Gedankenexperiment: Informationsübertragung mit Überlichtgeschwindigkeit?

Informationsübertragung kann niemals schneller als mit c erfolgen. Diese Erkenntnis mag durchaus zu treffen, doch ich bin beim Nachdenken auf eine simple Möglichkeit gestoßen, wie Überlichtgeschwindigkeit - zumindest theoretisch - stattfinden könnte.

Bei Informationsübertragung denken wir meistens an Schallwellen, Licht (Photonen), elektromagnetische Wellen sämtlicher Spektren etc. Aber es ginge auch einfacher.

So bauen wir eine einfache Vorrichtung, die beispielsweise ein einfaches "Ja" oder "Nein" schneller als mit c übertragen können sollte:

Wir nehmen eine einfache Stange, vergleichbar mit einem Besenstiel. Das Material sollte sehr starr und relativ robust sein, nehmen wir an, sie bestünde aus Titan-Stahl oder auch einfach nur aus einfachem Glas. Zur Überprüfung unseres kleinen Experiments sollte sie entsprechend lang sein und wir benötigen darüber hinaus eine sehr genaue Messapparatur. Leider verfüge ich nicht über die technischen Mittel zur Umsetzung des Versuchs. Nehmen wir an, die Stange hat eine Länge von einigen Kilometern. Das sollte ausreichen.

Ich als Informationsgeber befinde mich am einen Ende der Stange, während der Informationsempfänger am anderen Ende der Stange wartet. Alles, was ich tun muss, um die Information "Ja" zu übertragen, ist an der Stange zu ziehen. Um ein "Nein" zu übertragen, muss ich die Stange drücken. Die Bewegungsrichtung der Stange müsste ohne Zeitverlust am anderen Ende messbar sein. Das reicht für eine einfache Informationsübertragung aus.

Wo ist das Problem? Wo der Haken?

An der Trägheit des Materials? Unabhängig vom verwendeten Material? Kommt es unbemerkt zu einer wellenförmigen Ausbreitung des Bewegungsimpulses bzw. der Impulsinformation? Oder ist das sogar eine logische Forderung der Relativitätstheorie?

Hi Manu.
Eine brilliante Überlegung. Ich denke sogar, dass sie realisierbar und mit der RT vereinbar ist. Denn du überschreitest mit deinem Informations-klopf-dings-rohr nicht die Lichtgeschwindigkeit. Die Information kommt genau dann schneller an als das Licht, wenn das Rohr hinreichend lang ist. Sagen wir das Rohr ist 600.000 km lang und du brauchst 1s um zu "stoßen", dann bekommt dein Kollege auf der anderen Seite die Information, bevor er sieht, dass diese abgeschickt wurde.
Ich finde keinen Fehler.

Deine Vermutung mit der Trägheit des Materials ist richtig. Zum besseren Verständniss könntest du dich ein bischen mit den Grundlagen der Materie befassen.

http://de.wikipedia.org/wiki/Materie

Im Grunde besteht alles aus kleinen Elementarteilchen, die über Entfernungen wechselwirken. Dabei kann man nicht von einer gegenseitigen berührung der Teilchen sprechen, sondern sollte sich das ganze wie zwei Magnetenenden Vorstellen.

Stell dir einfach vor das die einzelnen Teilchen jeweils mit einer elastischen Feder verbunden sind.

O/\\/\\/\\/O/\\/\\/\\/O

Diese Federn sorgen dafür, dass sich die Teilchen zu einem bestimmten Abstand hinbewegen.

Ich kann es leider auch noch nicht so gut erklären. :/


[/edit]
Habs gefunden: http://de.wikipedia.org/wiki/Atombindung

Elektrostatische Anziehung

Die Entstehung der elektrostatischen Anziehung in der Atombindung lässt sich mit Hilfe des Atommodells von Ernest Rutherford veranschaulichen: Bei weit voneinander entfernten Atomen überwiegt die Anziehungskraft zwischen den Kernen und den Elektronenhüllen des jeweils anderen Bindungspartners. In sehr großer Nähe überwiegen die Abstoßungskräfte zwischen den Hüllen und Kernen. Abstoßung und Anziehung sind bei einem bestimmten Abstand der Bindungspartner voneinander im Gleichgewicht. Dieser Abstand ist kleiner als die Summe der Radien der beiden Atome. Das bedeutet, dass sich die Elektronenhüllen gegenseitig teilweise durchdringen müssen. Diese erhöhte negative Ladungsdichte zwischen den beiden Atomkernen zieht diese jeweils an. (Beispiel: der Atomradius des Iodatoms beträgt 2,15 · 10-10 m, der Abstand der Beiden Atom-Mittelpunkte im Jodmolekül I2 beträgt nur 2,66 · 10-10 m.

Der Haken an der Überlegung ist, daß es kein absolut starres oder auch nur beliebig starres Material gibt. Die Bewegung des Stangenendes wird sich mit der (ziemlich hohen, aber immer noch unterlichtschnellen) Schallgeschwindigkeit des Materials zum anderen Ende fortpflanzen.
Wenn man die Stange mal genauer anschaut, dann wird auch sofort klar, warum sich da nichts mit Überlichtgeschwindigkeit ausbreiten kann: Die Stange besteht aus Atomen, die durch die elektromagnetische Wechselwirkung zusammengehalten werden. Auf mikroskopischer Ebene gibt es da keine Berührung, nur elektromagnetische Felder und Kräfte. Letztlich beruht die Weitergabe der Kraft auf einem Wechselspiel der (exakt lichtschellen) Ausbreitung der Änderungen der Felder und der (unterlichtschnellen) Bewegung der Atome.
Ein Ausweichen auf andere reale oder hypothetische Felder zur Kraftübertragung hilft da auch nicht weiter; solange das Feld mit der Relativitätstheorie vereinbar ist, können sich lokale Änderungen nur mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Insbesondere gilt das für alle bekannten physikalischen Felder.

manu: ist ja interessant, denn dieser gedanke kam mir auch vor kurzem, als ich mich mit dem "tunnelexperiment" beschäftigte. da gehts ja um verschiedene geschwindigkeitsdefinitionen. das ganze könnte doch auch (theoretisch) mit einem sehr langen seil funktionieren, das einfach um eine achse in eine ausreichend hohe drehbewegung versetzt wird. am ende dieses seils könnte man auch informationen mit überlichtgeschwindigkeit übertragen, oder nicht? also das seil wird zum rotieren gebracht, an der spitze wird eine info aufgebracht, die an anderer stelle wieder angenommen wird. bei ausreichend hoher drehgeschwindigkeit und genügender länge des seils müsste doch eine überlichgeschwindigkeit am ende des seil möglich sein, ohne die rt zu verletzen. und es könnte auch echte information übertragen werden?

Sach ma Stupse, was haben Timeout und ich da oben eigentlich versucht zu erklären? -.-

Nein, die Überlichtgeschwindigkeit wirst du auch mit einem Seil nicht erreichen könne!

Was ist, wenn der Denkfehler hauptsächlich in der Annahme liegt, dass es eine Vergangenheit gibt?
Theoretische Modele wie Kerr Löcher oder das Großvater Paradoxon, basieren nur auf der Annahme, dass es eine Vergangenheit innerhalb einer Metazeit gibt. Einer Zeit in der alles geschehene vorhanden ist.
Wenn ich Grossvater kaputt mache, was wird dann aus mir Überlegungen.
Und, jeden Tag stirb ein Großvater, wer geht mit ihm platt?

Hat sich noch nie jemand gefragt, warum die Alltagsvorstellung einer determinierten Vergangenheit, die immer vorhanden ist, als völlig ohne Sinn und Verstand bezeichnet werden kann?
Für wen soll das gut sein?

Und die Relativitätstheorie funktioniert, wenigstens teilweise, auch ohne Vergangenheit.
So ziemlich alles funktioniert ohne eine "Zeitkraft", selbst das eine älter werden.

Das einzige was nicht funktioniert ist eine Erklärung, die uns verständlich macht warum wir zwischen vorher und nachher unterscheiden müssen. Das kann man als Zeit bezeichnen.

Und Timeout widerspreche ich so weit nicht, die Stange müsste aber ein Merkmal hinterlassen, welches man als Bestätigung auffassen kann.

Ich finde die Idee von Stups ebenfalls nicht schlecht. Nur würde ich das Beispiel etwas anders veranschaulichen.

Nehmen wir einen Uhrzeiger. Dieser ist nun mehrere Kilometer lang. Wenn sich der Zeiger nun zu drehen beginnt, hängt die Fortbewegungsgeschwindigkeit des Zeigerendes nicht nur von der Drehgeschwindigkeit, sondern auch von der Zeigerlänge ab. Ist der Zeiger lange genug, überschreitet seine Spitze schon bei geringer Drehgeschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit. Als zu übertragende Information könnte man die Spitze des Zeigers rot färben.

Ich glaube, dass wir es hier mit einem sehr komplexen Sachverhalt zu tun haben. Wie groß der Aufwand für die Realisierung des Experiments in der Praxis wäre, spielt bei einem Gedankenexperiment praktisch keine Rolle. Theoretisch könnte als Material für den Zeiger jedes beliebige Material zum Einsatz kommen. Der Zeiger kann sich in einem Vakuum bewegen.

Scheinbar liegt das Problem bei dieser Idee aber ebenfalls in Timeouts/Osbioses Erklärung begründet. Würde der Zeiger beginnen, sich bei Erreichen relativistischer Geschwindigkeiten zu biegen, sich möglicherweise sogar bei zu nehmendem Tempo in sich auf zu rollen? Vermutlich würde er in jedem Fall brechen bzw. reißen, wenn ich Timeouts Ausführungen richtig verstanden habe. Egal ob er aus Gummi oder dem von Stueps genannten Seil bestünde. Das liegt dann wohl in der Sache mit der Bindung der Atome begründet.

Vielleicht hätten wir auch ein Energieproblem, den Zeiger überhaupt entsprechend zu beschleunigen, da er ja nicht unerheblich lang wäre. Vermutlich käme dieser Umstand noch hinzu.

Manu schrieb in Beitrag Nr. 765-8:

Vielleicht hätten wir auch ein Energieproblem, den Zeiger überhaupt entsprechend zu beschleunigen, da er ja nicht unerheblich lang wäre. Vermutlich käme dieser Umstand noch hinzu.

Wenn du den Zeiger beschleunigst (egal ob er sich dreht oder geradeaus bewegt) wird seine Energie (=Masse) größer und damit die zusätzlich benötigte Energie um ihn noch schneller zu machen.
Dh. man benötigt auch hier unendlich viel Energie um c zu erreichen.
Diese Tatsache ist auch losgelöst von der größe des Zeigers.

osbios: menno, mir ist schon klar, dass das mit dem seil/zeiger nicht funktioniert. eben wegen des energieaufwandes, der unerlaubt hoch wäre. auf solche gedanken wie die unseren sind sicher schon tausende leute gekommen. aber mir gehts hier auch um was anderes: kann es nicht möglich sein, überlichtgeschwindigkeit zu erzielen, ohne die rt zu verletzen? man kann ja viele möglichkeiten versuchen. selbst solche gedanken wie denn einfach c selbst zu erhöhen (ich weiß nicht, wie!!!), verschränkte photonen, schwarze löcher selbst bauen oder eben seile/uhrzeiger/stangen sollten erlaubt sein. und wenn wir halt nur daraus lernen, dass es echt nicht funktioniert. denn haben wir aber immerhin noch gelernt, warum es nicht klappt. und eine ganze menge anderer sachen sind dann nebenbei bestimmt auch noch klar geworden.

Schätze, der Geschwindigkeit selbst ist es wurscht, was sich da mit Lichtgeschwindigkeit bewegen will.
Ob das eine Zeigerspitze ist, ein Ufo oder Schwiegermutter - der Energieaufwand ist nahezu stets der gleiche: eine Menge.

Und wenn ich versuchen würde, eine Zeigerspitze auf Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen, würde ich das ganze Konstrukt auf das Nötigste kürzen - nämlich den Zeiger weglassen, sodass nur noch die Spitze übrigbleibt.

Wenn ich mittels eines kompletten Zeigers dessen Spitze auf c beschleunigen will, kommt nämlich eine nicht zu vernachlässigende Hebelwirkung dazu, da der Antrieb für das Ganze ja nicht auf der Spitze, sondern am Fuße des Zeigers sitzen würde. Mittels des kompletten Zeigers wird ja schließlich nur der Drehimpuls des Antriebs nach aussen abgegeben.

Also, den Zeiger weglassen und den Antrieb in die Zeigerspitze einbauen. Aber dann wäre die Zeigerspitze wieder ein "etwas" das auf Überlichtgeschwindigkeit beschleunigt werden soll. Und das scheint ja nicht zu klappen.

Kurz gesagt: ich weiss auch nicht, wie ich schneller als das Licht sein kann...

Schöne Festtage!

Ha, der Em
 
 
 

Ich würde es gerne mal anders herum formulieren:

Manu, Du hast mit deiner Überlegung eigentlich bewiesen, dass es keine absolut starren Körper geben kann.

Denn: Die Existenz eines absolut starren Körpers würde bedeuten, dass Du dein Ja oder Nein mit über-c übermitteln könntest und das widerspräche der RT. q.e.d.

gruss, pepe

Ich weis ja nicht ob´s hilft, aber was ist wenn der Zeigerimpuls in die Richtung einer sehr starken Gravitationsquelle gerichtet wird?
Z.B. in die Richtung eines Schwarzen Lochs.

Klappt auch nicht. Der Hebeleffekt wird ja hier auch nicht instantan erzeugt.
Mein fehler.

Mal anders gefragt, welche Eigenzeit hätte so ein Riesenhebel, wenn das eine Ende c ist, und das andere Ende an der Achse, wo die Geschwindigkeit....ja, null?....ist?

Quarck schrieb in Beitrag Nr. 765-15:

Mal anders gefragt, welche Eigenzeit hätte so ein Riesenhebel, wenn das eine Ende c ist, und das andere Ende an der Achse, wo die Geschwindigkeit....ja, null?....ist?

Jedes Teilchen hat seine persönliche "Eigenzeit". Über ein Objekt als ganzes kannst du nur dann eine Aussage treffen, wenn es sich (immer in Relation zum Betrachter) komplett am Stück in einem Bezugssystem befindet.

Ja, Manu?

Die Teilchen wirken also duch eine Anziehungskraft inkremental miteinander, ergeben aus anderen Eigenzeiten ein Gebilde?

Also, warum sehe ich ein Gebilde, wenn die Theorie behauptet, dass es unmöglich ist.

Zu Beitrag-Nr. 765-8
von Manu

Mehrere Uhren an den Zeiger dran machen. Zeiger auf c beschleunigen. Meinetwegen noch eine Datumsanzeige dazu.
Den Uhrzeiger so lange drehen wie man lustig ist. Abbremsen.

Uhren einsammeln. Datumsanzeige und Uhzeit vergleichen.
In welcher Zeit befindet sich jetzt jede Uhr?
Immer noch in der selben Zeit. Obwohl die Uhren, je näher sie an c waren, eine verspätete Anzeige haben.

War da überhaupt mal eine andere Zeit für die Uhren?
Nö.


"In jedem Universum, das sich mittels der Relativitätstheorie beschreiben läßt, gibt es keine Zeit."
Kurt Gödel

quarck: da hab ich eine interessante website für dich, die evtl. ein paar fragen diesbezüglich klären kann: www.wasistzeit.de !-g-

Also die Überrlegung mit dem Zeiger/Seil/Stab ist vieleicht wahnsinig Theorethisch, jedoch was wäre wenn :

Man nehme besagten Stab mit einer sehr großen länge, stecke ein ende davon in das Zentrum eines Schwarzen Loches
(natürlich rein Theoretisch). Nehmen wir an, ein teil des Stabes befindet sich somit in der Singularität ein teil im Ereignisshorizont und das andere Ende in unserem Bezugssystem was wir somit auch beobachten könnten. Wie wäre hier die angesprochene Informationsübertragung ?