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EINSTEIN-TRILOGIE – NICHTS FLIEGT SCHNELLER ALS DAS LICHT!

Ist die Lichtgeschwindigkeit wirklich eine absolute

Grenzgeschwindigkeit und wenn ja, warum?

Wie können Wissenschaftler heute behaupten, dass nichts schneller fliegen kann als Lichtgeschwindigkeit. Da sich das Wissen alle 10 Jahre verdoppelt, wie können sie ausschließen, dass es irgendwann nicht doch möglich sein wird, schneller zu fliegen? Dies ist eine Frage, die mir immer wieder gestellt wird. Daher nehme ich an, Sie interessiert das auch. Also …

SCHNELLER ALS DAS LICHT

Was besagt Einsteins Spezielle Relativitätstheorie? Sie besagt, dass sich im Vakuum des Raumes nichts schneller bewegt als das Licht. Zunächst ist bedeutsam, dass sich die Aussage auf das Vakuum bezieht. In einem Pool voll Wasser kann das nämlich anders sein. Dort hat Licht die Geschwindigkeit von nur 255.000 km/s statt wie im Vakuum von etwa 300.000 km/s. Wenn Licht ins Wasser eintritt, verringert sich also seine Geschwindigkeit. Trifft aber ein Elementarteilchen, etwa ein atmosphärisches Myon mit typischerweise fast Lichtgeschwindigkeit, ins Wasser, dann verringert sich seine Geschwindigkeit zunächst nicht, weil es ein massives Teilchen ist. Damit sind atmosphärische Myonen, von denen etwa eines pro Sekunde Ihre Handfläche durchschießt, in Wasser anfangs schneller als Licht. Dies führt zu einer Art »Überschallknall-Kegel«, und der wiederum zur berühmten Tscherenkow-Strahlung.

Blaue Tscherenkow-Strahlung (im Bild hell zu sehen) im Kern des Advanced Test Reaktors am Idaho National Laboratory/USA (Bild: Argonne National Laboratory, Wikimedia Commons)

DIE EIGENZEIT IST ENTSCHEIDEND

Im Vakuum des Universums gilt aber prinzipiell: »Nichts kann schneller als Lichtgeschwindigkeit fliegen.« Warum ist das so? Das liegt an der sogenannten Zeitdilatation. Zeit ist nämlich keine feste Größe, sondern sie hängt vom Betrachter ab, der ein sich bewegendes Objekt beobachtet. Nehmen wir eine Rakete mit einem Astronauten. Der hat eine Uhr an Bord, die ein Beobachter auf der Erde mit einem Superteleskop immer sehen kann. Nehmen wir weiter an, die Rakete fliegt in die Tiefen des Universums mit konstanter Beschleunigung. Der Astronaut schaut auf seine Uhr und wird feststellen, dass sie unabhängig von seiner Geschwindigkeit immer gleich schnell vor sich her tickt. Dieser von ihm beobachtete konstante Zeitfluss nennt man Eigenzeit. Was sieht der Erdbeobachter? Er sieht durch sein Fernrohr, dass die Uhr des Astronauten umso langsamer geht, je mehr er sich der Lichtgeschwindigkeit nähert. Das bedeutet einerseits, dass der von einem externen Beobachter gemessene Zeitfluss von der Relativgeschwindigkeit des beobachteten Objektes abhängt und dass die eigene Uhr immer schneller läuft als die der Astronauten. In diesem Sinne ist die Relativitätstheorie nicht relativ, sondern absolut: Die Referenzzeit ist die unveränderliche, daher tickende Eigenzeit.

NIE SCHNELLER ALS DAS LICHT IM VAKUUM

Man kann diese Zeitverschiebung auch so ausdrücken: Beobachtet der Externe, dass die Rakete fast Lichtgeschwindigkeit fliegt, dann braucht die Rakete nach seiner Zeitrechnung dafür ein Jahr. Der Astronaut misst für dieselbe Entfernung eine kürzere Zeit, sagen wir ein halbes Jahr. Damit kann er mit Fug und Recht behaupten, er flöge doppelte Lichtgeschwindigkeit! Wie wir also sehen, gilt die Geschwindigkeitsgrenze Lichtgeschwindigkeit nur für einen externen Beobachter, nicht für einen Astronauten! Je näher die Rakete nun der von außen gemessenen Lichtgeschwindigkeit kommt, umso weniger Zeit braucht der Astronaut, um ein Lichtjahr zurückzulegen. Im Grenzfall (Externer: »Er fliegt Lichtgeschwindigkeit!«) durchquert er die Entfernung von einem Lichtjahr in Null Zeit, womit seine erfahrene Geschwindigkeit unendlich groß wird, was bedeutet, er erreicht jeden Punkt im Universum in Null Eigenzeit! Und weil es logischerweise keinen Sinn machte, schneller als unendlich schnell zu fliegen (oder anders ausgedrückt in Null Zeit jeden Punkt im Universum zu erreichen), deshalb machte es auch logischerweise keinen Sinn, dass ein Externer ein Objekt sieht, das schneller als Lichtgeschwindigkeit fliegt. Die Grenze der Lichtgeschwindigkeit ist daher eine logische Grenze. Weil die Relativitätstheorie in vielen Experimenten bestätigt wurde, einschließlich der Zeitdilatation, können sich daher die Wissenschaftler sicher sein, dass tatsächlich ein Objekt nie mit Lichtgeschwindigkeit oder gar schneller als das Licht fliegen wird.

Fassen wir zusammen: Die Lichtgeschwindigkeit ist nur für externe Beobachter eine absolute Grenzgeschwindigkeit. Nur von dessen Warte aus betrachtet fliegt nichts schneller als das Licht. Derjenige, der fliegt, erlebt immer eine größere Geschwindigkeit als wie der Externe sie sieht, und diese kann größer als die Lichtgeschwindigkeit werden, im Prinzip unendlich groß.