Gedankenspiele mit Lichtgeschwindigkeit

Hallo mal wieder (nach langer Zeit) ;)

Informationen werden maximal mit Lichtgeschwindigkeit übertragen.
Annahme: Ich habe einen Stab im Raum, der 1 Lichtjahr lang ist.
Mit diesem Stab kann ich nun ein paar Dinge anstellen.

(1) Ich schiebe den Stab 1 Meter nach vorne. An meinem Ende bewegt er sich, wie man es erwarten würde, sofort nach vorne. Erst ein Jahr später bewegt er sich jedoch auch am anderen Ende 1 Meter nach vorne.

(2) Ich schiebe den Stab an - und schiebe ihn immer weiter. Und zwar mit Lichtgeschwindigkeit. Ich schiebe also so schnell, wie die Information des Schiebens sich im Stab vorbewegt. So werde ich schließlich am Ende des Stabes ankommen. Lasse ich dann los, wird er sich von dort aus wieder zu seiner vollen Länge ausbreiten.

(3) Ich hole mir einen Partner dazu, der sich am anderen Ende des Stabes aufstellt. Wir schieben gleichzeitig. Jeder kann den Stab von sich aus 1 Meter nach vorne schieben! Nach einem halben Jahr treffen sich die Informationen genau in der Mitte - die Informationen werden verarbeitet und nach einem weiteren halben Jahr federt der Stab an beiden Enden wieder zurück.

(4) An beiden Enden wird der Stab nun gezogen. An beiden wird er 1 Meter weggezogen, wieder trifft sich die Information nach einem halben Jahr in der Mitte und wird verarbeitet. Es vergeht wieder ein halbes Jahr, während der die Information zurückkehrt. Der Stab federt wieder zurück.

Kann man das so sagen oder geht das nicht? Kann die Bewegung des Stabes komplett durch Kompression ausgeglichen werden?

Nicht ganz.
-Die Bewegung des Stabes pflanzt sich nur mit Schallgeschwindigkeit fort, es wird also deutlich länger als ein Jahr dauern.
-Du kannst den Stab nicht mit Lichtgeschwindigkeit schieben.

HNG.

Okay, wie ich bereits sagte: Dies ist ein Gedankenspiel.

1. Die Bewegung des Stabes "pflanzt" sich mit Schallgeschwindigkeit fort? Und wieso gibt es dann Fahrzeuge die sich schneller als der Schall bewegen (mal ganz trivial)?

2. Nehmen wir für (2) an ich könnte ein Ende "bis knapp unter Lichtgeschwindigkeit beschleunigen", falls dich die Rethorik meiner Ausführungen stört.

(1) Die Beschleunigungsphase ist normalerweise so langsam, daß die Schall-Deformation vernachlässigbar ist. Bis Du auf mehr als Schallgeschwindigkeit kommst, wäre der Schall schon mindestens ein paar tausend mal hin- und herreflektiert, wenn er nicht schon längst dissipiert wäre. Ach ja, es geht natürlich um die Schallgeschwindigkeit im Material (viel schneller als in Luft!), der Luftschall ist hierfür völlig unerheblich.

(2) Dann wirst Du lokal ganz einfach den Stab zerstören. Die Information wird aber (bis Du auf Unterschallgeschwindigkeit abgebremst hat) nicht nach vorne weiterlaufen. Das ist ganz analog dazu, daß Du ein Überschallflugzeug nicht im Voraus hörst. Hierbei gehe ich davon aus, daß die Beschleunigung stark genug ist, um nahezu Lichtgeschwindkeit zu erreichen, lange bevor die Schallgeschwindigkeits-Druckwelle das andere Ende des Stabes erreicht hat).

@Sam

Hört sich an, als wenn Du gerade über eine Aufgabe nachdenkst, die man während einer Vorlesung in Relativitätstheorie ausrechnen muß: Man rennt mit einer Leiter auf der Schulter in einen Raum, der kürzer ist als die Leiter. Wenn man schnell genug rennt, dann ERSCHEINT die Leiter aufgrund der Längenkontraktion verkürzt, so daß sie eigentlich in den Raum passen müsste. Die Frage ist also, was passiert, wenn ich mit der Leiter im Raum drin bin und dann die Tür zumache... ;-) Typische (paradox erscheinende) Eigenschaften der Relativitätstheorie.

Das mit der Schallgeschwindigkeit im Stab ist natürlich keine Erklärung, da es nichts mit relativistischen Effekten zu tun hat.

Als Gedankenexperiment ist Deine Stabgeschichte aber durchaus nichttrivial.
Man muß sich überlegen, warum ein Stab eigentlich ein Stab ist: Ein Haufen Moleküle, die durch die ELEKTROMAGNETISCHE Kraft in den chemischen Bindungen zusammengehalten werden. Ziehst oder drückst Du ein Molekül, so wird das benachbarte Molekül dies nicht INSTANTAN festellen, sondern wegen der endlichen Ausbreitungsgeschwindigkeit des elektromagnetischen Feldes zeitlich etwas versetzt. Dann reagiert es und an ihm wird (wegen der Bindung zum ersten Molekül) wieder eine Kraft ausgeübt und das ganze Spiel ist nun Angelegenheit des 2. und 3. Moleküls usw. bis zum Letzten.

Letztlich ist es, wie Du sagst, wenn ich an einem ca. 300000km langen Stab ziehe, und Du das andere Ende auf dem Mond festhälst, dann wirst Du erst 1 Sekunde später festellen, dass ich daran gezogen hab! Wenn ich durch Hin- und Herbewegen des Stabes also versuche, Dir kodierte Informationen zu übermitteln, bleibt es einfach bei einer endlichen Ausbreitungsgeschwindigkeit: Nämlich c.

Jeder kennt das:
Wenn ich im Auto sitze und Gas gebe, werde ich in den Sitz gedrückt.
So kommt es mir zumindest vor: in Wirklichkeit wird der Sitz in MICH gedrückt.
Die Moleküle in meinem Rücken werden zuerst beschleunigt. Dadurch nähern sie sich den Molekülen, die ein Stückchen weiter vorne sind. Wie stark diese jetzt wiederum beschleunigt werden hängt davon ab, wie nah ihnen die hinteren bereits gekommen sind - die beschleunigende Kraft ist ja um so höher, umso geringer der Abstand. Und zwar quadratisch höher, was dazu führt (wenn ich mich jetzt nicht irre), daß aus einer GLEICHMÄSSIGEN Beschleunigung des ersten Moleküls eine BESCHLEUNIGTE Beschleunigung (blöde Formulierung - kennt jemand eine bessere?) des nächsten wird. Und zu einer NOCH beschleunigteren Beschleunigung des übernächsten. Oder besser gesagt: wenn man die Geschwindigkeit eines beschleunigten Teilchens als Hyperbel darstellt, so schmiegt sie sich immer stärker an die Koordinatenachsen an - das letzte Teilchen hat die höchste Beschleunigung (ich bitte andernfalls um Korrektur).

Wenn man sich das bildlich vorstellt sieht man leicht ein, daß die Beschleunigung nicht beliebig hoch sein darf, wenn man am Leben bleiben will.

Wenn Du irgendwo ein paar Stabmagnete herumliegen hast (kennst Du das Magnet-Konstruktions-Spielzeug 'Supermag'?), dann leg die doch mal (möglichst reibungsfrei) in eine Schiene, jeweils mit gleichen Polen zueinender gerichtet und mit einem Abstand, bei dem Du die Abstoßung gerade so noch nicht spüren kannst.
Und nun schiebe den ersten Magnet langsam auf die anderen zu und beobachte, wie sich die Information langsam und gemütlich durch die Kette fortpflanzt...

Wenn Du zu schnell anschubst, knallen sie alle aneinander - das ist das, was den Molekülen in Deinem Körper besser nicht passieren sollte. ;)

aehmm modran wenn ich anmerken duerfte DU wirst in den sitz gedrueckt und der SITZ bewegt sich nach vorne (angenommen wir fahren auf einer geraden strecke) nun ja schonmal was von traegheit gehoert?! der sitz ist in diesem fall starr am auto montiert DU aber (denke ich einfach mal :P) nicht also folge

du in den sitz weil deine koerperteilchen an dem ort wo sie waren bleiben moechten und der sitz in dich weil er gegen das verziehen von metall ankaempfen muesste (der sitz verbiegt sich ja nicht wie ein stueckle goetterspeise )
nun ja ich denke das dort ist richtig ^^ aber ich lasse mich gerne von etwas besserem belehren :)
mFg viktor

eleganS, betrachte das anfahrende Auto von außen, von einem Stillstehenden Betrachter aus.

Ja, ich habe schon von Trägheit gehört.
Die von Dir angeführte Trägheit sorgt dafür, daß der Passagier an der Stelle bleiben will.
Der Passagier bleibt an der Stelle, aber das Auto bewegt sich vorwärts, und somit drückt sich die Lehne in den Passagier. Die Lehne ist der aktive Teil, nicht der Passagier.

Du spielst auf verschiedene Bezugssysteme an, aber ich dachte eigentlich, mein Bezugssystem wäre klar gewesen (der Passagier war das Bezugssystem, weil er nichts aktives tut). Sorry, falls nicht.

Der 1 Lichtjahr lange Stab ist wirklich eine grandiose, wenn auch schwer verwirklichbare, Idee.

zu (1)

Wie sehr sich der Stab verformt hängt nicht vom Licht ab sondern von der beschaffenheit des Stabes.
Ist er aus einem 100% unflexiblen Material, bewegt er sich also am Ende genau so wie am Anfang (oder anderen Ende).

Deine Theorien sind meiner Meinung nach dann richtig, wenn der Stab selbst Aus Licht besteht. Also beispielsweise ein Laser der eine reichweite von einem Lichtjahr oder mehr besitzt.


Zu diesem Thema passend:

Richtet man einen Laser mit enormer Reichweite, zu besserer Erkennung möglichst senkrecht zur Erdoberfläche, in den "Himmel", dann erscheint der Strahl nicht gerade sondern gebogen.
Warum wohl?