Lichtgeschwindigkeit, dunkle Materie, dunkle Energie & Schatten

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Tom
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Lichtgeschwindigkeit, dunkle Materie, dunkle Energie & Schatten

Beitrag von Tom » Mi 2. Jan 2019, 15:59

Nichts ist schneller als das Licht: c = 299.792.458 m/s
Ist das wirklich so? Früher wusste man auch, dass man die Schallmauer nicht durchbrechen kann. Was wissen wir also schon heute?

Ich hab mich mal mit dem Licht gespielt und mir sind dabei ein paar Gedanken gekommen.
Als ich ein Prisma benutzt habe, splittete sich das Licht in seine Farben auf. Wenn Licht nun in seiner Gesamtheit als Geschwindigkeit c ist, was sind dann die einzelnen Farbwellen? Könnte man diese einzelnen Spektren als Subgeschwindigkeit von c nutzen oder ergeben sich nur aus ihrer Gesamtheit c? Oder bremsen sie sich gegenseitig aus und sind alleine schneller? Wäre eine Warp Skala statt 1-10 von ultraviolett bis infrarot möglich? "Kurs Alpha Centauri, Warp Blau (LG 25.600)."

Moment ... Irgendwas stimmt nicht.
Licht bricht sich in verschiedene Farben auf? Aber wenn ich alle Farben mische, dann kommt doch schwarz dabei raus!

Licht und Schatten.
Ist Licht nur der sichtbare Teil eines größeren Etwas, das wir (noch) nicht gefunden oder verstanden haben?
Ist vielleicht der Schatten ein Teil dessen, was wir als dunkle Energie und dunkle Materie zu verstehen versuchen?
Es heißt ja immer, dass Lichtgeschwindigkeit erreichen unmöglich ist, weil die Energie dafür ins Unendliche geht, genauso wie die Masse.
Aber wenn wir die dunkle Energie/Materie nutzen und Schatten nur ein Teil davon sind, dann können wir ja die Schattengeschwindigkeit nutzen.
Denn Schatten / Dunkelheit ist quasi überall und wird nur durch das Licht erhellt, aber verschwindet nicht.

Auf was man nicht alles kommt, wenn man zu lange wach ist und Zeit zum Querdenken hat. XD

Ich hasse Perfektion.
Sie bietet keinen Platz für Kreation.

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Kirre
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Re: Lichtgeschwindigkeit, dunkle Materie, dunkle Energie & Schatten

Beitrag von Kirre » Mi 2. Jan 2019, 18:06

Witziges Gedankenspiel. Auf die Antwort, warum man 'schwarz' erhält, wenn man wahllos alles mischt, kommst du bestimmt. ;)

Ich glaube, das Phänomen von Absorbtion und Reflexion entzaubert leider so manchen Mythos.

Was mir dazu kam, war: ich habe mal gelesen, dass im Gegensatz zu allen anderen Augenfarben, die über Pigmente (Melanin) ihre Färbung erhalten, das bei blauen Augen nicht der Fall ist. Das kommt quasi durch die Faltung der Oberfläche zustande. Das zurück geworfene Licht wird als blau gedeutet. Fand ich irgendwie cool.

Ist kurzwelliges und langwelliges Licht im Vakuum nicht trotzdem gleich schnell?

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Glumski
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Re: Lichtgeschwindigkeit, dunkle Materie, dunkle Energie & Schatten

Beitrag von Glumski » Fr 4. Jan 2019, 12:01

Ist das wirklich so? Früher wusste man auch, dass man die Schallmauer nicht durchbrechen kann.
Wir wissen zumindest, das nichts mit Masse schneller als das Licht sein kann; bei asymptotischer Annäherung an c geht die relativistische Masse gegen unendlich, die Zeit innerhalb des beschleunigenden Objekts wird verlangsamt, und die notwendige Energie für weitere Beschleunigung steigt ins Unermessliche. Masselose Objekte (wie Photonen, also Licht) können mit c reisen. Problem: Die Zeit steht für sie still. Wenn wir also z.B. den Tom von der Sonne innerhalb von einem Monat zu uns fliegen lassen würden, dann wäre er in der Zeit um einen Monat gealtert (logisch). Das Photon braucht etwa acht Minuten von dort bis hier, altert in dieser Zeit aber kein bisschen.
Das heißt aber nicht, dass Zeitreisen unmöglich sind, oder dass es keine Möglichkeit gibt, schneller als das Licht zu reisen. Die physikalischen Gesetze erlauben beides explizit; man muss nur Abkürzungen nehmen, damit die tatsächliche Geschwindigkeit kleiner als c ist.

Fun fact: Es ist sehr wohl möglich, auch ohne Wurmlöcher schneller als das Licht unterwegs zu sein, denn das Licht ist nicht immer so schnell wie c. So wie Schall sich durch Eisen schneller bewegt als durch Luft (weshalb die Indianer ja ihre Ohren auf die Bahnschienen gelegt haben, um den Zug zu hören), so bewegt sich auch das Licht unterschiedlich schnell durch verschiedene Medien. Im Vakuum ist es am schnellsten (c), in dichteren Medien wie Luft oder Wasser aber durchaus langsamer. Der Verlangsamungs-Faktor ist dabei der Brechungsindex, wie man ihn vielleicht noch aus dem Physikunterricht der Schule kennt. Solange man also langsamer als c ist, kann man schneller als das Licht sein. So wie man die Schallmauer durchbrechen kann, kann man auch so etwas wie eine Lichtmauer durchbrechen. Anstatt eines Überschall-Knalls wird dabei sogenannte Cherenkov-Strahlung (je nach Schreibweise auch Tscherenkow oder ähnlich) emittiert; man kennt das z.B. als dieses blaue Leuchten im Kühlwasser von Kernkraftwerken.
Als ich ein Prisma benutzt habe, splittete sich das Licht in seine Farben auf. Wenn Licht nun in seiner Gesamtheit als Geschwindigkeit c ist, was sind dann die einzelnen Farbwellen? Könnte man diese einzelnen Spektren als Subgeschwindigkeit von c nutzen oder ergeben sich nur aus ihrer Gesamtheit c?
Du hast vollkommen Recht! Ein Prisma besteht in der Regel aus Glas, das einen Brechungsindex von z.B. 1,3 haben kann. Das Licht bewegt sich also etwa um 1,3 langsamer als durch das Vakuum (also mit etwa 0,77c). Der Brechungsindex ist aber für die verschiedenen Farben unterschiedlich, weshalb die Farben auch in unterschiedliche Richtungen gebrochen werden. Dabei wird blau stärker gebrochen als rot, d.h. der Brechungsindex für blau ist größer als für rot. Das wird auch als optische Dispersion bezeichnet. Somit wird aber blau auch stärker verlangsamt als rot! Im Vakuum sind aber alle elektromagnetischen Wellen gleich schnell unterwegs.
Und um ein wenig Verwirrung aufzuklären (oder vielleicht noch mehr zu verwirren): Es gibt kein "weißes" Licht. Oft spricht von von Licht als Wellen, aber genauso besteht es auch aus Teilchen, den Photonen. Jedes Photon hat eine eindeutige Frequenz (Wellenlänge, Farbe), also rot, grün, blau, ultraviolett, infrarot, Mikrowelle, Radiowelle, Gammastrahlung... Weißes Licht ist also keine "weiße" Welle und auch kein "weißes" Photon, sondern mehrere Wellen und Photonen zusammen, sodass alle Farben zusammen weiß ergeben.
Wäre eine Warp Skala statt 1-10 von ultraviolett bis infrarot möglich?
Das Problem ist, das sich alle Farben im Vakuum gleich schnell bewegen, wie Kirre schon festgestellt hat. Damit wäre Warp Blau also genauso schnell wie Warp Rot, da man ja durch das Vakuum reist. Ein weiteres Problem ist, dass Star Trek mit dem Warpantrieb selber völlig inkonsistent umgeht und sich gegenseitig widerspricht: In einigen Episoden entspricht Warp 10 unendlicher Geschwindigkeit (man wäre damit auch quasi überall gleichzeitig), während in anderen Episoden auch höhere Zahlen vorkommen. Wissenschaftlich ist der Warpantrieb leider völliger Humbug, im Gegensatz zu z.B. Stargates Hyperantrieb, indem man ja in einen anderen Raum (den Hyperraum) springt und dort mit Geschwindigkeiten langsamer als c reist.
Licht bricht sich in verschiedene Farben auf? Aber wenn ich alle Farben mische, dann kommt doch schwarz dabei raus!
Nein, das ist so nicht richtig. Es gibt einen Unterschied zwischen additiver und subtraktiver Farbmischung. Oft kennt man den Unterschied in der Angabe von Farbräumen, die entweder RGB (rot grün blau) oder CMY (cyan magenta gelb) sind.
Im Kunstunterricht lernt man, dass die Grundfarben cyan, magenta und gelb sind; das ist das subtraktive Modell. Ebenso sind Druckerpatronen in diesen drei Farben vorhanden. Das ganze funktioniert folgendermaßen: Ein Blatt Papier ist weiß, d.h. es reflektiert das gesamte weiße Sonnenlicht. Wenn ich jetzt cyan auf das Blatt male, dann wird das cyane Licht vom Blatt absorbiert, d.h. aus dem reflektierten Licht wurde cyan subtrahiert (daher der Name). Füge ich jetzt noch weitere Farben hinzu, wird immer mehr Licht absorbiert, bis am Ende (bei allen gemischten Farben) nichts mehr reflektiert wird, d.h. das Papier ist schwarz.
Additive Farbmischung funktioniert genau anders herum: Eine Lampe leuchtet z.B. rot. Eine weitere Lampe leuchtet z.B. grün. Unser Auge sagt, hey, da kommen Photonen an, deren Frequenzen rot und grün sind! Das kann ich nicht beides verarbeiten, also nehme ich eine Farbe, die auf der Farbskala zwischen rot und grün liegt: gelb. Kommt nun noch blau hinzu, erhalte ich weißes Licht.

Fun fact: Es gibt kein pink! Wer sich die Farbskala anschaut, wird sehen, dass sie von rot über orange, gelb, grün und blau bis violett geht: kein pink! Wenn unser Auge aber gleichzeitig rote und violette Photonen empfängt, überlegt es wieder, was es tun soll. Genau zwischen rot und violett liegt grün, aber grün sieht total anders aus als rot und violett, also denkt sich unser Gehirn eine neue Farbe aus: pink!
Deshalb werden Farben übrigens auch immer in RGB (oder CMY) angegeben, und nicht nur über die Wellenlänge bzw. Frequenz der Photonen. Unser Auge bzw. Gehirn denkt sich viel mehr aus, als es tatsächlich sieht!
Ist vielleicht der Schatten ein Teil dessen, was wir als dunkle Energie und dunkle Materie zu verstehen versuchen?
Nein, der Schatten ist einfach nur das Fehlen von Licht: Stellst du etwas in den Weg von Licht, findest du dahinter Schatten. Die Welt besteht also grundsätzlich aus Schatten; nur einige wenige Bereiche werden vom Licht erhellt. Die Nacht zeigt die tatsächliche Welt; der Tag ist das Abnorme. Wir denken nur anders herum, weil wir nachts schlafen.

Dunkle Materie (DM) und Dunkle Energie (DE) haben tatsächlich nichts mit Dunkelheit (im Sonne von "kein Licht") zu tun, sondern sind eher metaphorische Begriffe. Bislang ist unbekannt, woraus DM/DE bestehen, also sind sie mysteriös; sie liegen metaphorisch "im Dunkeln". Es kann auch sein, dass es gar keine DM gibt, sondern vielleicht nur die Newton'sche Physik bei großen Entfernungen nicht funktioniert. Diesen Erklärungsansatz nennt man auch MOND-Theorie (MOND für MOdifizierte Newton-Dynamik, nicht für den Himmelskörper Mond). Ein anderer Erkläransatz behauptet, dass DM und DE das gleiche sind, nämlich ein Dunkles Fluid, das aus negativen Massen besteht (nicht aus Antimaterie; das ist etwas anderes). Beide Erklärungen sind recht neu (die zweite aus 2018!) und umstritten, und die Allgemeinheit der Wissenschaftler glaubt an DM/DE.
Aber wenn wir die dunkle Energie/Materie nutzen und Schatten nur ein Teil davon sind, dann können wir ja die Schattengeschwindigkeit nutzen.
Selbst wenn wir eine Schattenenergie nutzen könnten, wäre Lichtgeschwindigkeit immer noch unerreichbar, da man unendlich viel Energie brauchen würde, um sie zu erreichen. Selbst wenn du die gesamte Energie des Universum (normale Energie, Dunkle Energie, Schattenenergie, alles) aufbrauchen würdest, würde das nicht ausreichen, um auch nur ein einziges Atom auf c zu beschleunigen!
Was man sich aber durchaus vorstellen kann, ist bislang unentdeckte Materie (meinetwegen DM, wahrscheinlich eher noch exotischere Dinge) zu benutzen, um ein stabiles Wurmloch zu erzeugen. Damit könnte man nicht nur mit (scheinbarer) Überlichtgeschwindigkeit durch den Raum reisen, sondern vielleicht auch rückwärts durch die Zeit. Wahrscheinlich würde man für nur ein einziges Wurmloch aber mehr exotische Materie benötigen, als im gesamten Universum existiert, also... wahrscheinlich nicht.
Denn Schatten / Dunkelheit ist quasi überall und wird nur durch das Licht erhellt, aber verschwindet nicht.
Ja, aber Schatten ist nichts. Schatten hat keine Energie, keine Masse, die man nutzen kann. Das ist wie mit Geld: Hast du kein Geld, kannst du keine Kekse kaufen. Hast du kein Licht / keine Energie, kannst du nichts tun. Nichts. Stille, Bewegungslosigkeit, Dunkelheit für alle Ewigkeit. Glücklicherweise gibt es keinen wirklichen Ort, an dem nichts ist. Selbst in den hintersten Ecken des Universums schwirren ein paar Wasserstoff-Atome herum. Selbst die hintersten Ecken des Universums wurden vom Licht des Urknalls erreicht. Das nennt man auch Kosmische Hintergrundstrahlung, und sie ist etwa 2,7K (ca. -270°C) warm. Mit der wachsenden Ausdehnung des Universums wird sie aber immer kleiner und kleiner...

Ich hoffe, das gibt ein paar neue Denkanstöße!
-Glumski

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Re: Lichtgeschwindigkeit, dunkle Materie, dunkle Energie & Schatten

Beitrag von Tom » Fr 4. Jan 2019, 12:49

Was ich geschrieben habe, war zwar nicht ganz ernst gemeint, aber trotzdem danke, dass ihr da mitgespielt habt. XD

Ich hasse Perfektion.
Sie bietet keinen Platz für Kreation.

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