{"id":15558,"date":"2022-03-25T14:32:05","date_gmt":"2022-03-25T13:32:05","guid":{"rendered":"https:\/\/www.unifr.ch\/alma-georges?p=15558"},"modified":"2022-03-28T15:26:47","modified_gmt":"2022-03-28T14:26:47","slug":"aks-a-scientist-lichtgeschwindigkeit","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.unifr.ch\/alma-georges\/articles\/2022\/aks-a-scientist-lichtgeschwindigkeit?lang=de","title":{"rendered":"Ask A Scientist \u2013 Lichtgeschwindigkeit"},"content":{"rendered":"

Die neue Alma&Georges-Serie \u00abAsk A Scientist\u00bb eignet sich nicht nur f\u00fcr Kinder, sondern f\u00fcr alle Wissenschaftsbegeisterte, die gerne Dingen auf den Grund gehen. In jedem Artikel stellt ein junger Mensch eine wissenschaftliche Frage, die unsere Prof(i)s beantworten m\u00fcssen.<\/strong><\/h4>\n
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Diesmal haben wir etwas f\u00fcr Sci-Fi-Fans. Die Frage ist berechtigt: Warum altert man nicht, wenn man mit Lichtgeschwindigkeit f\u00e4hrt?<\/strong><\/p>\n

Es ist richtig, dass Lichtteilchen (Photonen) nicht altern, eben weil sie sich im leeren Raum mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen.<\/p>\n

Im Jahr 1905 hatte Albert Einstein, der damals in Bern als Experte im Patentamt arbeitete, eine fundamentale Einsicht: Wenn Beobachter_innen, die sich mit verschiedenen Geschwindigkeiten bewegen, die Geschwindigkeit eines Lichtstrahls messen, so werden sie alle exakt den gleichen Wert erhalten, n\u00e4mlich c = 299 792.458 km\/s. Man bezeichnet dies als das Prinzip von der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit. Dieses Prinzip klingt f\u00fcr uns ungewohnt, weil es f\u00fcr Geschwindigkeiten, die kleiner sind als jene des Lichts, nicht gilt. So wird ein Fussg\u00e4nger, der sich auf ein Fahrrad zubewegt, eine gr\u00f6ssere Geschwindigkeit des Fahrrads messen als ein Fussg\u00e4nger, der sich in der gleichen Richtung bewegt wie dieses.<\/p>\n

Die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit hat, wie Einstein gezeigt hat, einschneidende Konsequenzen f\u00fcr unser physikalisches Weltbild. Insbesondere m\u00fcssen wir die Vorstellung einer absoluten Zeit, die im ganzen Kosmos gleichm\u00e4ssig verl\u00e4uft, aufgeben. Die Zeit ist nicht absolut, sondern bewegte Uhren gehen langsamer als ruhende. Dieses Ph\u00e4nomen, das man als Zeitdilatation bezeichnet, betrifft alle physikalischen Abl\u00e4ufe, also auch die Alterungsprozesse unseres K\u00f6rpers. Dazu gibt es ein bekanntes Gedankenexperiment: Stellen wir uns zwei Personen vor, die das gleiche Alter haben, z.B. Zwillinge. Der eine Zwilling besteigt eine Superrakete, die sich mit 99% der Lichtgeschwindigkeit im Weltraum bewegt. Er unternimmt in der Superrakete eine Reise, die aus seiner Sicht 5 Jahre dauert. Wenn er auf die Erde zur\u00fcckkehrt, wird der Reisende also 5 Jahre \u00e4lter sein. Der Zwilling, welcher auf der Erde verblieben ist, wird hingegen, wenn sich die Zwillinge nach der Reise treffen, um 35 Jahre gealtert sein!<\/p>\n

Dieses sog. Zwillingsparadoxen wurde in den 70er Jahren des vergangenen Jahrhunderts experimentell best\u00e4tigt, als erstmals gen\u00fcgend pr\u00e4zise Uhren, sog. Atomuhren, zur Verf\u00fcgung standen. Zwei Atomuhren wurden synchronisiert. Hernach umkreiste eine der Atomuhren in einem Flugzeug die Erde. Als nach dem Flug die Zeitangaben der Uhren verglichen wurden, stelle man fest, dass die Uhr aus dem Flugzeug einige Nanosekunden zur\u00fccklag, eine Zeitdifferenz, die genau Einsteins Voraussage entsprach. (Die Auswertung des Experiments war kompliziert, weil auch der Einfluss der Erdgravitation ber\u00fccksichtigt werden musste. Einstein hat gezeigt, dass auch die Schwerkraft zu einer Zeitdilatation f\u00fchrt.) Die Zeitdilatation ist heutzutage sehr gut best\u00e4tigt und wird beispielsweise bei der GPS-Positionsbestimmung ber\u00fccksichtigt.<\/p>\n

Lichtteilchen (Photonen) bewegen sich mit der h\u00f6chstm\u00f6glichen Geschwindigkeit c und stellen daher den Grenzfall dar: f\u00fcr sie vergeht gar keine Zeit. Sie k\u00f6nnen sich aber nur so schnell bewegen, weil sie keine Masse haben. Massive Objekte, wie wir es sind, k\u00f6nnen nicht auf Lichtgeschwindigkeit bewegt werden, weil das unendlich viel Energie ben\u00f6tigen w\u00fcrde. So bleibt uns der Traum der ewigen Jugend verbaut!<\/p>\n

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Unsere Person vom Fach
\n<\/strong>Dr. Christoph Leuenberger ist Lektor an der Naturwissenschaftlichen Fakult\u00e4t. Unter anderem h\u00e4lt er eine Vorlesung zum Thema \u201eRelativit\u00e4t und Kosmologie\u201c.
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