Lichtgeschwindigkeit (2)

"Die Lichtgeschwindigkeit (c) ist unabhängig von der Bewegung der Quelle oder des Beobachters und sinkt in Medien gegenüber der Vakuumlichtgeschwindigkeit ab. Sie beträgt im Vakuum 299.792.458 Meter pro Sekunde."

Dies habe ich bei Wikipedia zu diesem Thema gefunden.
Nur wie kann das denn überhaupt sein?

Wenn das Licht in einem Medium langsamer wird ( sei es auch nur noch so gering ) würde das bedeten, dass man mit der Vakuumlichtgeschwindigkeit ( könnte man diese Geschwindigkeit erreichen ) schneller das das Licht sich bewegen würde.

Aber ich dachte man kann nicht schneller als das Licht sein?

In dem Zusamenhang stellt sich mir die Frage, ob es wirklich dasselbe Lichtteilchen ist, das hinten wieder raus kommt.
Wir wär es mit der Theorie, daß das Lichtteilchen von einem Atom, das ihm im Weg steht, absorbiert wird, Ihr wisst schon, ein Elektron wird auf eine höhere Bahn gebracht, fällt wieder zurück und gibt die Energie wieder als Lichtteilchen ab. Das Licht würde somit das Material nicht wirklich passieren, sondern von Atom zu Atom "hüpfen", was die zeitliche Verzögerung bringt.
Zwischen den einzelnen Atomen, wo bekannterweise auch Vakuum ist, würde das Licht wieder mit Lichtgeschwindigkeit weiterfliegen.

Der gesamte Flug durch das Material würde folgendermaßen aussehen:

Ankommen mit Lichtgeschwindigkeit, Elektronensprung, Weiterflug mit Lichtgeschwindigkeit, Elektronensprung, Weiterflug mit Lichtgeschwindigkeit......usw.

...aber würde diese Theorie nicht auch bedeuten, dass das Licht geschwindigkeit verliert wenn es irgendwo abprallt oder besser gesagt reflektiert wird?
und das kann ja nicht sein, denn würde es sein können, müsste man Licht mir einer bestimten Anordnung an Spiegeln anhalten können

Es ist zwar gemein, aber ich möchte noch ein wenig mehr Verwirrung stiften, lieber James:

Ist dir bekannt, dass Licht sich in verdampftem Cäsium schneller fortbewegt, als im Vakuum?
Faszinierend, nützt dir aber gar nix, oder?
Oder vielleicht doch?
Wenn du ergründest, warum das so ist, erhälst du vielleicht auch die Antwort auf die Thread-Frage.

Achso: Bewegst du dich in dem selben Medium wie das Licht, kannst du nicht schneller sein als dieses. Laut Einstein jedenfalls.

hmm... aber warum sollte ich mich im selben Medium wie das Licht nicht schneller bewegen können, wenn wir doch wissen es ist möglich schneller zu sein ( auch wenn dies in einem Vakuum nur möglich ist )

aber was ich auch komisch finde ist, wir wissen das Licht wird unter Umständen langsamer ( und sei es auch noch so geringfügig ) dann verliert das Licht doch einen Teil seiner Energie.
Frage 1: warum wird es dann im Vakuum wieder schneller? wo bekommt es dabei die weitere Energie her?
Frage 2: die Aussage Licht ist unendlich müsste doch falsch sein, wenn Licht Energie verlieren kann, da es ja dann auch theoretisch gesehen angehalten werden kann bzw. in der unendlichkeit sich "auflösen" müsste oder?

James schrieb in Beitrag Nr. 1257-5:

aber was ich auch komisch finde ist, wir wissen das Licht wird unter Umständen langsamer ( und sei es auch noch so geringfügig ) dann verliert das Licht doch einen Teil seiner Energie.
Frage 1: warum wird es dann im Vakuum wieder schneller? wo bekommt es dabei die weitere Energie her?

Das unterstützt meine Theorie
Wenn das Licht in den im Weg liegenden Atomen zwischengespeichert wird, adieren sich die laufzeit des Lichts und die Speicherzeit der Elektronen, Die effektive Geschindigkeit ergibt sich aber aus der Strecke dividiert durch die Gesamtzeit.

Vielleicht sind Cäsiumatome in der Lage zu "tunneln", ein noch unerklärter Effekt, bei dem die Reaktion der Aktion vorrauseilt. In dem Fall würde das Lichtteilchen schon hinten aus dem betreffenden Atom herausgeschleudert, bevor es vorne eintritt.

aber warum sollten die Atome das Licht "zwischenspeichern"?
und vorallem warum ändert das Licht danach nicht einfach die Richtung?
und müsste das Licht sich dann nicht immer wieder neu beschleunigen? ( wo kommt die Energie her )

James schrieb in Beitrag Nr. 1257-7:

aber warum sollten die Atome das Licht "zwischenspeichern"?

In Atomen , besser gesagt in den Elektronenbahnen kann Energie gespeichert werden.
Ohne dieses Prinzip könnte keine Leuchtstofflampe funktionieren.

Die Elektronen des darin enthaltenen Quecksilbers werden durch auftreffende Elektronen in höhere Bahnen geschleudert, nach einer bestimmten Zeit fallen dies Elektronen in ihre alte Bahn zurück und geben die augenommene Energie als UV-Licht wieder ab.
In der Leuchtschicht der Lampe wiederholt sich der Vorgang.
Das UV-Licht trifft wieder die Elektronen und nach dem gleichen Prinzip wird dann sichtbares Licht abgegeben.

Zitat:

warum ändert das Licht danach nicht einfach die Richtung?

Es gibt viele Stoffe, die wenigsten sind durchsichtig.
Wäre es nicht möglich, das jeder Stoff eine bestimmte Reaktionszeit hat von der Aufnahme des Lichts bis zur Wiederabgabe. Das Elektron legt dabei auf seiner Bahn eine bestimmte Strecke, bzw bestimmten Winkel zurück.
Nur bei den durchsichtigen Stoffen sind das genau 180° bzw. ein halber Atomumfang. Das Licht läuft dadurch scheinbar geradlinig durch das entsprechende Material.
Bei allen nicht durchsichtigen Stoffen würde das Licht in einem anderen Winkel abgestrahlt und sich so im innern es Materials totlaufen, bis es vollends absorbiert würde.
Denn auch jeder durchsichter Körper absorbiert einen Teil des Lichts.

Zitat:

und müsste das Licht sich dann nicht immer wieder neu beschleunigen? ( wo kommt die Energie her )

Die kinetische Energie des Lichts wird nach den Gesetzten der Quantenphysik in potenzielle Energie des Elektrons umgewandelt, die dann dem wieder austretenden Lichtquant wieder als kinetische Energie übergeben wird.

Licht hat bekanntlich keine Ruhemasse, so das es nicht beschleunigt werden muß.
Nach den Gesetzen: Kraft = Masse mal Beschleunigung ist die Beschleunigung unendlich, wenn die Masse = 0 ist.
Das Licht hat aber seine Masse nur bei Lichtgeschwindigkeit, d.h. Diese Geschwindigkeit kann es nicht überschreiten.
Die Energie des bewegten Körpers ist e=m*v², bei Licht e=m*C²
Dadurch, daß die Energie und die Masse des Photons festgelegt sind, ergibt sich als Resultat die Lichtgeschwindigkeit.

Ah... ok jetzt wird mir die Sache schon um einiges klarer. An dieser Stelle schon mal danke für deine bisherigen Antworten.

Allerdings habe ich noch eine Frage,die sich auf das unten Zitat bezieht.

Hans-m schrieb in Beitrag Nr. 1257-8:

Bei allen nicht durchsichtigen Stoffen würde das Licht in einem anderen Winkel abgestrahlt und sich so im innern es Materials totlaufen, bis es vollends absorbiert würde.
Denn auch jeder durchsichter Körper absorbiert einen Teil des Lichts.

Frage: Was passiert mir der Energie des Lichts, welche absorbiert wird, wenn sie auf Materie trifft? Wird sie blos in Wärem umgewandelt oder wie darf ich das verstehen?

James schrieb in Beitrag Nr. 1257-5:

hmm... aber warum sollte ich mich im selben Medium wie das Licht nicht schneller bewegen können, wenn wir doch wissen es ist möglich schneller zu sein ( auch wenn dies in einem Vakuum nur möglich ist )

Hallo James,

wie Hans schon sagte, Licht hat keine Ruhemasse. Es kann sich mit keiner anderen Geschwindigkeit fortbewegen, als eben mit Lichtgeschwindigkeit (im Vakuum wird sie mit dem Buchstaben c dargestellt).
Du hingegen kannst dich nicht mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen, weil du eine Ruhemasse hast. Um diese zu beschleunigen, ist Energie notwendig. Und zwar um so mehr Energie, je mehr du beschleunugen willst. Das dumme ist, dass, je mehr du beschleunigt wirst, auch nochmal deine Masse zunimmt, und du also nochmal was draufpacken musst, um zu beschleunigen. Dadurch wirst du noch massereicher, was bedeutet dass du nochmal mindestens zwei Schippen Energie draufpacken musst. Das geht immer weiter, ein Teufelskreis: Um dich mit c fortbewegen zu können, musst du letztlich unendlich viel Energie in Beschleunigungsenergie umwandeln. Und das ist eben die Schwierigkeit. Und selbst das klappt nicht, weil du ja dann unendlich schwer bist, und dann beschleunige dich mal...

Was auch nicht klappt: Wenn du dich durch eine ganz lange Röhre, gefüllt mit Cäsium-Gas, bewegst. Hier fällt die Bechleunigung erst recht schwer, weil du zusätzlich zur relativen Massezunahme bei Beschleunigung den Widerstand des Gases überwinden musst.
Es sei denn, du bestehst aus Licht, denn klappt das prima, denn bist du schneller als das Licht im Vakuum.

Zitat:

aber was ich auch komisch finde ist, wir wissen das Licht wird unter Umständen langsamer ( und sei es auch noch so geringfügig ) dann verliert das Licht doch einen Teil seiner Energie.

Licht ist immer der Spitzenreiter in Sachen Geschwindigkeit, egal worin es sich fortbewegt (Im selben Medium, in dem sich das Licht fortbewegt, ist nichts schneller). Nichts kann laut Relativitätstheorien schneller sein.

Ich weiß nicht, an welchen quantenmechanischen Prozessen es liegt, wenn Licht in Medien langsamer als c wird, ich kann mir aber vorstellen, dass Hans nicht so verkehrt liegt. Ich weiß, dass die optischen Brechzahlen der verschiedenen Medien (also wie stark das Licht in einem Medium gebeugt wird), mit der unterschiedlichen Geschwindigkeit des Lichtes in den unterschiedlichen Medien zu tun haben. Hab jetzt auch keine Lust, das zu googlen, dürfte aber nicht so schwer sein, das zu ergründen.
Wenn das licht aus einem Medium wieder austritt, bewegt es sich im Vakuum wieder mit c, auch wenn es Energie verloren hat. Dieser Energieverlust äußert sich jedoch nicht in einer Verlangsamung des Lichts, sondern in einer Änderung Schwingungsfrequenz der Lichtteilchen. Energiereiche Photonen schwingen in einer Sekunde ganz schön viele Male. Verlieren diese Photonen Energie, schwingen sie in einer Sekunde nicht mehr soviel. Das äußert sich für uns so, dass wir das blaue Licht, was wir vorher sehen, nach einem Energieverlust beispielsweise als rotes Licht wahrnehmen. Rotes Licht hat aufgrund der niedrigeren Schwingungsfrequenz eine größere Wellenlänge als blaues, wenn es sich mit c durchs Vakuum bewegt.
Also: Licht bewegt sich immer mit c im Vakuum, verliert es jedoch an Energie, äußert sich das in einer Verringerung der Schwingungen der Photonen.

Zitat:

Frage 2: die Aussage Licht ist unendlich müsste doch falsch sein, wenn Licht Energie verlieren kann, da es ja dann auch theoretisch gesehen angehalten werden kann bzw. in der unendlichkeit sich "auflösen" müsste oder?

Licht ist nicht unendlich. Licht kann man klar definieren. Man kann ziemlich exakt seinen Energiegehalt bestimmen, und auch die Geschwindigkeit. Beide Werte sind nicht unendlich. Licht kann Energie verlieren.
Ob man Licht anhalten kann? Theoretisch ja, indem man Licht in Materie umwandelt. Es gibt ja diesen Spruch:
Materie ist gefrorenes Licht.
Auflösen kann sich Licht nicht in der Unendlichkeit. Du kannst es höchstens auf homöopathische Dosen verdünnen, mehr nicht ;-).

Stueps schrieb in Beitrag Nr. 1257-10:

Ich weiß nicht, an welchen quantenmechanischen Prozessen es liegt, wenn Licht in Medien langsamer als c wird, ich kann mir aber vorstellen, dass Hans nicht so verkehrt liegt. Ich weiß, dass die optischen Brechzahlen der verschiedenen Medien (also wie stark das Licht in einem Medium gebeugt wird), mit der unterschiedlichen Geschwindigkeit des Lichtes in den unterschiedlichen Medien zu tun haben. Hab jetzt auch keine Lust, das zu googlen, dürfte aber nicht so schwer sein, das zu ergründen.

Hallo Stueps,

der Begriff "Vakuumlichtgeschwindigkeit" ist meiner Ansicht nach eine unglückliche Formulierung, impliziert sie doch, dass es unterschiedliche Lichtgeschwindigkeiten gibt.
Lichtquanten, Photonen existieren nur mit Lichtgeschwindigkeit c, egal ob im Vakuum, Glas oder Wasser. Was sich beim Auftreffen auf transparenter Materie verlangsamt ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes und nicht die Geschwindigkeit der Photonen.

Wenn ein Photon auf Materie trifft, wechselwirkt es mit einem Elektron an der Oberfläche. Es überträgt seine Energie auf das Elektron und ist dann verschwunden (wenn es denn überhaupt jemals existiert hat, aber das ist eine andere Geschichte und tut hier nichts zur Sache).
Dann gibt es zwei Möglichkeiten:
Entweder
durch die "innere Struktur"¹⁾ der Moleküle ist dieser höherenergetischer Zustand des Elektrons stabil. Wir haben es mit einem schwarzen Körper zu tun der das Licht absorbiert und sich durch die Energieaufnahme erwärmt.
Oder
der höherenergetischer Zustand des Elektrons ist instabil und gibt die Energie in Form eines Photons wieder nach außen ab. Wir haben es mit einem weißen Körper zu tun der das Licht reflektiert und seine Temperatur beibehält.
Bei transparenten Körpern ist es so, dass der höherenergetischer Zustand des Elektrons instabil ist, er Energie in Form eines Photons aber ins innere des Körpers abgibt, wo das Photon sogleich wieder auf ein Elektron trifft. Diese Kettenreaktion ist es, die die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes verlangsamt. Die Photonen aber bewegen sich zwischen den Atomen nach wie vor mit Lichtgeschwindigkeit c.
Wenn ich mir einmal die Freiheit erlauben darf, den Photonen eine Individualität zuzusprechen, könnte man sagen, das Photon, welches von außen auf die Fensterscheibe trifft, ist nicht das selbe, das die Scheibe von innen wieder verlässt.

mfg okotombrok

1) Ich habe hier eine allgeneine Formulierung gewählt, da mir die genaueren Zusammenhänge im Moment nicht geläufig sind.

Vielen Dank, Okotombrok!

Das dürfte die konkrete Antwort sein, die James gesucht hat.

Nach den Gesetzen der Quantenphysik kann Licht keine Energie verlieren.

Ein Photon übergibt seine Energie immer an genau ein Elektron und dieses Elektron "erzeugt" beim Zurückfallen auf seine ursprungliche Bahn immer genau ein Photon. Zwischenwerte gibt es nicht.
Licht hat immer seine volle Energie, die es so lange beibehält, bis es auf ein Hindernis trifft. dann gibt es seine Energie immer zu 100% an das Hindernis ab. Ob das Hindernis aus diesem Lichtquant wieder ein neues "erzeugt" oder ob sich die Energie in Wärme umwandelt hangt vom entsprechenden Material ab. Und falls kein Hindernis im Weg sein sollte, so fliegt das Photon bis in die endlosen Weiten des Universums ohne an Energie zu verlieren.

Beim auftreffen auf Materie, denke ich, es ist entscheident, wo, oder wie das Photon in das Atom eindringt.
Die Atome haben bekanntermaßen mehrere Elektronen, die auf verschiedenen Bahnen kreisen. Wegen der Anzahl der Elektronen und der hohen Geschwindigkeit kann man nie von einer exakten Position des Elektrons an einer bestimmten Stelle auf der Kreisbahn sprechen. Die Positionen der Elektronen verschmelzen miteinander. Deshalb spricht man hier auch von Elektronenwolke.

Die Wahrscheinlichkeit, daß ein Photon eines der Elektronen trifft ist sehr hoch, wodurch wieder ein Photon ausgesandt wird. Einige wenige Photon durchdringen trotzdem die Elektronenschalen, und die wenigsten treffen den Atomkern, wodurch dieser die Energie in Wärme umwandelt, weil er durch die kinetische Energie des Lichtquants zum Schwingen angeregt wird.