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THEMA: Überlichtgeschwindigkeit mit Laserpointer?

Überlichtgeschwindigkeit mit Laserpointer? 06 Mär 2016 16:59 #3558

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Beim recherchieren über die Relativitätstheorie stieß ich auf das Vorlesungsscript eines Physikprofessors.
Im Script wird ein Gednkenexperiment erwähnt welches wohl jeder von uns schon selbst einmal gemacht hat und welches auch Harald Lesch mit seiner Metapher von der sich öffnenden Scheere verwendet.

Man nehme einen Laserpointer, richte ihn auf den Mond und wackle etwas hin und her.

Gibt es dabei Überlichtgeschwindigkeit?

Der Professor sagt Ja aber es gibt keinen Informationstransport und deshalb keine Verletzung der Theorie...

Ich sage Nein, gibt es überhaupt keine Überlichtgeschwindigkeit.
Was wir hier auf der Erde sehen ist nur eine Projektion dessen was auf dem Mond passiert.
Die Projektion wird sich auf der Netzhaut nur um Millimeter bewegen, eine Projektion auf einem Schirm meinetwegen um Zentimeter.
Keine Überlichtgeschwindigkeit!

Was passiert auf dem Mond wenn der Laserpointer von Punkt A nach Punkt B schwenkt?
Ein Beobachter am Punkt B würde sehen wie der Lichtfleck von seiner Position aus sich mit Lichtgeschwindigkeit in Richtung A bewegt.
Richtungsumkehr und anschauliches Beispiel für die Relativität von Gleichzeitigkeit aber keine Überlichtgeschwindigkeit!

Ich denke meine Sichtweise auf das Experiment kommt Einsteins Ideen wesentlich näher als das was der Professor da seinen Studenten vermittelt.

Nachtrag: Es würde mich Interessieren ob das Experiment schon real gemacht wurde und ob man die Richtungsumkehr wirklich beobachtet hat.

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Überlichtgeschwindigkeit mit Laserpointer? 06 Mär 2016 17:24 #3561

Die reale Geschwindigkeit ist die der Photonen des Lasers und die ist c.

Für die Schein-Geschwindigkeit, mit der sich der Punkt des Laser-Pointers auf dem Mond bewegt, gibt es keine Maximalgeschwindigkeit.

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Überlichtgeschwindigkeit mit Laserpointer? 06 Mär 2016 18:02 #3564

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Aus Sicht des Beobachters am Punkt B schon. Was der sieht sind die auf der Oberfläche gestreuten Photonen des Pointers und die bewegen sich mit c in seine Richtung. Deshalb kommt es ja zur scheinbaren Richtungsumkehr.

Ich wollte mit meinem Beitrag weg von dem "Es gibt keinen Informationstransport und damit basta" hin zu der Art wie Einstein seine Ideen in wunderschön verständlichen Gedankenexperimenten erklärt hat. Ich wollte das Experiment nur etwas genauer beleuchten.

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Überlichtgeschwindigkeit mit Laserpointer? 06 Mär 2016 19:14 #3566

Fliegt ein Flugzeug mit halber Schallgeschwindigkeit auf mich zu, höre ich, wie es auf mich zufliegt. Fliegt es mit Schallgeschwindigkeit auf mich zu, höre ich das Flugzeug so, wie wenn es mit unendlicher Geschwindigkeit auf mich zufliegen würde. In dem Moment, wo ich es höre, ist es auch schon da, denn alle Schallwellen kommen gleichzeitig bei mir an. Fliegt es mit Überlichtgeschwindigkeit auf mich zu, höre ich es so, wie wenn es von mir wegfliegt, denn die Reihenfolge der Ankunft der Schallwellen dreht sich um.

Ohne dem Effekt der relativistischen Lichtgeschwindigkeit müsste sich das mit einem Laserpointer auf dem Mond genauso verhalten, wenn ein von der Erde aus gesteuerter Lichtpunkt quer über den Mond sich auf mich zubewegt. Bewegt er sich mit halber Lichtgeschwindigkeit auf mich zu, sehe ich ihn auf mich zukommen, bewegt er sich mit Lichtgeschwindigkeit auf mich zu, habe ich das Gefühl, wie wenn er sich unendlich schnell auf mich zubewegt, denn in dem Moment, wo ich ihn sehe, ist er auch schon da. Fliegt er mit Überlichtgeschwindigkeit auf mich zu, was ja ohne Transport einer Information möglich ist, dann sehe ich ihn von mir wegfliegen.
Wie ist das nun, wenn man die relativistische Lichtgeschwindigkeit miteinbezieht?
Gibt es eigentlich beim Schall auch eine relativistische Schallgeschwindigkeit?

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Überlichtgeschwindigkeit mit Laserpointer? 06 Mär 2016 20:56 #3568

Stell dir vor, du hast einen Wasserschlauch in der Hand und wackelst damit schnell hin und her. Der austretende Wasserstrahl wird beim Bewegen gekrümmt. Der Punkt, wo das Wasser auftrifft, wird sich nicht schneller bewegen als das Wasser im Schlauch.
Ich kann es nicht berechnen, aber ich vermute stark, dass es auch beim Laserstrahl so ist. Der Lichtstrahl wird beim Bewegen des Laserpointers gekrümmt. Kein relativistischer Effekt sondern reine Mechanik.
Also keine Überlichtgeschwindigkeit, weder mit noch ohne Signalübertragung.

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Überlichtgeschwindigkeit mit Laserpointer? 06 Mär 2016 21:07 #3569

badhofer schrieb: Gibt es eigentlich beim Schall auch eine relativistische Schallgeschwindigkeit?


Nein. Die Schallgeschwindigkeit ist so viel kleiner als die Vakuum-Lichtgeschwindigkeit, dass bei Bewegungen mit etwa Schallgeschwindigkeit keine relativistischen Effekte auftreten.

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Überlichtgeschwindigkeit mit Laserpointer? 06 Mär 2016 21:48 #3574

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badhofer schrieb: Gibt es eigentlich beim Schall auch eine relativistische Schallgeschwindigkeit?

Nicht wirklich.
Die Schallmauer stellt zwar eine gewisse Grenze dar weil der Luftwiderstand mit der Geschwindigkeit quadratisch steigt aber es gibt da keine Unendlichkeiten wie bei der Lichtgeschwindigkeit. Die Schallgeschwindigkeit kann ja auch überschritten werden ohne Tricks aus anderen Bereichen der Physik benutzen zu müssen, man bringt Gase dazu mit Überschall aus dem Triebwerk zu strömen.

Ich gebe dir fast recht ;)
Ist die Winkelgeschwindigkeit des Schwenks so das der Lichtfleck "scheinbar" mit c auf mich zu kommt, sehe ich kurz eine Linie aufblitzen, ich sehe den Lichtfleck gleichzeitig auf der ganzen Länge A-B.

Noch eine Bemerkung zur scheinbaren Überlichtgeschwindigkeit:
Ich glaube das rührt daher das wir das was wir sehen (oder denken) in unserem Kopf automatisch in ein übergeordnetes Inertialsystem projizieren, ein Bezugssystem das keine Lichtgrenze kennt.

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Überlichtgeschwindigkeit mit Laserpointer? 06 Mär 2016 23:00 #3580

Michael Herrmann schrieb:

Stell dir vor, du hast einen Wasserschlauch in der Hand und wackelst damit schnell hin und her. Der Punkt, wo das Wasser auftrifft, wird sich nicht schneller bewegen als das Wasser im Schlauch.

Also, wenn ich einen Wasserschlauch schneller bewege, als Wasser austritt, wird wahrscheinlich der Wasserstrahl abreißen. Das Wasser wird, dort wo es auftrifft, keine durchgehend Spur mehr hinterlassen, sondern nur mehr eine strichlierte Linie. Mit viel Phantasie könnte man sagen. Mit dem Wasserstrahl kann ich keine Information mehr übertragen. Die Information reißt bei der Übertragung ab. Das gleiche könnte auch beim Laserpointer sein, wenn ich den Punkt mit Überlichtgeschwindigkeit über den Mond bewege. Eine Information zu übertragen ist nicht mehr möglich, denn die Information reißt ab bei der Übertragung. :S

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Überlichtgeschwindigkeit mit Laserpointer? 06 Mär 2016 23:20 #3581

Wartet mal ganz kurz. Wenn ich einen Strahl auf den Mond halte, bewegen sich die Photonen mit c auf den Mond zu. Wenn ich meinen Laserpointer jetzt bewege, hat das keinen Einfluss auf die Photonen, die schon unterwegs sind. Die Rauschen immer. Ich mit c auf den Mond zu. Die anderen, die durch mein Schwingen abgelenkt werden, rauschen mit c auf eine andere Stelle im Mond zu. Dadurch mag ja meinetwegen der Anschein entstehen, dass sich der Lichtstrahl mit c von A nach B bewegt, aber der Lichtstrahl bewegt sich eben nicht! Die Photonen kaufen nicht quer über die Mobdoberfläche, es treffen nur neue auf, aus dem Laserpointer. Das Einzige, was sich mit c bewegen könnte, wäre der Laserpointer. So entsteht aber wegen der großen Entfernung (da macht ein kleiner Winkelunterschied viel aus) nur der Eindruck, die Photonen reisen mit c.
Ich weiß nicht, ob das überhaupt stimmt, man könnte mal ausrechnen, wie groß der Zeitunterschied ist zwischen Aufprall A und Aufprall B. Vermutlich größer als eine Planckzeit, und damit muss die Geschwindigkeit kleiner als c seien...
Das sind aber nur meine Gedanken hierzu.
Grüße,
Nirusu

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Überlichtgeschwindigkeit mit Laserpointer? 07 Mär 2016 01:03 #3586

Yes. Genau so habe ich es auch gemeint (zumindest den ersten Absatz betreffend). Die gedachte Verlängerung des Laserpointers bewegt sich mit Überlichtgeschwindigkeit, aber nicht der reale Lichtfleck auf dem Mond.

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Überlichtgeschwindigkeit mit Laserpointer? 07 Mär 2016 07:33 #3589

Vielleicht hilft ja das: man nehme 2 Laserpointer und richte sie parallel auf die Mondoberfläche. Wichtig ist parallel und nicht wackeln!.
Das Experiment sieht jetzt so aus: man verkippt einen Laserstrahl so , dass er den Auftreffpunkt des anderen Laserstrahls auf dem Mond genau trifft. Und jetzt verkippen wir den einen Laserstrahl weiter. Jetzt haben die beiden Laserstrahlen einen Schnittpunkt, der sich auf uns zu bewegt. Der Schnittpunkt ist bei uns angelangt, wenn der gekippte Laserstrahl senkrecht auf dem ersten steht, der ja immer noch auf den Mond zeigt.
Und jetzt ist die Aussage des Physikprofessors die: wenn man die Verkippung schnell genug durchführt, dann kommt einem der Schnittpunkt der beiden Strahlen mit Überlichtgeschwindigkeit entgegen. Der Schnittpunkt trifft also eher bei uns ein , als Photonen, die mit dem Schnittpunkt zur gleichen Zeit auf dem Mond gestartet sind. Der Schnittpunkt reist mit Überlichtgeschwindigkeit, die Photonen mit c. Kein Widerspruch zur SRT.
Der Schnittpunkt überträgt auch keine Information. Stimmt also auch.
Viele Grüße
Thomas
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Überlichtgeschwindigkeit mit Laserpointer? 07 Mär 2016 11:09 #3592

Alles geklärt. Nachdem immer neue Photonen zum Einsatz kommen, bewegt sich kein einziges Photon quer über den Mond. Auch keines entlang einer Schere. Die Bewegung erscheint nur als eine optische Täuschung. Man könnte also sagen: Es ist möglich, sich mit Überlichtgeschwindigkeit zu täuschen. :cheer:

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Überlichtgeschwindigkeit mit Laserpointer? 07 Mär 2016 13:50 #3593

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Ich liebe den Mond, versetzt er uns doch in die Lage mit seiner Entfernung von grob einer Lichtsekunde sich Dinge anschaulich und vorstellbar zu machen ;)

Thomas schrieb: ...Aussage des Physikprofessors die: wenn man die Verkippung schnell genug durchführt, dann kommt einem der Schnittpunkt der beiden Strahlen mit Überlichtgeschwindigkeit entgegen.

Ok, beleuchten wir das mal genauer. Das Ergebnis ist verblüffend.

Angenommen der Schwenk dauert genau 0,5s und der Mond wäre genau 1 Lichtsekunde entfernt.
Nach 0,125s zeigt der Laser in Richtung 0,75 der Strecke Erde-Mond und erreicht diesen Schnittpunkt 0,875s nach Beginn des Experiments.
Nach 0,25s sind es 0,5 der Strecke und der Laser erreicht diesen Punkt nach 0,75s
Nach 0,375s sind es 0,25 der Strecke die der Laser nach 0,625s erreicht.
Und nach 0,5s schliesslich ist die Strecke 0 und der Laserstrahl ist nach 0,5s am Schnittpunkt.
Genau eine Sekunde nach Beginn des Experiments wird der Schnittpunkt auf dem Mond verschwinden.

Das bedeutet, von einem übergeordneten Bezugssystem aus gesehen läuft der Schnittpunkt mit Überlichtgeschwindigkeit! in Richtung Mond.

Doch betrachten wir was wir auf der Erde sehen.
Der Schnittpunkt wird nach 1,625s bei 3/4 der Strecke Erde Mond sein, nach 1,25s bei 1/2, nach 0,875s bei 1/4 und nach 0,5s bei uns.
Nach genau 2s werden wir sehen wie der Schnittpunkt auf dem Mond verschwindet.
Der Schnittpunkt läuft also rückwärts mit unter Lichtgeschwindigkeit zum Mond und löscht den dortigen Schnittpunkt aus.

Übrigens: einzige mathematische Operation bei den Zahlen oben war Addition.
Das nach 0,125s der Schnittpunkt bei 0,75 liegt sollte klar sein. 0,125+0,75 = 0,875s (der Zeitpunkt wann der Schnittpunkt getroffen wird) + weitere 0,75 ergibt mit 1,625 den Zeitpunkt wann wir das sehen.

Thomas schrieb: ...Der Schnittpunkt reist mit Überlichtgeschwindigkeit, die Photonen mit c. Kein Widerspruch zur SRT.

Ich wollte wirklich nur auf das didaktische Problem hinweisen.Ein Gedankenexperiment das wohl jeder im Kopf hat einfach so mit einem Satz abzuwürgen ist schlicht nicht gut um etwas verständlich zu machen. Dabei bietet es so viel Potential auch wenn unter dem Strich nur die Relativität der Gleichzeitigkeit herauskommt.

badhofer schrieb: Man könnte also sagen: Es ist möglich, sich mit Überlichtgeschwindigkeit zu täuschen. :cheer:

Hahaha, der gefällt mir :lol:

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Überlichtgeschwindigkeit mit Laserpointer? 07 Mär 2016 15:16 #3594

Dass man eine höhere Geschwindigkeit vortäuschen kann, wenn mehrere beteiligt sind, hat schon der Igel gewusst, der sich auf ein Wettrennen mit einem Hasen eingelassen hat. Es ist wirklich erstaunlich, dass die relativ junge Geschichte vom Laser-Pointer-Punkt, der mit Überlichtgeschwindigkeit über den Mond flitzt, dass das dieselbe Geschichte ist wie ein Märchen, dass man vor 160 Jahren den Kindern erzählt hat. --- Der Hase und der Igel ---
.

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Überlichtgeschwindigkeit mit Laserpointer? 07 Mär 2016 23:43 #3596

Die Reisegeschwindigkeit des Schnittpunktes hängt von der Winkelgeschwindigkeit ab, mit der der zweite Laser gegen den ersten gedreht wird. Drehst du ihn zu langsam, ist die Reisegeschwindigkeit des Schnittpunktes natürlich langsamer als c. Drehst du den Laser aber schnell genug, dann kann man leicht erreichen, dass der Schnittpunkt schneller reist als das Licht.
Deshalb kommt man dem Problem nicht mit einfachen Additionen bei.
Grüße
Thomas

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Überlichtgeschwindigkeit mit Laserpointer? 08 Mär 2016 00:07 #3598

Ähnliches Experiment:
Person A und Person B machen sich Lichtzeichen mit einem Laserpointer. Person C schaut zu. Für ihn ändert sich die Distanz zwischen den beiden Punkten mit 2c. Das heißt aber nicht, dass der eine Lichtstrahl stehen bleibt und sich der andere mit 2c bewegt. Die "Distanz" ist keine Information. So ähnlich ist auch der "Schnittpunkt" keine Information. Die Photonen bewegen sich immer mit c.
Mit badhofer: "Man kann sich nur mit Über-Lichtgeschwindigkeit täuschen" ;)
Das war vielleicht noch ein leichteres Modell.
Grüße,
Nirusu

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Überlichtgeschwindigkeit mit Laserpointer? 08 Mär 2016 01:59 #3602

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Thomas schrieb: Die Reisegeschwindigkeit des Schnittpunktes hängt von der Winkelgeschwindigkeit ab, mit der der zweite Laser gegen den ersten gedreht wird. Drehst du ihn zu langsam, ist die Reisegeschwindigkeit des Schnittpunktes natürlich langsamer als c. Drehst du den Laser aber schnell genug, dann kann man leicht erreichen, dass der Schnittpunkt schneller reist als das Licht.
Deshalb kommt man dem Problem nicht mit einfachen Additionen bei.

Ich habe den Eindruck du hast meinen Post nicht richtig gelesen. Selbstverständlich habe ich über die Winkelgeschwindigkeit nachgedacht und bin zum Schluss gekommen egal wie schnell ich drehe, sobald die Drehung unter 1s ist läuft der Schnittpunkt rückwärts. Ich hab das auch mit viel schnellerer Drehung überlegt -- mit ähnlichem Ergebnis.
Und bitte kannst du mir begründen warum Addition nicht gehen soll? Ich habe vorausgesetzt (leider nicht geschrieben) die Laser stehen relativ nahe beieinander so das ich die Lichtlaufzeit zwischen den Lasern vernachlässigen kann und ohne Dreiecksberechnung auskomme.

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Überlichtgeschwindigkeit mit Laserpointer? 09 Mär 2016 00:05 #3631

Kannst du das nochmal verdeutlichen? Ich verstehe es nicht. Sobald die Drehung unter 1sec ist, läuft der Schnittpunkt rückwärts. Wie soll ich mir das vorstellen?
Viele Grüße
Thomas

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Überlichtgeschwindigkeit mit Laserpointer? 09 Mär 2016 02:48 #3633

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Der schwenkbare Laser trifft den stehenden Laser wegen der endlichen Lichtgeschwindigkeit zuerst am Ende der Drehung.
Erst später erreichen die Photonen die weiter entfernt liegenden Teile.

Drehung unter eine Sekunde weil der Mond eine Lichtsekunde weg ist. Läuft die Drehung mit genau einer Sekunde treffe ich den stehenden Laserstrahl auf ganzer Länge gleichzeitig.

Gleiches Experiment:
Nimm statt Laser eine Ballkanone die wenige Meter neben einer Mauer steht und am Anfang parallel zur Mauer laufend Bälle verschießt.
Schwenkt man die Ballkanone schnell genug trifft man zuerst die Mauer neben sich während die eher abgeschossenen Bälle noch auf dem Weg in ihr Ziel sind. Der "Schnittpunkt" der fliegenden Bälle mit der Mauer läuft rückwärts.

Genauso müsste es sich mit den Lasern abspielen und mein Rechenbeispiel sollte das eigentlich verdeutlichen .. nicht nur für dich sondern auch für mich zur eigenen Überprüfung ob ich richtig liege. ;)
Die scheinbare Überlichtgeschwindigkeit rückwärts war für mich erstmal überraschend aber auf den Beobachter gerechnet stimmts wieder.

An meiner Rechnung kann ich keinen Fehler entdecken weil die Bedingung (Mond = eine Lichtsekunde entfernt) einige Vereinfachungen erlaubt.
Korrigier mich wenn ich mich da irre.

Nachtrag:
Eine scheinbare Überlichtgeschwindigkeit auf mich zu würde sich wohl ergeben wenn ich den Laser langsamer als 1s aber schneller als 2s schwenke...muss ich nochmal überlegen

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Überlichtgeschwindigkeit mit Laserpointer? 24 Jun 2016 04:13 #6893

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Das Thema ist zwar schon etwas älter aber ich glaube das Video passt gut hierhin.



Gegen Ende wird gerade der Effekt gezeigt von dem ich geschrieben habe, das Licht läuft scheinbar rückwärts.

Echt beeindruckend wozu man heute technisch in der Lage ist^^
Dabei stammt das Video aus 2012.

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