Lichtgeschwindigkeit 100% eine Konstante?

eich-hörnchen schrieb:und nicht zum Rand des Universums.

Es gibt Objekte die keinen Rand haben aber doch endlich sind. Sprich das Universum ist endlich hat aber keinen Rand.

mojorisin schrieb:Es gibt Objekte die keinen Rand haben aber doch endlich sind. Sprich das Universum ist endlich hat aber keinen Rand.

Oder es ist unendlich und hat keinen Rand. Die PLANCK-Daten aus dem 2018 Final Data Release passen sehr gut zu einem räumlich flachen Raum und damit einem räumlich unendlich großen Universum. Siehe hier:

https://www.cosmos.esa.int/documents/387566/387653/Planck_2018_results_L06.pdf/38659860-210c-ffac-3921-e5eac3ae4101

Das ist noch nicht entschieden, und man wird es aufgrund der unvermeidlichen Messungenauigkeit wohl leider auch nie entscheiden können... Die Messungenauigkeit wird natürlich immer ein endliches, in sich gekrümmtes Universum zulassen, die Mindestgröße wird mit sinkendem Fehlerbalken dann halt immer größer werden. Yukterez hatte basierend auf einem Fehlerbalken von +/- 2 % (WMAP?) an anderer Stelle mal vorgerechnet, dass das Universum mindestens 30.000 Mpc groß sein muss. PLANCK ist mittlerweile deutlich genauer, d.h. es müsste wohl noch deutlich größer sein. Aber deutlich größer wäre verglichen mit unendlich groß natürlich noch immer klein... ;)

@Arrakai

Arrakai schrieb:Die PLANCK-Daten aus dem 2018 Final Data Release passen sehr gut zu einem räumlich flachen Raum und damit einem räumlich unendlich großen Universum. Siehe hier:

Das ist natürlich richtig. In beiden Fällen hat es aber keinen Rand (wie auch immer man sich einen Rand überhaupt vorstellen könnte).

eich-hörnchen schrieb:Sicher ist aber, dass sich einige der Galaxien entfernen.

Bei Andromeda ist das schon wieder anders. Sieh mal an?

Daran ist doch nichts Erstaunliches. Die Ausdehnung des Weltalls macht sich halt nur auf größeren Skalen zwischen weit voneinander entfernten Galaxien deutlich bemerkbar. Bei (nach kosmischen Maßstäben) eher geringen Abständen wie etwa zwischen der Milchstraße und der Andromeda-Galaxie überwiegt dagegen die Anziehungskraft zwischen den Sternwolken.

Ein Argument gegen die Weltraumexpansion als solche ist das also nicht.

eich-hörnchen schrieb:Ja, das spricht eben für das Abdriften.
Es ist doch gesagt, dass wir die Entfernung zu einem Himmelsobjekt messen und nicht zum Rand des Universums. Diese Galaxie, zu der gemessen wird, ist genau definiert. Es ist die Galaxie XYZ.
D.h., man kann nur behaupten, dass sich die Entfernung zwischen uns und der Galaxie XYZ mit einer Geschwindigkeit von xx vergrößert.
Das ist tatsächlich nachgewiesen. Das andere ist bloße Vermutung. Es wird etwas hineininterpretiert, was absolut nicht bewiesen ist. Der Beweis fehlt.

Was denn für ein Rand? Der lässt sich doch nur definieren, wenn es noch etwas gibt, von dem sich etwas abgrenzen lässt. Das Universum ist jedoch per definitionem bereits alles, was es gibt, also gibt es auch nichts, von dem es sich abgrenzen könnte.

Auf einen "Beweis" wirst Du hier im Naturwissenschaftsbereich zudem lange warten können. Durch unsere astronomischen Beobachtungen können wir aber sagen, daß die Expansion inzwischen schon durchaus gut belegt wurde, was man von einem rotierenden Universum à la Kurt Gödel ja nun nicht sagen kann.

Chemik schrieb:
Die Rotverschiebung ist größer, je weiter weg die Galaxie ist.

eich-hörnchen schrieb:
Ja, das spricht eben für das Abdriften.
Es ist doch gesagt, dass wir die Entfernung zu einem Himmelsobjekt messen und nicht zum Rand des Universums. Diese Galaxie, zu der gemessen wird, ist genau definiert. Es ist die Galaxie XYZ.
D.h., man kann nur behaupten, dass sich die Entfernung zwischen uns und der Galaxie XYZ mit einer Geschwindigkeit von xx vergrößert.
Das ist tatsächlich nachgewiesen. Das andere ist bloße Vermutung. Es wird etwas hineininterpretiert, was absolut nicht bewiesen ist. Der Beweis fehlt.

Nun ja, wenn aber alles augenscheinlich so ziemlich "gleichmäßig" auseinanderdriftet, und in Anbetracht der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung, können doch logische Rückschlüsse gezogen werden, oder nicht? Und mit dieser Annahme lässt sich bisher doch gut arbeiten, soweit ich weiß.

@eich-hörnchen
... kann aber auch sein dass ich mich grad mit gefährlichem Halbwissen oute ;-)

@Arrakai

Arrakai schrieb am 22.10.2020:Naja, spätestens seit der RT wissen wir, dass physikalischen Gesetze in unterschiedlichen Bezugssystemen nicht dieselbe Form haben müssen. Nicht alle Größen sind invariant... Die physikalischen Effekte an sich hängen aber nicht von der Wahl des Bezugssystems ab.

Ein gutes Beispiel sind Schwarze Löcher: Wir wissen sicher, dass Materie den Ereignishorizont passieren kann, sonst könnten sie ja nicht wachsen. Im Bezugssystem des Freifalles ist das auch direkt einsichtig. Im Bezugssystem eines stationären Beobachters muss man anders argumentieren. Die physikalischen Gesetze sind andere, der physikalische Effekt aber nicht.

Ich habe mir das jetzt ein paar Tage durch den Kopf gehen lassen, weil mir irgendwas an der Argumentation nicht gefallen hat, konnte das aber nicht bennen, aber jetzt weiß ich es. Vorraussetzung ist allerdings das wir uns darüber einig sind was wir unter physikalischem Gesetz verstehen.

Als Beipiel habe ich diese Wiki-Beispiel genommen:

Licht breitet sich im Vakuum immer mit der gleichen Geschwindigkeit aus (Lichtgeschwindigkeit).

Wikipedia: Physikalisches Gesetz#Beispiele für physikalische Gesetze

Das heißt gerade die SRT ist eine Theorie die die physikalischen Gesetzte unabhängig macht vom (fast*) jedem Bezugssystem. Man kann nämlich ganz konkret die Größen nennen die invariant sind und die Gleichungen sind gültig ohne Modifikationen in jedem Inertialsystem. In der SRT kann man "einfach" den gewünschten Vierervektor berechnen, und kann, wenn gewünscht, sich nur auf einzelnen Komponenten dessen beziehen. Die einzelnen Komponenten sind natürlich nicht invariant, aber die physikalische Theorie ist unabhänigig vom Bezugssystem.

Bei Newton hingegen war das nicht der Fall. Insbesondere Newtons 2. Gesetz muss je nach Bezugssystem modifiziert werden und hat somit keine allgemeine Gültigkeit.

Das heißt man versucht bei der Verallgemeierung physikalischer Theorien und physikalischer Gesetze, diese koordinatenunabhängig zu fomulieren, sodass diese möglichst große Allgemeingültigkeit besitzen.


*Gravitation natürlich außen vorgelassen

@mojorisin

Ich verstehe nicht so recht, wo unserer Sichtweise voneinander abweicht. Ich kann meine Sicht gerne noch einmal genauer erläutern:

mojorisin schrieb:Das heißt gerade die SRT ist eine Theorie die die physikalischen Gesetzte unabhängig macht vom (fast*) jedem Bezugssystem. Man kann nämlich ganz konkret die Größen nennen die invariant sind und die Gleichungen sind gültig ohne Modifikationen in jedem Inertialsystem.

Die physikalischen Gesetze nehmen in einem Inertialsystem immer die einfachste Form an. Und du kannst für jedes nicht-inertiale Bezugssystem in infinitesimalen Zeitabständen immer ein passendes Inertialsystem finden (nennen wir es tangentiales Inertialsystem), das dieselbe Geschwindigkeit hat und unbeschleunigt ist. Ein physikalisches Gesetz kann in nicht-inertialen Bezugssystemen also eine gänzlich andere Form annehmen, aber es lässt sich trotzdem immer auf die bekannten Gesetzte im Inertialsystem zurückführen.

mojorisin schrieb:Das heißt man versucht bei der Verallgemeierung physikalischer Theorien und physikalischer Gesetze, diese koordinatenunabhängig zu fomulieren, sodass diese möglichst große Allgemeingültigkeit besitzen.

Natürlich tut man das, und das gilt ja auch für die SRT. Wobei die SRT keine Theorie von Inertialsystemen ist, sondern eine Theorie von der flachen (Minkowski-)Raumzeit. Ich kann mir also auch ein nicht-inertiales Beszugsssystem aussuchen, in dem die physikalischen Gesetze eine andere Form haben (z.B. mit anderen Formeln berechnet werden). Das kann sinnvoll sein, z.B. wenn sich dadurch ein spezieller physikalischer Effekt einfacher beschreiben lässt.

Das klassische Beispiel ist der freie Fall in ein Schwarzschild-Loch (auch wenn das bereits ART ist). In Schwarzschild-Koordinaten kann man den nicht beschreiben, da diese bei r = r_s nicht definiert sind. Dagegen kann man den freien Fall problemlos z.B. in Kruskal-Szekeres-Koordinaten beschreiben. Daraus leiten sich verschiedene physikalische Effekte ab, z.B. dass ein Schwarze Loch tatsächlich wachsen kann. (Kruskal-Szekeres-Koordinaten sind Koordinaten für die Schwarzschild-Metrik, so wie die Rindler-Koordinaten Koordinaten für die Minkowski-Metrik sind.)

Zur Lichtgeschwindigkeit: Die ist in Ineritialsystemen immer konstant c (genauer die Zweier-Lichtgeschwindigkeit, aber ist ja nicht so wichtig). In Rindler-Koordinaten hat Licht eine variable Geschwindigkeit v_licht. Aber lokal gilt auch in Rindler-Koordinaten immer v_licht = c. Außerdem kannst du auch Rindler-Koordinaten jederzeit in ein tangentiales Inertialsystem transformieren und siehst dann auch wieder, dass die Lichtgeschwindigkeit den Wert c hat.

@Arrakai

Arrakai schrieb:Ich verstehe nicht so recht, wo unserer Sichtweise voneinander abweicht. Ich kann meine Sicht gerne noch einmal genauer erläutern:

Nirgends wirklich, es sind eher Details :-)

Arrakai schrieb:Die physikalischen Gesetze nehmen in einem Inertialsystem immer die einfachste Form an.

Das würde ich z.B. nicht allgemein so behaupten. Z.B. kann man die Lagrange Gleichung L = T - V immer ansetzen unabhängig davon ob man in einem Inertialsystemen rechnet oder in einem beschleunigten Bezugssystem.

mojorisin schrieb:Das heißt gerade die SRT ist eine Theorie die die physikalischen Gesetzte unabhängig macht vom (fast*) jedem Bezugssystem.

Ok was ich geschrieben habe ist auch falsch, dsa zweite Prinzip ist für Inertialsysteme definiert:

Die physikalischen Gesetze haben für alle Beobachter, die sich relativ zueinander mit konstanter Geschwindigkeit bewegen, also keiner Beschleunigung unterliegen, dieselbe Gestalt. Diesen Umstand nennt man Relativitätsprinzip.

Quelle: Wikipedia: Relativitätstheorie#Das Relativitätsprinzip

Seis drum es ist auch eher ein philosophisches Thema :-)

nochmal zu dem "Rand" bzw. nicht-Rand des Universums. So wie ich es verstanden habe dehnt es sich ja im Grunde derart schnell aus dass selbst ein Lichtteilchen was heute auf die Reise geht, diesen "Rand" in endlicher Zeit erreichen kann.

so...nun stellen wir uns einfach mal gedanklich vor wir wären dieses Lichtteilchen und würden uns jetzt auf diese Reise machen.
Hier kommt natürlich der Effekt der Zeitdilatation ins Spiel, der bewirkt das wir bis zu den weit entferntesten Galaxien nicht etwa 13 Mrd. Jahre brauchen, sondern nur einen kurzen Augenblick.
Auf der Erde sind indessen natürlich 13 Mrd. Jahre vergangen...und vermutlich gibt es diese dann gar nicht mehr....

So, in diesen 13 Mrd. Jahren bzw. für uns als Lichtteilchen kurzem Augenblick hat sich aber nun das Universum weiter ausgedehnt, heißt die Strecke die wir zurücklegen mussten ist länger geworden...und zwar viel länger auf der beschleunigten Expansion.
Frage...was sehen wir nun als Lichtteilchen? Erreichen wir jemals diese ferne Galaxie? oder brauchen wir etwa doch Zeit bis wir sie endlich erreichen?
Dies wiederspräche aber der speziellen Relativitätstheorie wonach keinerlei Zeit vergeht wenn man sich mit c bewegt.
oder erreichen wir sogar eine Art "Rand"?
und...wenn es diesen Rand nicht gibt, also eine Art Grenze wo sich das Universum halt ausdehnt...dann hat es diese Grenze ja nie gegeben auch nicht bspw. 1000 Jahre nach dem Urknall als das Universum noch viel kleiner war…

Wenn es doch aber kleiner war nahm es ja viel weniger Raum ein als heute...heißt irgendwo muss doch ein Ende gewesen sein oder nicht?
...man will es sich halt irgendwie vorstellen…. Nur bedingt möglich ich weiß.

knopper schrieb:so...nun stellen wir uns einfach mal gedanklich vor wir wären dieses Lichtteilchen und würden uns jetzt auf diese Reise machen.

Das geht nicht. Es gibt keine Möglichkeit, in das Ruhesystem eines Photons zu wechseln (transformieren). Zudem würde dabei unsere Raumvorstellung versagen, da alle Raumpunkte in einem einzigen Punkt zusammen lägen, sich aber gegenseitig nicht beeinflussen könnten.

Verabschiede dich am besten von solchen Vorstellungen, davon bekommst du bestenfalls nur Kopfaua.

Peter0167 schrieb:Das geht nicht. Es gibt keine Möglichkeit, in das Ruhesystem eines Photons zu wechseln (transformieren). Zudem würde dabei unsere Raumvorstellung versagen, da alle Raumpunkte in einem einzigen Punkt zusammen lägen, sich aber gegenseitig nicht beeinflussen könnten.

Verabschiede dich am besten von solchen Vorstellungen, davon bekommst du bestenfalls nur Kopfaua.

ok dann halt korrekterweise nicht genau c...sondern beliebig nah dran, also von mir aus 99,9999999999999999999999999999999% c ... und weitere tausend Nachkommastellen. Also eine asymptotische Annäherung.
Energie die dabei benötigt wird usw.. mal völlig außen vor gelassen.

Das sollte doch aber zumindest gedanklich gehen oder?

knopper schrieb:Das sollte doch aber zumindest gedanklich gehen oder?

Nein. Zunächst einmal ist das quasi LG, und da versagt unser Vorstellungsvermögen einfach. Wenn du schreibst, dass sich das Universum ausgedehnt hat, während das Photon zum "Rand" des Universums unterwegs war, wird bereits ein falsches Bild vermittelt.

In der Relativitätstheorie haben wir es nicht nur mit dem 3 dim. Raum zu tun, sondern mit der 4 dim. Raumzeit. Und in der Raumzeit arbeitet man mit gänzlich anderen Begriffen, Abstände werden mit dem sog. invarianten Längenquadrat beschrieben, was den Vorteil hat, dass bei einem Wechsel des Bezugssystems der Betrag immer gleich bleibt.

Im Falle eines Photons schrumpfen alle Abstände auf den Betrag Null zusammen, jeder Punkt des Universums hat zum Photon den Abstand Null. Das entzieht sich jeglicher Vorstellung!

Wie gesagt, der Abstandsbegriff spielt eine zentrale Rolle in der RT (sowohl SRT wie auch ART). Ob zwei Ereignisse in der Raumzeit kausal zusammenhängen, entscheidet das invariante Längenquadrat, welches in allen Bezugssystemen immer gleich ist. Hat es einen positiven Wert, können zwischen beiden Ereignissen Informationen ausgetauscht werden, man spricht auch von einem "zeitartigen Abstand".

Ist der Wert kleiner Null, also negativ, können keine Informationen ausgetauscht werden, man spricht auch von einem "raumartigen Abstand". Ist der Wert exakt Null, können nur Lichtsignale ausgetauscht werden, hier spricht man von einem "lichtartigen Abstand".

Hier mal ein Link dazu:

Wikipedia: Lichtkegel

Ich kann das leider nicht gut erklären, weil mir das alles zu abstrakt ist, daher vermeide ich es auch gern, über solche Gedankenexperimente nachzudenken, das sorgt nur für Stress in den Synapsen...

Was ich eigentlich damit sagen wollte ist, dass wir alles was wir in Bezug auf Raum und Abstände darin vergessen können, wenn wir nahe an die LG kommen. Abgesehen davon gibt es unzählige Gründe, warum wir das eh nie schaffen werden. Die Mathematik ist daher das einzige sinnvolle Werkzeug, mit dem wir solche Überlegungen angehen sollten.

knopper schrieb:nochmal zu dem "Rand" bzw. nicht-Rand des Universums. So wie ich es verstanden habe dehnt es sich ja im Grunde derart schnell aus dass selbst ein Lichtteilchen was heute auf die Reise geht, diesen "Rand" in endlicher Zeit erreichen kann.

Man muss erstmal zwsichen dem sichtbaren und dem Ganzen Universum unterscheiden. Das sichtbare Universum ist flach (nicht gekrümmt) und hat einen Rand, welcher ca. 14 Milliarden Lj von uns entfernt ist. Das sichtbare Universum war früher mal kleiner, heißer und kompakter.

An diesem Rand endet das Universum aber nicht. Außerhalb befindet sich das nichtsichtbare Universum. Wie groß das ist bzw. welche Geometrie es hat wissen wir nicht. Vermutlich ist es viel größer als unser sichtbares Universum. Es kann sogar unendlich groß sein.

Chemik schrieb:welcher ca. 14 Milliarden Lj von uns entfernt ist.

Genau genommen sind es ca. 46 Mrd. LJ, da der Rand sich expansionsbedingt ja weiter entfernt hat, während das Licht zu uns unterwegs war.

Wikipedia: Beobachtbares Universum#Beobachtungshorizont

Kann ich hier mal mit einer Laienfrage dazwischenplatzen?
Folgendes beschäftigt mich:
Laut Einstein kann sich nichts schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen.
Die Urknalltheorie besagt, dass sich nach ca. 10 hoch -5 Sekunden aus der sog. Singularität Protonen und Neutronen gebildet haben.
Nach weniger als einer Minute hat sich das Universum (also auch die Protonen und Neutronen) auf einen Durchmesser von mehr als eine Million Milliarden Kilometer ausgedehnt. Wie soll das mit Unterlichtgeschwindigkeit funktionieren? kopfkratz...

Hanes schrieb:Laut Einstein kann sich nichts schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen.
Die Urknalltheorie besagt, dass sich nach ca. 10 hoch -5 Sekunden aus der sog. Singularität Protonen und Neutronen gebildet haben.
Nach weniger als einer Minute hat sich das Universum (also auch die Protonen und Neutronen) auf einen Durchmesser von mehr als eine Million Milliarden Kilometer ausgedehnt. Wie soll das mit Unterlichtgeschwindigkeit funktionieren? kopfkratz...

Wieso mit Unterlichtgeschwindigkeit? Gemäß des Inflationsmodells erfolgte die Expansion sogar mit Überlichtgeschwindigkeit.

Die Lichtgrenze gilt ja nur für Objekte innerhalb der Raumzeit. Bei der Inflation dehnte sich aber das Universum bzw. die Raumzeit selbst aus und damit auch sämtliche in ihr befindliche Materie und Strahlung, weshalb die exponentielle Raumausdehnung von dieser Beschränkung auch nicht betroffen ist. Daher ist es zum Beispiel auch möglich, daß sich Galaxien auf Grund der beschleunigten Expansion ab einer gewissen Entfernung mit Licht- oder gar mit Überlichtgeschwindigkeit voneinander entfernen können, auch wenn sie sich im Raum selbst kaum bewegen. Die überlichtschnelle Entfernung erfolgt aber eben nur aus Sicht der beiden sich jeweils voneinander entfernenden Galaxien bzw. nur wenn man die jeweils andere Galaxie aus ihren jeweilgen Bezugssystemen heraus betrachtet. Da sich zumindest der Raum in dem Punkt an keine physikalischen Gesetze halten muss, sind daher also sogar Fluchtgeschwindigkeiten mit ÜLG möglich, ohne daß es aber die Relativitätstheorie bzw. die Lichtgrenze als solche verletzt.

@Libertin
Danke für die Klarstellung.

Schöner, oberflächlicher Artikel dazu: https://www.mdr.de/wissen/schneller-als-licht-100.html (Archiv-Version vom 27.11.2020)

Zu den bereits von @Libertin erwähnten Phänomen von sich mit Überlichtgeschwindigkeit voneinander entfernenden Galaxien:

Das ist aber kein Verstoß gegen dieses Gesetz der Relativitätstheorie, dass sich nichts schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen kann. Das heißt, diese Galaxie überholt uns nicht mit Lichtgeschwindigkeit, die fliegt nicht mit Lichtgeschwindigkeit an uns vorbei, sondern sie ist sehr weit von uns entfernt und befindet sich in einem anderen Koordinatensystem. Und wir definieren uns jetzt eine Größe, die wir Fluchtgeschwindigkeit nennen und kommen dann auf ein Ergebnis, das größer ist als die Lichtgeschwindigkeit.

@Izaya
Meine Frage bezog sich aber auf die Vorstellung, dass ein Beobachter, der sich in dieser Singularität befindet, Materieteilchen beobachtet, die sich innerhalb einer Minute eine Million Milliarden Kilometer von seinem Standpunkt entfernt haben.
Wenn sich das Ganze vor der Entstehung der Raumzeit abgespielt hat, wie @Libertin ausführte, ist es denkbar.