Machen Sie eine Reise mit Lichtgeschwindigkeit durch das Sonnensystem, beginnend bei der Sonne
Wir haben es immer wieder gehört. Nichts ist schneller als die Lichtgeschwindigkeit. Einstein legte das Tempolimit auf 186.000 Meilen pro Sekunde (299.792 km/s) fest. Kein materieller Gegenstand kann sich theoretisch schneller bewegen. Für alle praktischen Zwecke ist nur Licht geschmeidig genug, um sich mit Lichtgeschwindigkeit fortzubewegen.
In solcher Eile kann ein Lichtstrahl in nur einer Sekunde 8-mal um die Erde kreisen. Eine Reise zum Mond dauert nur 1,3 Sekunden. Sicher schnell, aber leider nicht schnell genug. Klicke im Video auf Play und du wirst bald wissen, was ich meine. Der Blick beginnt bei der Sonne und wandert mit Lichtgeschwindigkeit nach außen in das Sonnensystem.
Planet Distance in AU Travel time .................................................................... Mercury 0.387 193.0 seconds or 3.2 minutes Venus 0.723 360.0 seconds or 6.0 minutes Earth 1.000 499.0 seconds or 8.3 minutes Mars 1.523 759.9 seconds or 12.6 minutes Jupiter 5.203 2595.0 seconds or 43.2 minutes Saturn 9.538 4759.0 seconds or 79.3 minutes Uranus 19.819 9575.0 seconds or 159.6 minutes Neptune 30.058 14998.0 seconds or 4.1 hours Pluto 39.44 19680.0 seconds or 5.5 hours ...................................................................
Entfernungen und Leuchtzeiten zu den Planeten und Pluto (von Alphonse Swinehart)
Man könnte zunächst meinen, dass wir mit einer so schnellen Bewegung die Umlaufbahnen der acht Planeten eilig überqueren werden. Ich hätte nicht überrascht sein sollen, aber ich wurde schon ungeduldig, als Merkur vorbeiflog … nach 3,2 Minuten. Die Erde war noch 5 Minuten entfernt und Jupiter weitere 40! Deshalb bricht das Video bei Jupiter ab – niemand würde 5 1/2 Stunden später für Plutos Auftritt bleiben.
Wie das Video mühsam, aber effektiv demonstriert, leben wir in einem Sonnensystem, in dem einige Planeten durch riesige Räume voneinander getrennt sind. Nicht einmal Licht ist schnell genug, um das menschliche Bedürfnis nach Geschwindigkeit zu befriedigen. Aber um die Dinge in die richtige Perspektive zu rücken, die schnellsten von Menschenhand geschaffenen Objekte sind die der NASA Raumsonde Voyager I , die kürzlich den interstellaren Weltraum erreichte, der mit 17 km/s (38.000 mph) oder fast 18.000 mal langsamer als Lichtgeschwindigkeit unterwegs war.
Lassen Sie uns weiter erforschen. Jedes materielle Objekt, zum Beispiel ein Skittle, das sich so schnell bewegt, würde unendlich massiv werden. Wieso den? Sie benötigen unendlich viel Energie, um den Skittle auf die exakte Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen. Da Materie und Energie zwei Gesichter derselben Medaille sind, erzeugt all diese Energie einen unendlich massiven Skittle. Süße Rache, wenn es sie jemals gab.
Sie können die pillenähnliche Süßigkeit jedoch mit einer endlichen, wenn auch unglaublich großen Energiemenge auf 99,9999% Lichtgeschwindigkeit beschleunigen. Einstein ist damit cool. Hier ist das Seltsame. Wenn Sie mit Lichtgeschwindigkeit reisen würden, würde es wie ein ganz normales Bonbon aussehen, aber wenn Sie es von der Außenwelt betrachten würden, wäre der zuckerhaltige Leckerbissen das gesamte Universum. Beide Standpunkte sind gleichermaßen gültig, und das ist die Essenz von relativ.
Welle-Teilchen-Dualität des Lichts
Um sich einen Tag im Leben eines Photons besser vorstellen zu können, machen wir uns auf den Weg. Photonen sind die Teilchenform des Lichts, die lange Zeit nur verstanden wurde alsWellenvon elektromagnetischer Energie. In der Seltsamkeit der Quantenwelt ist Licht sowohl ein Teilchen als auch eine Welle . Aus unserer Sicht rast ein Photon mit einer Geschwindigkeit von 186.000 Meilen pro Sekunde vorbei, aber für das Photon selbst steht die Welt still und die Zeit bleibt stehen. Photonen sind überall gleichzeitig. Allgegenwärtig. Für sie vergeht keine Zeit.
In der Relativitätstheorie wird die Bewegung von allem vollständig aus der Sicht eines Beobachters definiert. Aus der Perspektive des Photons ist es in Ruhe. Von uns aus bewegt es sich durch Zeit und Raum. Wir alle haben unseren eigenen „Koordinatenrahmen“, damit wir überall, wo wir sind, in Ruhe sind. Das ist Relativität für Sie – alle Frames sind gleichermaßen gültig.
Angenommen, Sie sitzen in einem Flugzeug. Die traurige Tüte Brezeln, die Ihnen gerade gereicht wurde, ist in Ruhe, weil sie sich in Ihrem Koordinatensystem befindet. Die Person neben Ihnen ruht ebenfalls (und schnarcht hoffentlich nicht). Sogar das Flugzeug ruht. Laut Einstein ist es genauso gültig, sich die Welt außerhalb des Flugzeugfensters vorzustellen, während das Flugzeug selbst in Ruhe bleibt. Schließen Sie beim nächsten Flug die Augen, sobald das Flugzeug Höhe und eine konstante Geschwindigkeit erreicht hat. Sie werden Motorengeräusche hören, aber es gibt keine Möglichkeit zu wissen, dass Sie sich tatsächlich bewegen.
Diagramm, das zeigt, wie sich ein Objekt (eine Kugel) mit zunehmender Geschwindigkeit in Bewegungsrichtung zusammenzieht. Ganz links beträgt seine Geschwindigkeit (V) das 0,3-fache der Lichtgeschwindigkeit. Bildnachweis: Askamathematician.com
Die Relativität sagt auch das voraus Objektvertrag in ihrer Bewegungsrichtung. So seltsam es klingt, dies wurde durch viele Experimente bestätigt. Je schneller die Dinge reisen, desto mehr ziehen sie sich zusammen.
Der Effekt macht sich erst bemerkbar, wenn sich ein Objekt der Lichtgeschwindigkeit nähert, aber die Dienst- und Besatzungsmodule von Apollo 10 erreichten eine Geschwindigkeit von 0,0037 % der Lichtgeschwindigkeit. Aus der Perspektive eines Menschen am Boden ist das 11,03 Meter lange Modul um etwa 7,5 Nanometer geschrumpft, ein äußerst kleiner, aber messbarer Betrag. (Ein Blatt Papier ist 100.000 Nanometer dick). Ebenso ziehen sich die Entfernungen zusammen und erreichen mit Lichtgeschwindigkeit bei Null die Talsohle.
Die Längenkontraktion tritt auf, weil ein stationärer Beobachter sieht, wie die Zeit eines schnellen Raumschiffreisenden langsamer vergeht. Da Licht in Zeiteinheiten – Lichtsekunden, Lichtjahre – gemessen wird, muss der „Herrscher“ des Reisenden kürzer sein, damit sich die beiden auf die Lichtgeschwindigkeit (eine Konstante im Universum) einigen können. Und es ist wirklich aus Ihrer stationären Perspektive, wenn Sie irgendwie in das Schiff blicken könnten. Bei einer Lichtgeschwindigkeit von 10 % schrumpft ein 200-Fuß-Raumschiff auf 199 Fuß. Mit 86,5% ist es 100 Fuß oder halb so groß und mit 99,99% nur 3 Fuß!
Wir sind heute weit gereist – wir sitzen ruhig in unserem Bezugsrahmen.
