Lichtgeschwindigkeit, Überlichtgeschwindigkeit

Damian · Anmeldungsdatum: 17.08.2004 Beiträge: 10

Hallo,

ich verlinke jetzt mal einfach in einen Thread des Chemikalien.de- Forums, ich hoffe, dass das erlaubt ist.

http://forum.chemikalien.de/viewtopic.php?t=4085

Wenn nicht, poste ich vorsichtshalber schon den "relevanten Text" von mir Augenzwinkern

:

Gast

Natürlich macht es einen Unterschied, ob Licht durch Vakuum fliegt oder nicht. Die Lichtgeschwindigkeit wird durch Objekte nämlich abgebremst, also bremst jedes Staubkorn die Geschwindkeit ein wenig ab, ausserdem lenkt es seine Richtung ein wenig ab. Deswegen ist die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum definiert.
(Man hat es sogar schon geschafft die Lichtgeschwindigkeit auf 0 zu reduzieren).
Es war Newton, der die Vorstellung des Lichtes als Teilchen vorgeschlagen hat. Andere Physiker (ua. Christiaan Huygens) haben dann die Wellentheorie vorgeschlagen, welche sich in den folgenden Jahrhunderten durchsetzte, weil man mit ihr das Phänomen der Interferenz erklären konnte, sowie einige andere Erscheinungen des Lichtes.
Einstein hat dann 1904 bewiesen, dass Licht SOWOHL Teilchen, ALS AUCH Welle ist. (Dafür hat er 1921 den Nobelpreis bekommen) Vielleicht kann man sich also das Lichtteilchen (oder Photon) als ein Wellenpaket vorstellen, deren Grösse von der Energie des Photons abhängt.

Nikolas

para · Moderator Anmeldungsdatum: 02.10.2004 Beiträge: 2874 Wohnort: Dresden

weissfastnix · Anmeldungsdatum: 08.10.2004 Beiträge: 11 Wohnort: Salzgitter

Ich kann mir nicht vorstellen, das es ein Material gibt, in dem die Lichtausbreitungsgeschwindigkeit auf 0 reduziert werden kann.
Für Halbleitersind mir Brechzahlen von 3 < n < 4,5 bekannt. Die Brechzahl/Brechungsindex n ist ja definiert als
n = c / v
n : Brechungsindex
c : Vakuumlichtgeschwindigkeit
v : Lichtgeschwindigkeit im Medium

Aber eigentlich wollte ich mal versuchen die Frage nach dem Unterschied beim Welle- Teilchen-Dualismus zu erklären.

Die Lichtausbreitung kann im Wellenbild richtig beschrieben werden.
Licht = elektromagnetische Welle mit der Frequenz f
und der
Ausbreitungsgeschwindigkeit c = Lichtgeschwindigkeit
Wellenlänge lambda = c / f

Bei Wechselwirkung von Licht mit Materie (Absorption, Emission, Streuung) versagt dieses Wellenbild.

Max Planck nahm an (so ca. 1900), das Licht nicht kontinuierlich sondern in Energieportionen E abgestrahlt wird.
E = h * f
h ist das Planck'sche Wirkungsquantum mit dem Wert von
h = 6,626 * 10^-34 Js

Licht verhält sich also bei Wechselwirkung mit Materie wie ein Teilchenstrom.
Die Teilchen bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit und besitzen Energie E und Impuls p.
p = h / lambda

Den Größen Frequenz f und Wellenlänge lambda im Wellenbild entsprechen im Teilchenbild die Energie E und der Impuls p.

Licht ist also beides. Welle und Teilchen. Je nach dem welche Effekte man betrachtet wird das 'hilfreichere' Bild zur Erklärung verwendet.

Thomas · Administrator Anmeldungsdatum: 20.02.2004 Beiträge: 701

Ich habe auch gelesen, dass Wissenschaftler einen Lichtstrahl "angehalten" haben. Möglich wurde dies glaube ich durch Tieftemperatur und spezielle Magnetfelder, doch ist schon etwas länger her... grübelnd

Hab einen Artikel bei Freenet dazu gefunden: http://www.freenet.de/freenet/wissenschaft/technik/physik/licht/

Gruß,
Thomas

Lancelot · Anmeldungsdatum: 22.09.2004 Beiträge: 148 Wohnort: Sachsen

Photonen können weder abgebremst noch beschleunigt werden. Sie haben immer die Ruhemasse 0 und damit die Lichtgeschwindigkeit.
Das Licht ausserhalb des Vakuums langsamer ist hängt damit zusammen das Licht nicht nur aus Photonen besteht. Es ist eine Wechselwirkung der Atome die durch gegenseitiges aussenden von Photonen somit die Lichtwelle voranbringen. Dies lässt das Licht abgebremst erscheinen.
Photonen bewegen sich immer mit c. Es sei denn ich liege falsch Augenzwinkern

Gruss
Lance

Gast

Nein, ich glaube nicht, dass du da falsch liegst. Die Lichtgeschwindigkeit ist ja eine wichtige Naturkonstante, die unveränderlich ist.
Das "anhalten" des Lichtes war auch nur bildlich gemeint, aber man hat es geschafft das Licht in Atomen zu speichern, ohne das es absorbiert wird, und die Atome befanden sich fast in Ruhe, da sie auf einige millionste Kelvin abgekühlt wurden. So ungefähr stand das in dem Artikel, den ich im PM-Magazin mal gelesen habe. Augenzwinkern

Aber falls jemand noch eine bessere Beschreibung des Lichtes hat, nur zu, ich würde sie gerne hören (werde mich wohl bald mal anmelden).

Gruss

Lancelot · Anmeldungsdatum: 22.09.2004 Beiträge: 148 Wohnort: Sachsen

1. das Licht in Atomen "gespeichert" wird klingt einleuchtend smile

2. ja, meld dichmal an Zunge raus

weissfastnix · Anmeldungsdatum: 08.10.2004 Beiträge: 11 Wohnort: Salzgitter

Hi Leute,

ich denke, das die Vakuumlichtgeschwindigkeit eine Konstante ist und auch bleibt.
Naturlich ist die Phasengeschwindigkeit des sich wellenhaft ausbreitenden Lichtes vom Medium abhängig und damit den physikalischen Gegebenheiten entsprechend geringer.

Also habe ich auch mal im Internet nach einem halbwegs verständlichen Bericht gesucht.
-> http://www.wissenschaft.de/wissen/news/233365.html
... und gefunden.

Da steht allerdings nirgendwo drin, das die Lichtgeschwindigkeit = 0 wurde. Sondern nur das die Lichtausbreitung gestoppt wurde, indem das Licht von den Atomen absorbiert wurde und die "Quantenzustände des Lichtes in denen der Atome" gespeichert werden.

Bis denne

weissfastnix

Bruce · Anmeldungsdatum: 20.07.2004 Beiträge: 537

Eine Anmerkung zur Lichtgeschwindigkeit:

Die im Rahmen der Relativitätstheorie als größte mögliche Geschwindigkeit
postulierte Vakuum-Lichtgeschwindigkeit c bezieht sich weder auf die
Phasengeschwindigkeit vp eines unendlich ausgedehnten Wellenzuges noch auf
die Gruppengeschwindigkeit vg eines Wellenpaketes. Sowohl vp als auch vg
können gemäß ihrer Definition größer als c werden und insbesondere vp
kann auch sehr viel kleiner als c (ja, sogar negativ) werden!! Dies trifft
für Frequenzbereiche mit anomaler Dispersion zu, also in der Umgebung von
Absorptionsbanden des Mediums. Entscheidend ist, daß sich Signale, d.h. zeitlich
begrenzte Wellenzüge, nicht mit einer Geschwindigkeit größer als c ausbreiten
können. Das dies tatsächlich so ist wurde schon im Jahre 1914 von Sommerfeld
und Brillouin (Ann. Phys, 44, S.177 und S.203) im Rahmen der Elektrodynamik
bewiesen. Eine Zusammenfassung wesentlicher Aspekte dieser Arbeiten findet
ihr in der 2. und 3. Auflage des Jackson (J.D. Jackson, Classical Electrodynamics)
sowie in Sommerfeld's Lehrbuch zur theoretischen Physik (A.Sommerfeld, Vorlesungen
über theoretische Physik, Band 4). Im Abstand d vor der Front eines Signals kann
eine elektromagnetische Erregung frühestens nach der Zeit t=d/c beobachtet werden.
Für Zeiten t<d/c wird dort vom Signal kein elektromagnetsiches Feld verursacht.
Die Gruppengeschwindigkeit eines Wellenpaketes ist nur dann gut definiert,
wenn die Frequenzen des Paketes in einem Bereich liegen, in dem sich die
Brechzahl n nur wenig mit der Frequenz ändert. In Frequenzbereichen, in denen das
Medium absorbiert, ist diese Bedingung nicht mehr erfüllt; das propagierende Signal
wird im Medium dann so stark deformiert, daß die Gruppengeschwindigkeit ihren Sinn
verliert.

Gruß von Bruce

P.S
Die von mir zitierten Bücher von Jackson und Sommerfeld sind allerdings nur für
mathematisch weit fortgeschrittene Leser geeignet (Vordiplom in Physik dürfte reichen)
und daher z.B. für LK-Physikschüler nur bei besonders ausgeprägtem Interesse und
Engagement zu empfehlen.