Warum so wichtig ist die Geschwindigkeit des Lichts


Wenn Physiker letzte Woche angekündigt, dass sie, dass subatomare Teilchen erkannt hatte, genannt Neutrinos, die schneller als die Lichtgeschwindigkeit unterwegs sein erschienen, schien es eine Ausnahme von einer kosmischen Tempolimit von Albert Einsteins Spezielle Relativitätstheorie festgelegt werden.

Einsteins Theorie, die er 1905 schlug vor, beschreibt die Relativität der Bewegung, vor allem die Bewegung der nichts an oder nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegen. Damals glaubten die Menschen, dass Lichtwellen, genauso wie Schallwellen, Meereswellen oder Stoßwellen, musste durch ein Medium zu reisen. Aber anstatt Luft, Wasser oder Boden, sie glaubten Licht Wellen reiste durch eine Substanz namens Äther, weniger greifbar als Luft, die das Universum durchdrungen.

Wissenschaftler davon ausgegangen, dass die Gesetze der Physik anders für ein Objekt in Ruhe in Bezug auf den Äther wäre, und mit der richtigen Experimente wäre es möglich, herauszufinden, was wirklich in Ruhe, nach Peter Galison war, Professor für Physik und Wissenschaftsgeschichte an der Harvard University. [Verdreht Physik: 7 mind-blowing Ergebnisse]

"Einstein, losgeworden," sagte Galison. "Es gibt keine physischen Eigenschaften, die gehen mit der Aussage"Ich bin wirklich in Ruhe." Das ist wirklich was spezielle Relativitätstheorie geht."

In anderen Worten, sind die Eigenschaften der Physik das gleiche für mich, ob ich mein Fahrrad oder auf einer Parkbank sitzen. Spezielle Relativitätstheorie gilt jedoch nicht für Beschleunigung. Einstein würde dies später in seiner allgemeinen Relativitätstheorie anzugehen.

Spezielle Relativitätstheorie basiert ebenfalls auf eine zweite Annahme, die die Geschwindigkeit des Lichts gibt — 186.000 Meilen pro Sekunde (300 Millionen Metern pro Sekunde) – in einem Vakuum einen Sonderstatus. Einstein postulierte, dass Licht für jeden Beobachter, unabhängig von der Geschwindigkeit des Beobachters, immer mit der gleichen Geschwindigkeit bewegt, erklärte Galison.

Also, wenn Sie ein Auto schnelles genug in der Theorie haben, Sie zu einer Kugel aufholen konnte. Aber Sie könnte nie bis zu fangen, oder sogar reduzieren die scheinbare Geschwindigkeit von einem Lichtimpuls, unabhängig davon, ob Sie in Richtung zu ihm oder von ihm weg fuhren.

Ultimative Tempolimit

Nach Einsteins Theorie wird die Geschwindigkeit des Lichts eine Art ultimative Tempolimit. Seien Sie in der Tat, Objekte mit Masse es Autos oder Neutrinos, erreichen Sie die Lichtgeschwindigkeit nicht, weil sie unendlich viel Energie zu tun, nach der Theorie brauchen würde.

Einige Experimente mit der Geschwindigkeit des Lichts spielen erschienen, aber diese Effekte sind illusorisch, laut Galison. Licht, das über verschiedene Medien, wie gekühlte Natrium Gas erheblich verlangsamt, aber deshalb, weil das Licht zwischen den Atomen innerhalb des Mediums prallte sein wird. Aber zwischen Wechselwirkungen mit Atomen, es ist immer noch unterwegs auf 186.000 Meilen pro Sekunde (300 Millionen Metern pro Sekunde), sagte er.

Behauptungen, dass es möglich ist, Licht über 186.000 Meilen pro Sekunde (300 Millionen Metern pro Sekunde), schieben sind ebenso illusorisch, sagte Galison.

Galison verwendet eine hypothetische zu um erklären, warum. Wenn Sie ein Laser-Pointer auf die Oberfläche des Mondes glänzen und Ihr Handgelenk zu fegen über die Oberfläche streichen, bedeutet würde nicht das, dass der helle Punkt ist die Oberfläche des Mondes schneller als die Lichtgeschwindigkeit überschreiten? Nein, denn nichts eigentlich die Oberfläche des Mondes überqueren ist – der Punkt ist kein tatsächliches Objekt, sondern nur eine Reihe von Photonen in der Laserstrahl die Oberfläche trifft.

"Seit 100 Jahren Menschen haben diese verwendet und anspruchsvollere Paradoxien, versucht zu sagen:"gut gibt es auf diese Weise um die Lichtgeschwindigkeit zu überschreiten?"" Galison, sagte. "sie drehen in der Regel aus einzubeziehen, beschleunigte Bewegung, etwas, das nicht wirklich ein Objekt" – wie der helle Fleck der Laser-Pointer – "oder unendliche Energie." Das heißt, Cheats.

Im Labor können Forscher schaffen den Eindruck senden Licht schneller als die Geschwindigkeitsbegrenzung durch die Feinabstimmung der Geschwindigkeit, mit die sich die Wellenberge von Licht durch den Raum ausbreiten. Dies steigert jedoch nicht die Geschwindigkeit, mit der die eigentliche elektromagnetische Information reist – dies wird durch die allgemeine Form der Wellenamplitude vermittelt.

Eisenpanzer Theorie?

Da Einstein die spezielle Relativitätstheorie eingeführt, erschienen die Theorie und die Sonderstellung, die es, um die Geschwindigkeit des Lichts gibt eiserne.

Bis jetzt ist. Wissenschaftler arbeiten an der OPERA-Experiment am CERN-Labor in der Schweiz strahlte Neutrinos 454 Meilen (730 km) u nach Italien und berechnet, wie schnell sie die Reise gemacht. Schockierend, die Neutrinos erschien gegen Lichtgeschwindigkeit durch 60 Milliardstel einer Sekunde. Die Feststellung scheint angesichts der letzten 106 Jahre der Physik zu fliegen.

"Unser Verständnis ist nicht überhaupt entwickelt, machen wir schon äußerst präzise Tests der speziellen Relativitätstheorie seit den ersten Tagen", sagte Ben Monreal, Assistant Professor für Physik an der University of California, Santa Barbara. "Spezielle Relativitätstheorie hat Tests mit Bravour bestanden seit über 100 Jahren bestanden. "Deshalb ist dieses Ergebnis so überraschend und unerwartet."

Wenn die Feststellung der OPERA-Experiment entwickeln, sind die Folgen viel mehr knifflige. Unter spezielle Relativitätstheorie wenn etwas schneller als die Lichtgeschwindigkeit reist geht es rückwärts in der Zeit. Solch eine Aussage beeinträchtigen könnte die Grundregel, dass Ursache Effekt, genannt Kausalität vorausgeht.

"Der Grund viele Physiker sind durch diese Behauptungen sehr unbewegt ist, dass es Kausalität selbst sehr problematisch machen könnte", sagte Galison. Das heißt, erhöht es die Aussicht auf eine Reise durch die Zeit.

Gibt es ein weiteres Problem. Einstein eingeführt als eine mathematische Konstante, cdie Lichtgeschwindigkeit. Wenn Neutrinos können in der Tat die Lichtgeschwindigkeit überschreiten, dann c verliert ihren Sonderstatus, was zu einer Vielzahl anderer Probleme an anderer Stelle in der Physik, bei denen c in Berechnungen, z. B. die berühmte Formel E verwendet worden ist = Mc ^ 2. [Verzogen Physik: 10 Effekte schneller als Licht Entdeckung]

"Aus all diesen Gründen, Leute sind gonna benötigen zusätzliche Beweise für die Schlussfolgerung, dass es geht zu halten," sagte Galison.

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