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Überlichtgeschwindigkeit in der Speziellen Relativitätstheorie


CC-BY-NC-SA 3.0

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über Lichtgeschwindigkeitin der speziellenRelativitätstheorievoll startesage ich mal englischen Begriff anund findet gerne den Begriff super Luminazum Beispiel SupernominaltransportSupernominalcommunicationüber Licht dich so zu sagen und FCLfast Erden Leidschneller als Lichtgeschwindigkeiteigentlich kein Problem ich nehme einen starken Leser richte den auf den Mondund lasse den Leser einmal über den Mund drüber schwenkenund wenn ich mir dann den Lichtfleckangucke den der Leser produziertauf der Mondoberflächewird sich dieser Lichtfleckinsbesondere hier am Anfang unter oben am Ende extremstschnell bewegendefinitiv schneller als mit Lichtgeschwindigkeitüber Lichtgeschwindigkeitals solche ist also nicht das Problem das Problem ist der Transportmit Überlichtgeschwindigkeitbei der Bewegung des Lichtflex auf dem Mond bitte nicht mit Überlichtgeschwindigkeittransportiertdas ist ein geometrisches Konstrukt was mit Überlichtgeschwindigkeitbewegtwenn in der Zeitung oder im Internet von über Lichtgeschwindigkeitdie Rede istmeist eine Verwirrung was den Transport angehttypischerweisewurde dann eben nicht wirklich etwas transportiertob Materie oder Signaldas geht Hand in Hand damit das ist mindestens drei Geschwindigkeitsbegriffefür Wellen gibtund je nach Geschwindigkeitsbegriffist durchaus mehr als Lichtgeschwindigkeitdrinbei einer Welleder erste Begriff ist der der Phasengeschwindigkeitunendlich ausgedehntSinusförmigmit welcher Geschwindigkeitbewegt sich diese Welle im Raumdie Phasengeschwindigkeitder zweite Begriff ist der der Gruppengeschwindigkeitich habe ein Wellenpaketmit welcher Geschwindigkeitbewegt sich das Zentrumdieses Wellenpaketsdie Gruppengeschwindigkeitund die Frontgeschwindigkeitich habe eine Störungin meinem Medium die sich ausbreitetin den ungestörten Teil hineindas ist die Frontgeschwindigkeitmit der GruppengeschwindigkeitKomma fiese Sachen anstellen wenn man sehr komische Materialienbenutzt Medienbenutztdass es tatsächlich möglich eine Gruppengeschwindigkeitoberhalb der Lichtgeschwindigkeitzu habendas heißt aber noch lange nicht dass tatsächlich ein Transportstattgefunden hat mit Überlichtgeschwindigkeitviel spannender in dem Zusammenhang ist die Frontgeschwindigkeitnach diesem Vorbemerkung kann man jetzt mit der speziellen Relativitätstheorieweitermachenwas ist denn wenn ich nun wirklich ein Stück Materie habemit einer hohen Masse in Variantenmasseungleich null und versuche das zu beschleunigenin der Hoffnung Lichtgeschwindigkeitund Überlichtgeschwindigkeitzu erreichendann wissen wirdassdie relativistisch Energie durch die Lichtgeschwindigkeitsein mussLorenzfaktormal Ruhemassemal nicht Geschwindigkeitdie Ruhemasse soll ungleich nullund Konstanz sein dasselbe Objektder Lurzfaktor wird auf dem Weg zur Lichtgeschwindigkeitgegen unendlich gehenund dann muss logischerweiseauch die Energie gegen unendlich gehen das ist nicht gutdas heißt ich werde mit diesen Teilchenbei endlicher Energie nicht einmal die Lichtgeschwindigkeiterreichen geschweige denn darüber hinaus kommenwichtigstemasselosen Teilchenkann ich da weiter beschleunigenmüssen schon masselose TeilchenRuhemasse nullwir haben ein Problem wenn sie nicht mit LichtgeschwindigkeitfliegenRuhemasse null Energie null genauso dann auch Impuls null so ein Teilchen kann ich viel bewegendas wird es nicht geben ist wahrscheinlichwenn sich masselose Teilchen mit Lichtgeschwindigkeitbewegen geht es gerade das konnte als Grenzfallhier konstruierenich lasse des gamma gerade in dem Rahmen explodierenwie die Masse gegen null geht daneben ?? sich gegenseitig aufund ich kriege tatsächlich eine endliche Energie rauswenn die Geschwindigkeit gleich der Lichtgeschwindigkeitist kann man das retten für masselose TeilchenKomma wenn wir oberhalb der Lichtgeschwindigkeitsind masselosen Teilchenhaben wir wenn diese Formel dann weiter gelten sollte schon wieder das Problemkann meistens imaginäresdie Masse wäre nur die Energie müsse schon wieder Null sein auch das sieht nicht gut ausalso auch die Idee masselose Teilchen über die Lichtgeschwindigkeithinaus zu beschleunigen sieht nicht gut ausAusrufezeichendas heißt solche mit Ruhemasse nullscheint es nur mit Lichtgeschwindigkeitgeben zu könnennicht darunter nicht darüberim Endeffekt hat man damit drei Geschwindigkeitsklassenmit Geschwindigkeitunterhalb der Lichtgeschwindigkeitund Geschwindigkeitgleich der Lichtgeschwindigkeitundals dritteoberhalb der Lichtgeschwindigkeitdie sie hier mit Überlichtgeschwindigkeitdie heißen gerne Regionenvom griechischen Wort für schnell über Tachometerdieser Einteilungist lustigerweiseLorenz in Variantman Teilchen in einem Systemeine Geschwindigkeit unter der Lichtgeschwindigkeithatkann ich mit unserer Summation tun was ich will ich bleibe unterhalb der Lichtgeschwindigkeiteines genau die Lichtgeschwindigkeithat bleibt es überall genau dabei Münster drüber ist wird es egal was ich ?? Situation mache immer darüber bleiben in seiner Geschwindigkeit?? sagen ich kann mein Teilchen beliebig hinterheroder entgegen fliegenmit Geschwindigkeiten unterhalb der Lichtgeschwindigkeitnatürlich was anderes haben ?? und das war so nicht und es bleibt in seiner Klassebei der relativistisch Geschwindigkeitsadditionhatten wir eine Gleichung aus dem man genau das Ablesen kann nämlichich benutze andere Variablen jetzt als seinerzeitder Neugeschwindigkeitsvektorim Betragins Quadratist gleich Lichtgeschwindigkeitins Quadrat minusLichtgeschwindigkeitins Quadrat minus der alte Geschwindigkeitsvektorlängeins Quadratmal eins durchLorentzfaktorins Quadrat mal eins minusRelativgeschwindigkeitWeg Doku der beiden Systeme mal meinen ursprünglichen GeschwindigkeitsvektorDurchcequadratund nochmals Quadrataus dieser Situation mit der ich das ja durch exerzieren will soll ein Geschwindigkeitsvektorvon?? haben diese Gleichung hatten wir seinerzeit bei der relativistischGeschwindigkeitsadditionKommader Lohnfaktor für meine ?? Translation ist eine harmlose Zahl Dienstvertragespositivhier hinten steht üblicherweiseauch Quadratetwas Positivesdie Zahl der hinten wird positiv werdenmathematischer Satz gibt ein Problemwenn man Geschwindigkeitsvektorhier nun auch eine Länge jenseits der Lichtgeschwindigkeithaben darf dann könnte hier hinten aus diesem Produkt eins rauskommen und ich teile durch nulldann nehme dein Leben nicht hundert Prozent die Geschwindigkeitsondern liegen um ein ganz ?? Stückchen daneben und dann dürfen wir auch wieder Teildieser Faktor hierist im ersten Falllänger Untercecequadratminus etwas das kleiner ist als Cequadratgrößer als nullim zweiten Fallwenn die Länge gleich C ist das gleich Nullund den dritten Fall wird die Längegrößer ist als sie ist das hier negativim ersten Fallziehe ich also von Cequadratetwas Positivesab ??das Quadrat meines neuen Geschwindigkeitsvektorwird kleiner werden als sie Quadratbleiben in unserer Klassewenn man alle Geschwindigkeitsvektorgleich Zebrasteht hier nulldas Quadrat der Länge meines neuen Geschwindigkeitssektorswitzig verwahrt werden das ist nullwir bleiben in dieser KlasseLeertaste und hattensteht in der Klammer eine negative Zahlich ziehe etwas Negatives abdas Quadrat der Länge meines neuen Geschwindigkeitsvektorist größer als die Quadratich bleibe in dieser Klasseich kann also so ein über Lichtgeschwindigkeitsteilchenbeliebig hinterher fliegen oder entgegen fliegenmit einer Geschwindigkeitunterhalb der Lichtgeschwindigkeitund es bleibt ein über Lichtgeschwindigkeitstreichenund entsprechend für die anderen Fälledie Masse eines Tationkönnen unsEnergie und Impuls anguckenwenn alles weiterhin so funktioniert wie es bisher funktioniert hat muss das geltendas Energie durch Lichtgeschwindigkeitins Quadrat minusImpulsvektorins Quadratgleich Masse Quadrat Ruhemasse QuadratLichtgeschwindigkeitQuadrat istimmer schon gesehen die Ruhemasse gleich nullvier null rauskommt heißt das meine Geschwindigkeitistdie Lichtgeschwindigkeitwenn hier mehr als nur raus kommteine hohe Masse oberhalb von nulldann habe ich eine Bewegung mit weniger als Lichtgeschwindigkeitund was bleibt für unsere Teilchen oberste Lichtgeschwindigkeithier muss kleiner Null rauskommen für die Tationdas ist eine spannende Geschichtedas Quadrat der Ruhemasse muss negativseinman könnte auch sagen die Masse muss imaginär seindass sie das mal katastrophalaus es ist nicht so ein Drama allerdingsich erstmalig in das Ruhesystemeines Darius transformieren kannegal was ich mit meiner Ortsinformationmacheich kriege das Dach ja nicht runterauf Geschwindigkeit null nicht mal auf Lichtgeschwindigkeitrunter?? Guide über sein Rohrsystem sagen insofern ist die Masse im Ruhesystemauch eine abstrakte Geschichte warum soll das Quadrat davon nicht negativ seindie Energie von der Regionkönnen zwei Viererimpuls anguckenrelativistisch Energie durch Lichtgeschwindigkeitrelativistisch ?? Impulsdas Essen an raumartigerVierervektordas Musik ?? normal einzeichnendies hier mehr amtszeitartigeVektorendies hier oder dies hieroder dies wären lichtartigeVektorenaußer Viererimpulsder ?? ist raumartignunnormalerweise ist er das nichtund das hat die Konsequenz dass man das Vorzeichender Energie ändern kannin dem ?? das richtigeBezugssystemgehtkann man die Energie positivoder negativ machen oder sogar nullWerner schon bei der Relativitätder Gleichzeitigkeitgesehendiese beiden Ereignisse kann ich in der Reihenfolge umkehren indem ich nun das richtige Bezugssystemwirsagen mich mit der richtigen Geschwindigkeit bewegenbesprechen kann ?? hier vorgeheneine negative Energie ist natürlich eine mittlere Katastrophedas sieht so aus als ob diese Teilchen aus dem Nichts erzeugt werden könnendas ganze wird instabilich mal das nochmals dritte Diagramm aufX da haben wir CThaben wir X Beistrichhaben wir CT Beistrichdass es Licht in der Vorwärtsrichtungunddieses nicht in der Rückwärtsrichtungund schicke ich ihm CTSysteman objektlosmit Geschwindigkeitoberhalb der Lichtgeschwindigkeithier ist die Geschwindigkeit nullmehr Geschwindigkeitmehr Geschwindigkeithier hätte es die Lichtgeschwindigkeiteine noch höhere Geschwindigkeiteine noch höhere Geschwindigkeithier ist die Geschwindigkeit und endlichniemals diese Geschwindigkeithierhier habe ich also im blauen System eine Geschwindigkeitoberhalb der Lichtgeschwindigkeitder Viererimpulsvektorist parallel dazu das in der obersten Komponente eine positive Zahl stehenist auch die Zeitpositivim violetten System muss der Betrag der Geschwindigkeitgrößer sein als C das wissen wir schon weil es unterloser Summation in Variante istdie Geschwindigkeitim violetten System wird kleiner sein als minus C ist ja offensichtlich negativX Strich ist positivCT Strich ist negativund die Energieim violetten Systemwird ebenfalls kleiner sein als nullVektorrechnungzur roten Verbindunghat eine Nullkomponentedie negativ istdass sie das alles ziemlich schräg aus in der Quantenfeldtheoriewird man das dann um interpretierenin dem blauen System sage ich ein Teilchen fließtvon links nach rechtsmit positiver Energieund dem violetten Systemsage ich dannein Antiteilchenfliegt von rechts nach linksalso statt dass sich ein Teilchenmit negativer Energie von hier nach hier habehabe ich dann ein Antiteilchenmit positiver Energie in der umgekehrten Richtungdass es ein üblicher Trick in der Quantenfeldtheorieversicherte natürlich weit über die spezielle Relativitätstheoriehinausauf jeden Fall gibt es negative Energie hier Anlass zu diversenSpekulationenund Interpretationenum die Spekulation weiterzuführenman kann sich dann ein sogenanntes Dachregion an die Telefon vorstellenam Telefon mit dem man in die Vergangenheittelefonieren kannschon wieder ein drittel Diagrammgiftig das Licht nach rechtshier Pflicht das nicht nach linksPunkt hier setzt nun jemand und schickt ein Takionich Mama die Grenzen an das jeweilige Lichtmüssen unterhalb vom Licht liegendicht parallel hierzudies hier wäre eine unendlich hohe Geschwindigkeitparallel zur x-Achsewir bleiben dazwischenzum Beispiel sodas hier wäre ein Tariflohn ausgeschickt von diesem Ereignisaus dem blauen Systemschicken wir jetzt ein Taxi und wieder zurückin ihr hätten wir Lichtgeschwindigkeitparallel dazuhier über ein unendlich hoher Geschwindigkeitparallel zu X Strichachsebleiben zwischen den beidenund schicken seit Jahren so zurückin die Vergangenheitdes ersten Ereignissesdas sieht schräg ausdas ist das Anti Telefonerste Einschränkungdiese ist ein Dach ?? und Signalder wurde nicht normale Materie geschicktsondern nur ein Signal gesendetdas sieht also schwer danach aus als ob es doch lieber der Region nicht geben sollteeinige Leute sagen aber auch man muss mit der um Interpretationvon Nebenarbeitendiese untere Verbindung hier von rechts nach linkshat eine Energieim gestrichene System größer als nullgezeigt aufwärtsvon der x-Achse aufwärtsdie obere Verbindung links nach rechts zeigt im Mixstrich CT strich System nach unten also Energiestrichkleiner alsnullkönnte also sagen für einen Beobachter ihrem blauen System sieht das so ausals ob an dieser Stelle zu dieser Zeit zwei Teilchen erzeugt werden ein normales Teilchenmit positiver Energie und einAntiteilchendazuund das läuft dann eben in der umgekehrten Richtung nicht wie ursprünglich gedacht von links nach rechtsalso alles in Ordnung an der Stelleund wenn diese um Interpretationzutriffthabe ich in dem violetten Systemfür diese obere Verbindunglinks nach rechtseine Energie größer alsnullich gehe ja aufwärtsnach oben von der x-Achseund für die untere Verbindungeine Energiekleiner alsnull ich gehe ja abwärtsim Verhältnis zur x-Achseim violetten System sieht das also so ausdass hier von dem ersten Punkt ein Antiteilchenstartet nach rechts riechtetwas später startet ein normales Teilchendie treffen sich hier auf der blauen Achseund vernichten sichich hoffe es ist klardass das also auf diversephilosophische Fragen führtauf den ersten Blick hat man ein Problem mit der Kausalitätund auf den zweiten Blick kommt Quantenfeldtheorieins Spiel und es wird fürchterlichabsurderweisestellt sich in der Quantenfeldtheoriesowieso heraus das ?? mit den Perioden gar nicht zum Problem hatdas Quadrat der Masse ist in der Quantenfeldtheorieso etwas wie die Krümmungeines Potenzialsdies wäre ein positivesQuadrat der Masseund für die Tation hätte man diese Situationein Bergpotenzialdann habe ich als Krümmungeine negative Zahl das Quadrat der Masse hat mit der Krümmung zu tun das ist dann kleiner als null?? positives Massenquadratist die Welt in Ordnungdas ist stabilund für ein negativesMassenquadrathat man einen perfekt instabilenZustand der wird sofortzerfallendas wird einfach nicht passierendas System wird sofort in einen anderen Zustand kippendas lustigerweise auch derselbe Mechanismus der dem Higgsteilchen zugrunde liegtaber solche Überlegungen gehen natürlich weit über die spezielle Relativitätstheoriehinaus