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Relativitätstheorie

Schneller geht's nicht

Warum ein Lichtteilchen in einem einzigen Augenblick durchs ganze Universum reist und wir selbst fast mit Lichtgeschwindigkeit in der Zeitdimension unterwegs sind, erklärt der US-Physiker Don Lincoln gewohnt kompetent und vergnüglich.
Why can't you go faster than light?

Veröffentlicht am: 03.10.2017

Laufzeit: 0:08:36

Sprache: englisch

Das US-Forschungszentrum Fermi National Accelerator Laboratory bei Chicago ist vor allem durch das 2011 stillgelegte Tevatron bekannt, den bis zur Inbetriebnahme des LHC weltgrößten Teilchenbeschleuniger.

Die Relativitätstheorie Einsteins hat einige Überraschungen für den menschlichen Alltagsverstand parat. Dazu gehört insbesondere das Postulat von der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit. Laut diesem ist Licht in allen Bezugssystemen gleich schnell – zumindest im Vakuum. Von Materie lässt sich Licht durchaus bremsen (siehe etwa dieses Video auf SciViews).

Doch stets gilt: Gleich, ob man einen Lichtstrahl aus dem Stand heraus mit einer Taschenlampe aussendet oder von einem fahrenden Zug oder auch aus einem superschnellen Raumschiff: Der Lichtstrahl entfernt sich immer mit identischer Geschwindigkeit. Auch ein Beobachter, der dem Lichtstrahl mit einem Raumschiff entgegen fliegt, wird nicht etwa eine um sein eigenes Tempo erhöhte Geschwindigkeit des Lichtstrahls messen – anders als der Fahrer eines Autos, dem ein anderes Auto entgegenkommt – , sondern immer nur genau die von Einstein geforderte konstante Lichtgeschwindigkeit.

Don Lincoln, bekannter Teilchenphyiker am Fermilab bei Chicago, erklärt in diesem Video sehr gekonnt, wie man sich diese Zusammenhänge von Raum und Zeit vorstellen kann, auch wenn sie allen gängigen menschlichen Intuitionen widersprechen. Warum er sich die Mühe macht? Unablässig schlagen ihm Amateurforscher Alternativen zu Einsteins Theorie vor. Bei Minute 0:55 lohnt es sich, das Video kurz anzuhalten – denn hier zeigt uns Lincoln einen Blick auf sein E-Mail-Postfach.

Seine Ausführungen mögen auf den ersten Blick etwas befremdlich wirken, gehören aber mit zum Besten, was es zu diesen Fragen zu finden gibt. Er nutzt eine mathematisch nicht perfekte, aber vom Prinzip her gültige Analogie. Gemäß dieser bewegen wir uns eigentlich immer mit Lichtgeschwindigkeit, entweder durch den Raum oder durch die Zeit oder durch eine Mischung zwischen beiden. Raum und Zeit nehmen hier sozusagen die Achsen eines Koordinatensystems ein – so wie die Nord-Süd- und die Ost-West-Achse auf einer Landkarte, die aber auch eine Bewegung beispielsweise in Nord-Ost-Richtung zulassen.

Steht ein Körper im Raum still, so bewegt er sich folglich mit Lichtgeschwindigkeit entlang der Zeitachse. Dieser Zustand entspricht dem ganz gewöhnlichen Vergehen der Zeit. Mit zunehmender räumlicher Geschwindigkeit bewegt er sich aber immer langsamer durch die zeitliche Dimension. Für einen Lichtstrahl, der stets mit dem maximal erlaubten Tempo, nämlich der Lichtgeschwindigkeit, unterwegs ist, ergibt sich daraus ein besonderer Effekt: Weil er maximal schnell durch die Raumdimension reist, bleibt für die Zeitdimension gewissermaßen nichts mehr übrig. Daher steht für ihn die Uhr still. Aus seiner Sicht fliegt er in einem Augenblick quer durch das Universum, während dieser Augenblick für einen anderen Beobachter Jahrmilliarden dauern mag.

Einen weiteren interessanten Aspekt thematisiert das Video nicht: Extrem schnelle Körper sehen auch den Raum anders. Wer sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegt, für den verkürzen sich die Distanzen in Bewegungsrichtung immer stärker (siehe das Phänomen der Lorentz-Kontraktion). Im Alltagsleben spielt das keine Rolle, aber Physiker müssen solche Effekte etwa beim Bau von Teilchenbeschleunigern berücksichtigen und ihre Anlagen entsprechend groß bauen – sonst würden es die schnellen Teilchen nicht um die nächste Kurve schaffen.

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