Verhalten von Licht in Cäsium

schmissi · Anmeldungsdatum: 02.07.2006 Beiträge: 10

Hi
Hab mir gerade die alpha centauri folge vom 07.07.2004 angeschaut, mit dem Thema "Gibt es Überlichtgeschwindigkeit?"
hier kann man sich die folge anschaun:
http://www.br-online.de/alpha/centauri/archiv.shtml

ungefähr bei minute 10 erklärt der professor dass cäsium einen brechungsindex von kleiner als 1 hat und sich somit das licht darin schneller ausbreitet als im vakuum.
anschließend erklärt er dass das für weltraumreisen mit überlichtgeschwindigkeit aber nichts bringen würde da ja nicht das komplette weltall aus cäsium wäre.
jetzt kam ich auf den gedanken dass man doch kabel aus cäsium machen könnte, ähnlich den modernen glasfaserkabeln.
wenn mann dann in so ein cäsium kabel am einen ende mit einer taschenlampe morsezeichen hineinblinkt müssten die doch mit überlichtgeschwindigkeit am anderen ende des kabels ankommen und es läge eine informationsübertragung mit Überlichtgeschwindigkeit vor.

was sagt ihr dazu oder is mir da irgendwo ein denkfehler unterlaufen?

beste grüße

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Da muss man unterscheiden zwischen Phasengeschwindigkeit, Gruppengeschwindigkeit und Signalgeschwindigkeit.

Die Phasengeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit einer monochromatischen Lichtwelle, also einer perfekten Sinuswelle mit nur einer bestimmten Frequenz. Sie kann in manchen Medien größer als c werden.

Um einen endlich langen Lichtpuls zu erzeugen, braucht man jedoch verschiedene Frequenzen gleichzeitig, die Geschwindigkeit dieses Lichtpulses kann man mit der sogenannten Gruppengeschwindigkeit charakterisieren. Diese Gruppengeschwindigkeit ist in dem Cäsium-Experiment für Lichtpulse innerhalb eines ganz bestimmten Wellenlängenbereiches größer als c.

In dispersiven Medien, also auch in Cäsium, läuft dieser Puls mit der Zeit auseinander, das heißt er wird immer breiter und niedriger.

Daher muss man die Signalgeschwindigkeit (mit der Informationen übertragen werden) anders definieren: also in etwa als die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Punktes vorne an der ansteigenden Flanke eines Lichtpulses, der eine bestimmte Signalamplitude hat.

Und diese Signalgeschwindigkeit kann die Lichtgeschwindigkeit c nie überschreiten, also gibt es keine Informationsübertragung mit Überlichtgeschwindigkeit.

schmissi · Anmeldungsdatum: 02.07.2006 Beiträge: 10

wie würde dann folgendes fiktives experiment ausgehen:

ein cäsiumkabel mit der länge von einer lichtminute.
am einen ende stehen zwei lichtquellen, die eine leuchtet direkt in das cäsiumkabel hinein und die andere leuchtet daran vorbei in richtung des anderen endes.
Beide senden gleichzeitig einen lichtimpuls los.
was sieht der beobachter am anderen ende?
sieht er den lichtstrahl im cäsiumkabel zuerst?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Das Cäsium in diesem Versuch ist glaube ich gasförmig, aber nehmen wir mal an, dass man dein "Cäsiumkabel" irgendwie passend mit Cäsiumdampf füllen und präparieren könnte.

Dann sieht der Beobachter im "Kabel" einen flacheren, "verwascheneren" Puls: Der "Anfang" des Pulses ist früher da als der Anfang des Pulses durch die Luft, aber die Signalamplitude ist kleiner und steigt langsamer an. Der "Schwerpunkt des zugehörigen Photons", wenn du so willst, ist dabei nicht früher da als der des Pulses durch die Luft.

Und wenn die Strecke wirklich eine ganze Lichtminute beträgt, dann würde es mich schwer wundern, wenn der Beobachter von dem sehr flachen Puls mit sehr klein gewordener Amplitude im "Kabel" überhaupt noch etwas merkt Augenzwinkern

termodox · Anmeldungsdatum: 22.06.2008 Beiträge: 18

Auch wenn das Thema ganz alt ist...

Also, wenn der "ANFANG" des Pulses früher da ist dann ist es doch Überlichtgeschwindigkeit!

Okay, mal ein simples Beispiel der Informationsübertragung...

Hans lebt 3000000000Km entfernt von der Erde...er möchte gerne Fußball gucken was heute auf der ERDE stattfindet.Doch die Übertragung von dem Spiel verzögert sich um 1m (Lichtgeschwindigkeit Minute). Er möchte aber viel schneller erfahren wer ein Tor schießt also lässt es sich was einfallen...
er geht und kauft ZWEI 3000000000Km lange Cesium Cabel und schmeißt die Enden auf die Erde...Er stellt sich das so vor:

Wenn er sich mit Freunden auf die Couch setzt und das Spiel anguckt welches verzögert ist...wird er die Beiden Cabel beobachten die 1/3 der Minute brauchen für die Übertragung. Wenn das Linke Cabel leuchtet heißt das Deutschland hat ein Tor gemacht...das Rechte Türkei ein Tor...

Das Spiel fängt an...nach 10m Leuchtet der linke Cabel! Hans wettet schnell mit seinen Kumpels das Deutschland innerhalb von 40Sekunden ein Tor schießt...und boom TOR TOR TOR. Hans hat Geld gewonnen mit hilfe von ÜBERLICHTGESCHWINDIGKEIT ... Wo ist da ein Denkfehler??

termodox · Anmeldungsdatum: 22.06.2008 Beiträge: 18

antwortet keiner? bitte ich will wissen wo mein Fehler liegt, danke! LOL Hammer

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ich glaube, der Hauptknackpunkt ist hier die Frage, ob man dein Beispiel schon als Informationsübertragung bezeichnen kann und sollte, oder ob diese "Einzelpulsübertragung" noch etwas anderes ist als echte Informationsübertragung.

Technische Vorbemerkung: In deinem Zahlenbeispiel wird es sicher nicht vernünftig möglich sein, noch ein merkliches Signal zu detektieren, aber wir wollen mal annehmen, man könne es technisch irgendwie schaffen, einen ausreichend starken Puls loszusenden und die Leitung so gut abzuschirmen, dass man diesen Impuls auf der anderen Seite des Kabels tatsächlich detektieren kann.

Dann kommt der "Anfang" des Pulses in deinem Zahlenbeispiel 40 Sekunden vor dem mit Lichtgeschwindigkeit übertragenen Fernsehsignal an, und dauert bis ca. 40 Sekunden nach diesem Signal.

Morsen kann man damit also nicht sinnvoll, nur Einzelpulse senden.

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Peter sei einer der Freunde von Hans. Nachdem er beim 1:1 durch Schweinsteiger die Wette gegen Hans verloren hat, schaut er in der Halbzeitpause nach, findet die beiden Kabel von Hans und schneidet sie durch.

Peter hört den Radiokommentar, der einige Sekunden früher ankommt als das Signal des Digitalfernsehens, das erst ver- und entschlüsselt ewrden muss. In der 79. Spielminute setzt Lahm zur Flanke an, und Peter sagt "Wetten, dass wird ein Tor?". Hans hat aufgepasst und weiß, dass keines seiner beiden Lämpchen leuchtet, und geht sofort auf die Wette ein. Klose versenkt 2 Sekunden später den Kopfball zum 2:1 und Peter gewinnt die Wette.

Die überlichtschnelle Einzelpulsfrontübertragung war also nicht gut genug dafür, dass Hans unterscheiden konnte, ob "Lämpchen aus" die Bedeutung "kein Tor" oder die Bedeutung "Kabel kaputt" hatte.

(Andersherum könnte man vielleicht zusätzlich noch der Meinung sein, dass ein einzelner Puls oft noch nicht besagt, ob der Absender aus Versehen an den Pulssendeknopf gekommen ist oder ihn absichtlich gedrückt hat, und dass so eine Verwechslung bei einem gemorsten Signal mit mehreren Pieptönen nicht oder viel weniger in Frage kommt.)

Leonidas2 · Anmeldungsdatum: 27.03.2014 Beiträge: 3

das leuchtet mir ein,
aber wie wärs damit: die eine hälfte des universums ist mit casium gefüllt, die andere nicht, und dazwischen ist eine wand, wobei auf der einen seite der fernseher steht und hans auf der anderen seite seinen eigenen fernseher hat. wäre es dann möglich, das komplette signal auf hans seite zu empfangen? wenn wir davon ausgehen dass hans im cäsium atmen kann und das signal dann nicht verzerrt sieht.

Stolperstein · Anmeldungsdatum: 15.04.2013 Beiträge: 70 Wohnort: Erfurt

Anfrage an derMarkus:

Glaubst Du im Ernst an den verwaschenen Blödsinn von Phasengeschwindigkeit, Gruppengeschwindigkeit und der neu hinzugekommenen Siganalgeschwindigkeit.

Die Frage bleibt immer noch unbeantwortert, Was ist, wenn ich nur Morsezeichen durchgebe ?

Jayk · Anmeldungsdatum: 22.08.2008 Beiträge: 1450

Stolperstein · Anmeldungsdatum: 15.04.2013 Beiträge: 70 Wohnort: Erfurt

Mathematisch ist so manches "sauber", nur muß es nicht die Realität widerspiegeln.

Wird eine Gruppe reduziert bis auf eine Welle, so ermöglicht das system des Morsens auch eine Informationsübertragung.
Wozu eigentlich die Unterscheidung zwischen Gruppen-, Phasen- und Informationsgeschwindigkeit.

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8576

Vektorlink · Gast

Guck dir mal die neueren Videos von Jörn Loviscach über SRT an.

Vektorling · Gast

Aber das ist wahrscheinlich dann wieder zu "wirr" und "macht keinen Sinn".