Fragen zur Lichtgeschwindigkeit

    Hallo allerseits,
    Mich beschäftigt eine Frage.Im Vakuum beträgt ja bekanntermaßen die Lichtgeschwindigkeit ca.300000km/s.In Medien wie Glas,Luft etc. ist sie ja langsamer.Bekanntermaßen würde sonst kein Refraktor funktionieren.
    Im Vakuum ist sie am schnellsten.Nun Vakuum ist ja die Abwesenheit von Stoff/Materie.Aber auch das überschaubare Vakuum ist ja nicht völlig leer(elektromagnetische Felder,Neutrinos,evlt. dunkle Materie).
    Was wäre in einem noch leereren Vakuum ohne vorgenannte Komponenten?
    Könnte da die Lichtgeschwindigkeit noch höher sein?
    Gruß Armin

    Hallo Armin,


    interessante Fragestellung und obwohl ich kein Physiker bin, würde ich sagen: "Nein, sie kann nicht noch höher sein."


    Die Lichtgeschwindigkeit ist eine Naturkonstante, und das Medium Licht hat keine Wechselwirkung (oder zumindest nicht so starke, als dass ihr Wert verändert werden könnte) mit den von Dir genannten Komponenten. Neutrinos wechselwirken mit gar nichts und von der dunklen Materie wissen wir ja gar nicht, was sie ist bzw. was sie sein soll.


    Vielleicht kann das ein Physiker aber besser erklären oder mich korrigieren.

    Armin,
    schon der Unterschied der Lichtgeschwindigkeit in Luft zur Geschwindigkeit im Vakuum ist nur noch sehr klein. Die Lichtgeschwindigkeit in einem "perfekten" Vakuum ist "c". Über diese Lichtgeschwindigkeit definieren wir derzeit die Entfernungsheit "Meter" als die Strecke, die Licht im Vakuum in einer 1/299 792 458 Sekunde zurücklegt.


    Der Weltraum ist quasi ein perfektes Vakuum. Würden die Lichtquanten (Photonen) dort mit irgendetwas interagieren, käme es zu einer Dämpfung/Streuung. Dann würden wir das in den Teleskopbildern von entfernten Quasaren oder Supernovaausbrüchen sicher bemerken. Es würden dann bestimmte Wellenlängenbereiche absorbiert/gestreut. So wie in der Luft das Licht im blauen Wellenlängenbereich ja auch gestreut wird und den Tageshimmel blau macht oder die Ozonschicht das UV-Licht absorbiert.


    Gruß


    PS:
    Über die Behauptung, dass Licht im Vakuum immer genau gleich "c" ist, hat Einstein als Schlussfolgerung seine Relativitätstheorie entwickelt. Sie fängt quasi an mit: "Wenn Licht im Vakuum immer und überall konstant = c ist und jeder Beobachter gleichberechtigt ist ..., dann folgt (mit mathematischer Präzision) daraus .... dass die Zeit für jeden Beobachter individuell abläuft, dass E=mc^2 ist ... etc. pp.

    Ich würde sagen, die Lichtgeschwindigkeit ist eine Eigenschaft des Raumes. Raum, Lichtgeschwindigkeit, allso Energie, und Materie sind unteilbar miteinander verknüpft. Sie sind das Universum!
    Gruß Hans

    Hallo,
    eine zweite Frage hab ich noch,warum ist die Lichtgeschwindigkeit in Glas oder anderen Medien überhaupt langsamer?Oder ist sie das gar nicht? Ich stell mir das so vor,bei c=konstant,muß das Licht in einem Medium einfach einen längeren Weg um die Atome/Moleküle herum zurücklegen und kommt dadurch später wieder raus.Ich bin kein Physiker,also entschuldigt solche Überlegungen[;)].
    Gruß Armin

    Armin,
    Lichtgeschwindigkeit in Medien muß a priori kleiner werden auf Grund der elektromagnetischen Wexelwirkungen.
    Die "Lichtgeschwindigkeit" in der Sonne, nehmen wir mal den Extremfall an, ist gering, weil ein Photon beinahe 100000 Jahre braucht, um in die Sonnenatmosphäre zugelangen und frei zuwerden. Im Inneren der Sonne überlebt das Photon nur Bruchteile von Sekunden, ensteht aber sofort wieder und sofort. Ein großer Teil der Kernenergie wird auf diese Weise nach außen transportiert.
    Gruß Hans

    Hallo Hans,
    völlig richtig,aber muß die Lichtgeschwindigkeit damit langsamer in der Sonne sein?Vom Entstehen eines Photons bis zum Absorbieren,müßte es doch aber mit c fliegen?Die Pause(n) zwischen Flügen addieren sich zu mehreren tausend Jahren.Sollte rein zufällig ein Photon es gleich schaffen,vom Inneren nach außen,ohne "anzustoßen" zu kommen,wäre sein Flug doch nur ein paar Sekunden.
    Gruß Armin

    Hallo Armin,


    das Photon verliert Energie über inelastische Streuung an der Sonnenmaterie (bei elastischer Streuung freilich tritt kein Verlust der kinetischen Energie auf). Je dichter die Materie um so mehr inelastische Streuung. Dein Denken an ein Photonkügelchen, welches wie eine Billiardkugel hin- und herballert und dabei Geschwindigkeit verliert, ist zwar populär aber auch falsch. Das Photon hat Energie (und keine Ruhemasse(!)) und diese Energie verliert es auf seinem Weg durch die Sonne durch Wechselwirkung. Denk lieber an ein Energiebündel, welches mit seiner Umgebung Wechselwirkt, als an eine "massive" Billiardkugel als Photon. Die Lichtgeschwindigkeit ist außerdem eine Naturkonstante, und das Photon hat diese "Geschwindigkeit" im Vakuum, d.h. in einem - für das Photon - wechselwirkungsfreien Medium.
    Grüße
    Matthias

    <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: HWS</i>
    <br />Ich würde sagen, die Lichtgeschwindigkeit ist eine Eigenschaft des Raumes. Raum, Lichtgeschwindigkeit, allso Energie, und Materie sind unteilbar miteinander verknüpft. Sie sind das Universum!
    Gruß Hans
    <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">


    Hm. Die Lichtgeschwindigkeit ist in ALLEN Bezugssystem die selbe,
    wie kommst Du darauf, dass die Lichtgeschwindigkeit eine Eigenschaft des "Raumes", was immer du darunter verstehst, ist?


    Grüße
    Matthias

    Hallo Matthias,


    <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: Feldstecher</i>


    das Photon verliert Energie über inelastische Streuung an der Sonnenmaterie (bei elastischer Streuung freilich tritt kein Verlust der kinetischen Energie auf).<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
    Unsinn. Meistens ist die Streuung elastisch. Du kannst dabei keine Energie vernichten, du kannst sie aber sehr wohl vom Photon auf die Stoßpartner umverteilen.
    <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">
    Dein Denken an ein Photonkügelchen, welches wie eine Billiardkugel hin- und herballert und dabei Geschwindigkeit verliert, ist zwar populär aber auch falsch.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
    Das Denken passt schon. Natürlich kann das Photon keine Geschwindigkeit verlieren, sehr wohl aber Energie. Lies mal nach: Compton-Streuung.

    Hallo Jemand,


    das ein Photon Energie durch Streuung verlieren kann hab ich doch gesagt. Ich hab nirgends geschrieben, dass ich Energie vernichten will. Ich will nur von dieser Vorstellung des Threadopeners weg, das Photon sei ein Kügelchen, dem man eine Geschwindigkeit zuschreibt und bei einem Stoß Geschwindigkeit verliert. Es verliert Energie (E=hv)



    <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: Jemand</i>
    <br />Hallo Matthias,


    <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: Feldstecher</i>


    das Photon verliert Energie über inelastische Streuung an der Sonnenmaterie (bei elastischer Streuung freilich tritt kein Verlust der kinetischen Energie auf).<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
    Unsinn. Meistens ist die Streuung elastisch. Du kannst dabei keine Energie vernichten, du kannst sie aber sehr wohl vom Photon auf die Stoßpartner umverteilen.
    <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">
    Dein Denken an ein Photonkügelchen, welches wie eine Billiardkugel hin- und herballert und dabei Geschwindigkeit verliert, ist zwar populär aber auch falsch.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
    Das Denken passt schon. Natürlich kann das Photon keine Geschwindigkeit verlieren, sehr wohl aber Energie. Lies mal nach: Compton-Streuung.



    <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

    Hallo Mathias,
    ich denke gar nicht so mechanistisch,wie man denken könnte[:)],(schönes Deutsch),Stichwort Billardkugel.Aber mir ist schon klar,daß alle Überprüfungen der Relativitätstheorie für c=konstant sprechen.Trotzdem weiß ich immer noch nicht,warum Licht beim Durchgang durch ein Medium,langsamer wird.Ein energieärmeres,rot oder noch tieferverschobeneres Photon,müßte doch trotzdem mit Lichtgeschwindigkeit das Medium verlassen.
    Gruß Armin

    Hallo,


    <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">...ein Photon ... müßte doch trotzdem mit Lichtgeschwindigkeit das Medium verlassen.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">


    Ja, das tut es auch. Sobald es wieder raus ist, hat es ja wieder "freie Bahn" und bewegt sich wieder mit Vakuum-Lichtgeschwindigkeit. Nur im Medium ist es langsamer.


    Wenn man das Licht als elektromagnetische Welle betrachtet, verlässt es die Materie (mit dem dazugehörigen Brechungsindex &gt; 1) und breitet sich dann wieder im Vakuum aus (Brechungsindex nach Definition = 1).


    Grüße
    Karl

    Armin,
    die Lichtgeschwindigkeit in Materie könnte man auch so vorstellen, dass das Photon von einem Elektron (eines Moleküls der Materie) zum nächsten mit Lichtgeschwindigkeit zwar fliegt, dort aber dann absorbiert/emittiert wird und daher ein anderes Photon dann zum übernächsten Molekül hüpft/fliegt ... das ist wie bei der Eisenbahn ein Lokwechsel an jedem Bahnhof ... der Zug braucht länger zum Ziel.


    Vielleicht hilft Dir diese Analogie. Rechnen kann man damit allerdings nicht.


    Gruß

    Hallo Armin,


    nun ja, wenn man das Licht wieder als Welle betrachtet, dann ist die Lichtgeschwindigkeit in Materie geringer, weil die Verhältnisse im elektromagnetischen Feld dort anders sind. Es gelten nicht mehr die Vakuum-Werte für die magnetischen und elektrischen Feld-"Konstanten", sondern die Werte in Materie (wobei der Wert für die magnetische "Konstante" bei der Frequenz des Lichtes wohl ziemlich genau dem Vakuum-Wert entsprechen dürfte). Wenn man im Teilchenbild bleiben möchte, dann darf man sich m.E. das durchaus so vorstellen (ohne Anspruch, quantenmechanisch korrekt zu sein), als machte das Licht in der Materie Umwege. Es kommt wieder darauf an, WAS man erklären möchte. Für den Brechungsindex einer Okularlinse kommt es auf die Ausbreitungsgeschwindigkeit im Glas an (prima mit dem Wellenbild zu erklären), während ich von einer nennenswerten Rotverschiebung des sichtbaren Lichtes im Okular durch Stoßprozesse (für die man wohl das Teilchenbild heranziehen würde) noch nichts gehört habe. Das dürfte wohl neben der zu durchlaufenden Strecke auch eine Frage der "Gleichberechtigung" der Stoßpartner sein. Elefant gegen Maus oder Elefant gegen Elefant?


    Es ist sicher nicht falsch, jeweils das andere Modell zu nehmen. Aber manchmal ist eins von beiden (Welle oder Teilchen) einfach besser geeignet oder notwendig. Es hängt sehr von der Fragestellung ab.


    Grüße
    Karl

    Hallo Kalle,
    nette Analogie. Woher weiß das Photon eigentlich in welchen Zug es umsteigen muss, um trotzdem einigermaßen, geradlinig, durch die Scheibe ect. zu Reisen ? Spielt da der Eintreffwinkel ne Rolle ?


    Gruß Jan

    Jan,
    in der Quantenwelt ist vieles so anders, dass man es nicht unbedingt mit Analogien erklären kann. Da wartet dann promt die nächste Frage, warum man die Analogie nicht um ein weiteres Details erweitern kann, weil's plötzlich hinten und vorne nicht mehr passt.


    Ich sag aber mal frech ... Informationen des Photons beim Absorptions-/Emissionsprozess mit Materie-Elektronen werden verschränkt (wie ein Staffelstab) auf das neue Photon übertragen. Man kann das neue Photon somit vom alten nicht unterscheiden - perfekt geklont und ersetzt.


    Die Sache mit dem Eintreffwinkel einer Welle hat doch schon Huygens vor Jahrhunderten erklärt. Google mal zum Stichwort "Huygensche Elementarwelle". Alles eine Frage des Timings der Wellenfront. Allerdings lässt sich die Welleneigenschaft nicht mit meiner Analogie erklären. Da müsste man sehr viele Züge fahren lassen um statistisch ein Wellenverhalten zu erzeugen. hmm, vielleicht wie die Stauwelle auf der Autobahn, die sich typsich mit 3km/h entgegen der Fahrtrichtung sich fortpflanzt. [:D]

    hi Kalle,
    dann verhält sich das also ähnlich wie beim Doppelspaltexperiment ?
    Und wenn ich durch die Scheibe sehe bin ich direkter Beobachter
    und die Wellen verhalten sich wie Teilchen...
    erstmal deinen link checken

    Wie sehr übrigens das Welle-Teilchenmodell der Realität entspricht, kann man aus der Beugung von Elektronenstrahlen am Spalt oder an einer Kante ablesen. Wobei als Beugungsobjekte auch Strukturen im Innern von Atomen dienen können: Siehe die de Broglie-Wellenlänge.
    Eine ganz gute Erklärung liefert der Versuch des FB Physik an der Uni Göttingen: http://lp.uni-goettingen.de/get/text/1569

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