je nachdem, was es durchquert. Nichts kann Licht im Vakuum übertreffen. Wenn jedoch ein Bereich Materie oder sogar Staub enthält, kann sich das Licht verbiegen, wenn es mit den Partikeln in Kontakt kommt, was zu einer Geschwindigkeitsabnahme führt.,

Licht, das sich durch die Erdatmosphäre bewegt, bewegt sich im Vakuum fast so schnell wie Licht, während Licht, das durch einen Diamanten hindurchgeht, auf weniger als die Hälfte dieser Geschwindigkeit verlangsamt wird. Dennoch fährt es mit über 277 Millionen Meilen pro Stunde (fast 124.000 km/s) durch das Juwel — keine Geschwindigkeit, über die man spotten muss.

Können wir schneller als Licht reisen?

Science Fiction liebt es, darüber zu spekulieren, denn „Warp-Geschwindigkeit“, wie schneller als Licht reisen im Volksmund bekannt ist, würde es uns ermöglichen, zwischen Sternen in Zeitrahmen zu reisen, die sonst unmöglich lang sind., Und obwohl es sich nicht als unmöglich erwiesen hat, macht die Praktikabilität, schneller als Licht zu reisen, die Idee ziemlich weit hergeholt.

Nach Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie nimmt die Masse zu, wenn sich ein Objekt schneller bewegt, während sich seine Länge zusammenzieht. Bei Lichtgeschwindigkeit hat ein solches Objekt eine unendliche Masse, während seine Länge 0 ist-eine Unmöglichkeit. Somit kann kein Objekt die Lichtgeschwindigkeit erreichen, so die Theorie.

Das hindert Theoretiker nicht daran, kreative und konkurrierende Theorien vorzuschlagen., Die Idee der Warpgeschwindigkeit ist nicht unmöglich, sagen einige, und vielleicht werden die Menschen in zukünftigen Generationen zwischen den Sternen hüpfen, so wie wir heute zwischen den Städten reisen. Ein Vorschlag würde ein Raumschiff beinhalten, das eine Raumzeitblase um sich selbst falten könnte, um die Lichtgeschwindigkeit zu überschreiten. Klingt gut, in der Theorie.,

„Wenn Captain Kirk gezwungen wäre, sich mit der Geschwindigkeit unserer schnellsten Raketen zu bewegen, würde er hunderttausend Jahre brauchen, um zum nächsten Sternensystem zu gelangen“, sagte Seth Shostak, Astronom am Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI) Institute in Mountain View, Kalifornien., in einem Interview 2010 mit Space.com ‚ s Schwester-Website LiveScience. „Science Fiction hat also schon lange einen Weg postuliert, die Lichtschranke zu überwinden, damit sich die Geschichte etwas schneller bewegen kann.“