Warum kann nichts schneller sein als das Licht?
Bevor wir fragen, warum etwas so ist, sollte man fragen, ob das auch wirklich so ist…
Kann wirklich "nichts schneller sein als das Licht"?
Die Spezielle Relativitätstheorie sagt __nicht__, dass "nichts schneller sein kann als Licht". Das ist ein weit verbreiteter Irrtum, in aller Regel verursacht durch zu sehr vereinfachte Darstellung der Sachverhalte.
Sie sagt vielmehr, dass sich Informationen nicht schneller als Licht und massebehaftete Objekte (also so was wie wir alle) nicht mal so schnell durch den Raum bewegen können.
Für Objekte mit Ruhemasse ist die Vakuumlichtgeschwindigkeit eine unerreichbare Obergrenze für die Bewegung durch den Raum. Überall wo sich weder Informationen noch Massen durch den Raum bewegen, haben wir hier also eine "Hintertür". Entsprechend gibt es sogar eine ganze Menge von "Dingen", die schneller sein können als Vakuumlichtgeschwindigkeit.
Ein Beispiel wäre ein über den Mond huschender Punkt eines in großer Entfernung gewedelten Laserpointers. Zwischen den einzelnen erhellten Punkten auf dem Mond wird dabei ja keine Information übertragen. Und auch das Licht vom Pointer zum Mond ist immer nur mit c unterwegs. Deswegen kann der huschende Punkt schneller als Lichtgeschwindigkeit erreichen.
Ein ganz anderes Beispiel wäre die Expansion des Universums. Die weitest entfernten Objekte haben Werte der Rotverschiebung (Rotverschiebung
), die relativistischen Geschwindigkeiten entsprechen würden, wäre sie eben durch einen einfachen Dopplereffekt - also die Relativbewegung der Lichtquelle durch den Raum - entstanden. Tatsächlich bewegt sich bei der Ausdehnung des Raumes aber keine Galaxie mit solchen Geschwindigkeiten durch den Raum: Die kosmologische Rotverschiebung passiert unterwegs, auf dem Weg zwischen dort und uns und ist durch die Ausdehnung des Raumes selbst bedingt. Die recht geringe Ausdehnungsrate von nur etwa 70 km /s Mpc addiert sich auf sehr große Entfernungen - etwa ab 13 bis 15 Milliarden Lichtjahren Entfernung
- zu einer überlichtschnellen Expansion des beobachtbaren Universums auf. Selbst Angaben von einem einem Mehrfachen der Lichtgeschwindigkeit für entfernteste Galaxien sind genau deshalb kein Verstoß gegen die "Obergrenze Lichtgeschwindigkeit".
Es gibt noch mehr Beispiele:
Beim Tunneleffekt sorgt der Unterschied zwischen Gruppen- und Phasengeschwindigkeit eines Wellenpakets dafür, dass einzelne Anteile einer Welle die Barriere überlichtschnell durchtunneln. Eine Informationsübertragung ist auch hier nicht möglich.
Bei der Tscherenkow-Strahlung erreichen die Teilchen im Medium eine höhere Geschwindigkeit als das Licht im Medium. Auch das ist kein Verstoß gegen die SRT, die von der Vakuumlichtgeschwindigkeit spricht.
Wer Lust hat, kann sich ein paar Beispiele von Harald Lesch nennen lassen:
Warum können sich massebehaftete Objekte nicht schneller als Vakuumlichtgeschwindigkeit durch den Raum bewegen?
Das liegt an dem gemeinen Lorentzfaktor.
(Bildquelle: Wikipedia
)
Beschleunigen wir ein Objekt, dann wird es nicht nur schneller, auch seine Masse nimmt um den Lorentzfaktor zu. Immer, auch im Alltag. Nur merken wir davon nichts, weil bei den "alltagsüblichen Geschwindigkeiten" der Lorentzfaktor so nahe an 1 ist.
Spürbar wird das eben erst bei relativistischen Geschwindigkeiten: Immer mehr der zugeführten Energie macht das Objekt nicht mehr schneller, sondern schwerer.
Die Geschwindigkeit bleibt immer unterhalb von c.
Das Ganze ist experimentell übrigens bestens bestätigt, etwa am LHC.