Verbirgt die Lichtgeschwindigkeit Geheimnisse, die wir nicht begreifen können?

wir kennen alle die Behauptung dass nichts mit schneller als mit Lichtgeschwindigkeit reisen kann und diese Behauptung scheint wahr zu sein trotz der wahnsinnigen Anstrengung dieser Behauptung zu trotzen es ist niemandem gelungen diese Grenze von etwa 300.000 km die Sekunde zu überschreiten eine Geschwindigkeit die schnell genug ist die Erde in einer einzigen Sekunde zu umrunden ach so ja und nicht nur einmal sondern 7,5 mal aber hey wir können langsamer für die Geschwindigkeit einschließlich bis zu 99,99999% der Lichtgeschwindigkeit haben wir dan Einsteins spezielle Relativitätstheorie die das sehr genau beschreibt ein sehr gutes Verständnis davon wie sich Materie bewegt mal mehr oder mal weniger und wir mögen es natürlich wenn es schnell geht ob ein Fahrrad ein Skateboard oder ein Auto natürlich wir lieben die Geschwindigkeit und wie der Wind uns ins Gesicht klatscht wir sehen die Welt langsam an uns vorbeiziehen wenn wir schnell unterwegs sind was sehen wir wenn wir noch schneller unterwegs sind oder besser gesagt was erlebt und sieht das Licht selbst wenn es mit der Lichtgeschwindigkeit fliegt lasst uns heute mal drüber sprechen wie sieht ein lichtfoton Zeit und Raum und ich verspreche euch alles wird einen Sinn machen und absolut gar nichts wird einen Sinn ergeben [Musik] [Applaus] [Musik] beginnen wir bei den anfäng beginnen wir bei der Theorie die uns hier helfen kann die Relativitätstheorie bei Geschwindigkeiten die langsamer als das Licht sind machen einsteinsgleichungen Vorhersagen zu Länge und Dauer die zumindest physikalisch möglich sind zwei solche Phänomene sind Zeitdilatation und Längenkontraktion einsteinsgleichung sagen voraus dass die Zeit für ein sich bewegendes Objekt langsamer vergeht verglichen mit einem ruhenden Beobachter dies wird als Zeitdilatation bezeichnet z.B wenn eine Person auf der Erde eine Uhr in einem Raumschiff beobachtet das sich mit einer sehr hohen Geschwindigkeit bewegt wird die Uhr langsamer zu laufen scheinen als wenn Sie hier auf der Erde wäre dieser Effekt wird erst bei Geschwindigkeiten die einen signifikanten Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit erreichen erst so wirklich spürbar ebenso sagen einständsgleichung voraus dass die Länge eines Objekts in Bewegungsrichtung aus der Perspektive eines ruhenden Beobachters verkürzt erscheint ein Phänomen das als Längenkontraktion bekannt ist also wenn eine Person auf der Erde ein Raumschiff mit hoher Geschwindigkeit beobachtet würde das raumsschiff verkürzt erscheinen verglichen mit seiner Länge in kompletter Ruhe also wenn es sich nicht bewegt bei den Geschwindigkeiten die schneller als das Licht sind machen die Gleichung völlig unsinnige und unphysikalische Vorhersagen und einige davon sind kausalitätsverletzungen ein Hauptproblem das Auftreten würde wenn Informationen oder Objekte schneller als das Licht reisen könnten es ist die Verletzung der Kausalität sagen wir mal wir könnten z.B SMS schneller als mit lichtgeschwindigkeiten versenden nun das Problem wäre dass wenn du eine solche SMS senden würdest würdest du eine Antwort auf deine SMS bekommen du deine SMS gesendet hast das würde uns alle sehr verwirren zudem GEMIS der speziellen Relativitätstheorie würde die Energie eines Objektes ins Unendliche steigen wenn es die Lichtgeschwindigkeit erreicht daher wäre unendlich viel Energie erforderlich um ein Objekt auf eine Geschwindigkeit zu beschleunigen die über die Lichtgeschwindigkeit hinausgeht dies widerspricht eigentlich unserem Verständnis der Physik und ist ziemlich unpraktikabel aber was passiert bei genauer Geschwindigkeit nun auch da tauchen Unendlichkeiten in den Gleichungen auf Unendlichkeiten sind nicht physikalisch und das bedeutet dass die Gleichungen für diese Geschwindigkeiten nicht wirklich funktionieren das ist die erste und wichtige Botschaft die wir lernen sollten einsteinsraum und Zeitgleichung gelten eigentlich nicht für Objekte die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen wir können einsteinsgleichung jedoch verwenden um zu sehen was passiert wenn wir uns der Lichtgeschwindigkeit immer weiter annähern ich weiß ich weiß das klingt alles ziemlich abgedreht aber Einsteins spezielle Relativitätstheorie macht viele kontraintuitive Vorhersagen das ist noch mal so und vielleicht eine die am schwierigsten zu akzeptieren ist ist dass die Wahrnehmung der Zeit und Entfernung davon abhängt wie schnell man sich bewegt je schneller man fährt desto langsamer vergeht die Zeit und desto kürzer werden die Objekte dies scheint unmöglich zu sein aber beides ist wissenschaftlich bestätigt worden und ist längst keine Theorie mehr was bedeutet das nun schauen wir uns zunächst mal an wie lange jemand für eine Reise von der Erde bis zum nächstgelegenen Stern die Sonne nicht mitgerechnet brauchen würde der nächstgelegene Stern ist etwa vier Lichtjahre entfernt und ihr ihr könnt mir sicherlich in den Kommentaren beantworten welcher Stern das ist also der nächstgelegene Stern ist vier Licht Jahre entfernt was bedeutet dass ein Mensch auf der Erde sehen würde dass ein Objekt das sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt vier Jahre braucht um dorthin zuugelangen wir würden also vier Jahre erleben bis das Objekt sein Ziel erreicht die Relativitätstheorie besagt jedoch dass der Reisende viel weniger Zeit erleben würde schauen wir uns doch mal hier kurz die Zahlen an wenn jemand die Reise mit 99% der Lichtgeschwindigkeit machen würde würde eine erdgebundene Person sagen dass die Reise vier Jahre lang gedauert hat der Reisende würde jedoch sagen dass die Reise nur knapp 7 Monate gedauert hat bei 99,9% der Lichtgeschwindigkeit würde der Reisende sagen dass die Reise etwas mehr als zwei Monate gedauert hat die schnellste Geschwindigkeit die jemals von Forschern in einem Labor erreicht wurde wurde im CERN in der Schweiz erzielt wo Forscher Elektronen auf die Geschwindigkeit von 99,999999999% der Lichtgeschwindigkeit beschleunigten angenommen wir könnten einen Reisenden mit dieser Geschwindigkeit zum nächsten Stern schicken wie lange würde ihnen die Reise vorkommen ein Monat D Wochen eine Woche nein knapp 10 Minuten wenn wir diesen Trend jetzt fortsetzen und die Geschwindigkeit immer näher an die Lichtgeschwindigkeit heranführen sehen wir dass ein Photon laut einsteinsgleichung auf dem Weg von der Erde zum nächsten Stern Null Zeit benötigen würde im Wesentlichen würde es zu gleichen Zeit abreisen und ankommen und wenn es keine Zeit bräuchte um von einem Ort zum anderen zu gelangen würde es in allen dazwischenliegenden Orten gleichzeitig existieren das Photon wäre überall gleichzeitig ich habe es euch versprochen nichts ergibt hier wirklich einen Sinn hier müssen wir uns in Erinnerung rufen dass die Person auf der Erde und das Photon sehr unterschiedliche Erfahrungen machen der Mensch auf der Erde sieht dass die Reise vier Jahre lang dauert und sieht nicht dass die Lichtgeschwindigkeit oder das Licht gleichzeitig ausgesendet wird und gleichzeitig ankommt wie das lichtfoton den Raum erlebt lässt sich mit dem gleichen ans ermitteln während ein Reisender immer schneller wird erscheint die Entfernung zwischen der Erde und den fernstern immer kürzer während der Mensch auf der Erde eine Entfernung von vier Lichtjahren sieht sieht der Reisende bei der schnellsten von der Menschheit erreichten Geschwindigkeit eine Entfernung die nur einen binzigen Bruchteil davon ausmacht und wenn ein hypothetischer Reisender in der Lage wäre sich mit Lichtgeschwindigkeit zu bewegen würde die Entfernung direkt auf Null schrumpfen es ist so als würdest du einfach nur eine Tür aufmachen und direkt irgendwo anders erscheinen an einer Entfernung die sehr sehr sehr weit von dir weg ist doch für andere die dir dabei zuschauen dann würdest du vier Jahre lang brauchen um durch diese Tür zu gehen zu Beginn dieses Videos habe ich euch auch gesagt dass die einsteinischen Gleichungen bei lichtgeschwindigkeiten nicht gelten wir haben jedoch auch gesehen was passiert wenn sich eine Objek der Lichtgeschwindigkeit willkürlich nährt es wird angenommen dass dieser Ansatz eine gute Beschreibung dafür liefert wie ein verdoh des Lichts Raum und Zeit erlebt also wie ist es denn nun die Tatsache dass ein bewegtes Objekt Raum und Zeit anders erlebt als ein stationäres hat rätselhafte Konsequenzen während wir Menschen den Raum als riesig empfinden eine gewaltige Grenze die es für uns zu zähmen gilt ist die Erfahrung für ein Photon eine ganz andere für das Photon hat das Universum keine Ausdehnung und es gibt keine Zeit das ist sicherlich eine verwirrende Perspektive aber sie ist real und unter schreicht wie schlecht unsere Intuition die Naturgesetze unter extremen Bedingungen beschreibt das Universum wird uns immer wieder überraschen ich weiß es ist einfach nur komisch zu akzeptieren dass sobald du dich in Bewegung gesetzt hast du dich gleichzeitig langsamer durch die Zeit bewegst und je schneller du dich bewegst desto langsamer tickt die Zeit erfährst Du also gar keine Zeit sobald du dich der Lichtgeschwindigkeit näherst das ist alles komisch Einsteins spitz Relativitätstheorie sagt dies allerdings voraus und von keinen seiner Arbeiten ist dies so unintuitiv wie die Vorstellung das bewegte Uhren langsamer ticken als unbewegte und ja du bist in diesem Fall eine Uhr eine wunderbare Uhr aber eine Uhr wenn sich die Uhren der Lichtgeschwindigkeit nähren ticken sie langsamer bis sie schließlich gar nicht mehr ticken dies wirft wiederum eine sehr interessante Frage auf da sich schnellbwegende Objekte die Zeit langsam erleben und die Lichtgeschwindigkeit die ultimative Geschwindigkeitsgrenze darstellt erlebt Licht die Zeit in irgendeiner anderen Form auf den ersten Blick scheint die Vorstellung das Licht überhaupt keine Zeit erfährt ziemlich albern zu sein immerhin sehen wir wie das Licht von der Sonne zur Erde gelangt wie können sogar messen wie lange es dafür braucht es scheint also ziemlich offensichtlich dass lichtzeit erlebt oder oder es ist eh die Zeit die wir erleben na gut wenn es das ist was wir erleben was erlebt Licht die Antwort auf diese Frage ist ehrlich gesagt kaum zu fassen aber dazu kommen wir gleich die Physik ist eine experimentelle Wissenschaft und der endgültige Weg zur Beantwortung von Fragen besteht darin Experimente durchzuführen wir könnten ein Experiment entwerfen bei dem eine Uhr an einem Photon befestigt wird und dann schießen wir es los und wir messen die Ergebnisse das einzige Problem bei dieser Idee ist dass sie völlig unmöglich ist schließlich können sich nur Objekte ohne Masse wie lichtphotonen mit Lichtgeschwindigkeit bewegen und Objek mitmasse müssen sich natürlich langsamer fortbewegen Uhren haben mit Sicherheit Masse also kann sich keine Uhr mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen um uns das Experiment irgendwie zu ermöglichen anders als eine Ananas auf einer Pizza passt dies nicht zusammen da uns die Durchführung des endgültigen Experiments untersagt ist müssen wir uns theoretischen Überlegungen zuwenden na gut okay was sagen uns denn die eigentlichen einsteinischen Gleichungen oh ohje nun hier wird die Geschichte komplizierter ein insgleichung gelten für Objekte die sich mit der Geschwindigkeit 0 bis zu Lichtgeschwindigkeit aber nicht mit dieser bewegen bei der exakten Lichtgeschwindigkeit berechnen seine Gleichung völlig zusammen na gut se verdächtig das ganze aber wir akzeptieren das mal wir akzeptieren dass diese Gleichungen zwar für Objekte gelten aber für Objekte die sich unter der Lichtgeschwindigkeit bewegen wenn wir kein Experiment also durchführen können und unsere Gleichung nicht für die Lichtgeschwindigkeit gelten ja dann sitzen wir fest oder ja bist zu einem gewissen Grad andererseits können wir hier ein bisschen tricken ja einsteellsgleichung brechen total zusammen wenn wir mit der Lichtgeschwindigkeit reisen aber drunter da haben wir noch ein bisschen Spielraum die gleiche Frage für Objekte zu stellen die sich mit 99,9999999%geschwindigkeit Wort bewegen dies ist möglich und wenn wir sogar noch ein paar neuen hinzufügen wollen nur zuu kein Problem die gleich funktionieren einwandfrei erst wenn wir die 100% erreichen kriegen wir Schwierigkeiten okay wenden wir also den Ansatz der Grenzwerte der auf dem kalkulationsunterricht verwendet wird wenn wir ein Problem nicht genau für einen bestimmten Wert eines Parameters lösen können können wir andere Werte dieses Parameters verwenden und fragen was passiert wenn wir uns dem gewünschten Wert nähern sehr oft zeagt der Trend den man dann sieht was passiert wenn man den verbotenen Wert erreicht okay ich breche das nur sehr schnell durch für diejenigen von euch die sich für matte begeistern können also h Beispiel stell dir vor du möchtest ausrechnen wie schnell ein Auto fahren muss um eine bestimmte Entfernung in einer bestimmten Zeit zurückzulegen du weißt aber nicht genau wie lange die Strecke ist die das Auto zurücklegen muss du kannst jedoch den Ansatz der Grenzwerte verwenden indem du verschiedene Streckenlängen ausprobierst und schaust was passiert wenn du dich der gesuchten Streckenlänge immer mehr näherst z.B kannst du ausprobieren was passiert wenn das Auto eine Strecke und 10 km in einer Stunde zurücklegt du kannst kannst aber auch ausprobieren was passiert wenn das Auto eine Strecke von 20 km in 2 Stunden zurücklegt wenn du dich dann immer weiter der gesuchten Streckenlänge näherst kannst du sehen dass das Auto immer schneller fahren muss um die Strecke in der gewünschten Zeit zurückzulegen also der Ansatz der granzwerte hilft uns eine Annäherung an eine Lösung zu finden wenn wir den genaueren Wert eines Parameters nicht kennen und wir können diesen Ansatz hier verwenden was passiert also wenn man ein Objekt mit Masse nimmt und es immer schneller bewegt wie erlebt ein Objekt die Zeit wenn wir uns in der Nähe der Lichtgeschwindigkeit aufhalten nun zumindest haben wir jetzt schon mal hier eine solidere Grundlage um die Frage zu beantworten und man muss sagen Wissenschaftler führen dieses Experiment seit Jahrzehnten durch wir können superatomare Teilchen auf sehr sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigen Geschwindigkeiten die der Lichtgeschwindigkeit sehr nahe kommen außerdem haben diese Teilchen ihre eigene Uhr wir können diese winzigen Uhren verwenden um zu untersuchen was passiert wenn wir sie immer schneller werden lassen aber wie funktioniert das Ganze betrachten wir als Beispiel ein subatomares Teilchen namens pion Pionen Pionen Pionen sind so etwas wie massearme Protonen auch sie sind instabil und zerfallen in 28 x 10 hoch-9 Sekunden diese Lebensdauer ist mit unglaublicher Präzision gemessen worden wenn man ein pion hätte und es hypothetisch auf lichtgeschwindigkeiten beschleunigen würde was ungefähr 300 000 km in der Sekunde entspricht müsste es ein wenig mehr als 8 m zurücklegen bevor es dann zerfällt aber nur in einem Universum in dem alle Uhren gleich ticken das heißt also dass eine stationäre menschliche Uhr die du hast und eine sich bewegende pionuhr ticken gleich schnell das tun sie aber nicht wenn Wissenschaftler Pionen erzeugen die sich mit 99,99% der Lichtgeschwindigkeit bewegen stellen sie fest dass sie etwa 600 m zurücklegen bevor sie zerfallen und das kann nur passieren sich schnellbewegende Pionen die Zeit langsamer erleben als stationäre übrigens ein kleiner funf für euch 99% der Lichtgeschwindigkeit ist nicht der Rekord für Teilchenbeschleuniger Wissenschaftler können subatomare Teilchen auf viel höhere Geschwindigkeiten beschleunigen der Rekord wurde in einem teichenbeschleuniger in Europa aufgestellt hier könnt ihr raten wo ind dem Elektronen auf die atememberaumende Geschwindigkeit von und jetzt gut zuhören 9,999999987% der Licht Geschwindigkeit beschleunigt wurden in dieser unglaublichen Umgebung funktionierten die einsteinischen Gleichung immer noch perfekt und bei diesen Geschwindigkeiten würde eine hypothetische Uhr die die Elektronen begleitet etwas mehr als 200 000 mal langsamer ticken als eine Uhr in der Nähe eines stationären Elektrons angesichts der einsteinischen Gleichung und der Tatsache dass die einzige Grenze für die Geschwindigkeit eines Elektrons die Lichtgeschwindigkeit ist können wir sehen dass eine Uhr umso langsamer tickt je näher sie sich an der Lichtgeschwindigkeit befindet wenn also etwas die Lichtgeschwindigkeit erreicht bleiben die Uhren stehen was bedeutet das also aus der Sicht eines Photons kann es das gesamte Universum durchqueren ohne überhaupt Zeit zu erleben Milliarden und aber Milliarden von Lichtjahren können in weit weniger als einem Wimpernschlag vorbeifliegen aber das ist noch nicht alles ja zwar geht es in diesem Video um die Zeit die ein lichtfoton benötigt aber die Relativitätstheorie sagt uns auch wie der Raum sich verhält wenn sich Objekte schneller bewegen schumpft das Universum in der Richtung in die wir uns bewegen mit den hbeschriebenen Techniken können wir aus sehen dass das Universum für ein Photon auf die Größe von Null schumpft Milliarden von Lichtjahren verschwinden was bedeutet dass es aus der Sicht des Photons überall entlang seiner Flugbahn gleichzeitig existiert die Relativitätstheorie ist sicherlich nicht intuitiv aber sie macht einige bezahre vorhersagen und die vielleicht bezahrste von allen ist das Licht weder Zeit noch Raum erlebt und an allen Orten und zu allen Zeiten gleich existiert und genau dieses extrem verrückte Erlebnis erinnert uns daran dass die Gesetze die das Universum regieren seltsam und doch wunderbar sind und es gibt uns viel zum Nachdenken was heißt das aber für uns wenn sich alles irgendwie gleichzeitig bewegt und alles gleichzeitig existiert oder auch nicht irgendwas kann da doch nicht stimmen z.B was heißt es für unsere Vergangenheit existiert unsere Vergangenheit oder ist sie nur eine Illusion ist das der Grund warum wir nicht in die Vergangenheit reisen können du siehst und erlebst die Zeit anders als ich für einen von uns läuft die Zeit langsamer zwei Ereignisse die du nacheinander siehst sehe ich zurelben Zeit geschehen was geschieht in diesem Augenblick ist einin jetzt dasselbe wie mein jetzt erleben wir beide dasselbe dies scheint eine einfache Frage zu sein zumindest bis man die Relativitätstheorie einführt was jetzt ist nach der Relativitätstheorie recht verschwommen im Laufe der Jahre haben Wissenschaftler und Philosophen verschiedene Wege gefunden um zu verstehen wie Zeit Existenz und das jetzt zusammenpassen doch ein Wissenschaftler namens Carl rowelli schlägt vor dass wir vielleicht einen neuen Weg brauchen um die Realität und das jetzt zu definieren bisher gab es nämlich im Wesentlichen zwei Möglichkeiten das Voranschreiten der Zeit zu verstehen bei der ersten gibt es eine objektiv reale Gegenwart Ereignis in der Vergangenheit und in der Zukunft gibt es nicht die einzige Realität das einzige was wirklich ist ist die Gegenwart diese Vorstellung wird als Präsentismus bezeichnet diese Idee stößt jedoch auf ernsthafte Probleme wenn man die Relativitätstheorie in betrachtzieht um zu sehen warum das so ist machen wir ein einfaches Gedankenexperiment stellen wir uns einfach mal vor du stehst mitten in einem Gewitter auf dem Boden du siehst zwei Blitze in den Boden einschlagen ein zu deiner linken und ein zu deiner rech beide Blitze waren gleich weit von dir entfernt aus diesem Grund hatte das Licht beider Blitze den gleichen Weg zu dir zurückzulegen das führt jedoch zu der Annahme dass die Blitze gleichzeitig in den Boden einschlugen zur gleichen Zeit fliegt jedoch ein Flugzeug durch die Wolken die Passagiere dieses Flugzeugs sehen die Blitze ebenfalls dass sich Ihr Flugzeug genau in der Mitte zwischen dir befindet aber was sie wahrnehmen ist anders als was Du wahrnimmst da sie auf einen der Blitze zu und von dem wegfliegen treffen sie im Wesentlichen auf das Licht des vor ihnen liegen des Blitzes zu erernst sie sehen diesen Blitz und sie bewegen sich von dem anderen Blitz hinter ihnen weg daher sieht es so aus als würde dieser Blitz später einschlagen doch hier dürfen wir eine wichtige Tatsache nicht vergessen Licht bewegt sich immer unabhängig vom Bezugssystem 29792 km pro Sekunde die Passagiere des Flugzeugs befinden sich in der Mitte zwischen den Blitzen und in ihrem Bezugssystem scheint es dass das Licht der beiden Bolzen die gleiche Strecke zurücklegt die einzige Schlussfolgerung die die Passagiere des Flugzeugs ziehen können ist dass der Blitz vor ihnen zuerst eintraf dies ist das Problem der Gleichzeitigkeit und eine Schlussfolgerung aus der speziellen Relativitätstheorie verschiedene Bezugssysteme Stimmen möglicherweise nicht über die Reihenfolge der Ereignisse überein was wir als Gegenwart bezeichnen ist tatsächlich subjektiv alsoentismus klingt er nicht so gut aber welche anderen Möglichkeiten haben wir nun eine andere Idee wie man sich die Zeit vorstellen kann nennt sich eternalismus anstatt die Realität als dreidimensional zu betrachten können wir stattdessen die vierte Dimension die Zeit hinzufügen warum übrigens die Zeit die vierte Dimension sein soll haben wir bereits hier in diesem Video besprochen um dich also vielleicht auf den neuesten Stand zu bringen könnte dir das Video hier helfen aber ich erkläre es eh kurz die Zeit wird als vierte Dimension bezeichnet da sie ebenso wie die drei räumlichen Raumdimensionen Länge Breite und Höhe notwendig ist um einen vollständigen Punkt im Raum Zeitkontinuum zu definieren zusammen bilden diese vier Dimensionen das Modell unseres Universums in dem alle Ereignisse stattfinden und sich irgendwie bewegen ohne die Zeit könnten wir weder Veränderung noch Bewegung messen oder beschreiben nachdem Einstein die Relativitätstheorie formuliert hatte kam Hermann mkowski auf die Idee der vierdimensionalen mkowski Raumzeit in diesem vierdimensionalen Raum stellt die gleich zeitigkeit kein Problem mehr da warum weil einstatt nur die Zeit zwischen den Ereignissen zu messen würden Beobachter in demenkowski Raumzeit stattdessen die raumzwei a nein nicht die raumzweit die Raumzeit also weil anstatt nur die Zeit zwischen den eignissen zu messen würden Beobachter in der Minkowski Raumzeit stattdessen die Raumzeit zwischen den Ereignissen messen dieser raumzeitintervall sollte für alle Beobachter gleich groß sein demzufolge lässt sich das Zeitintervall zwischen zwei Ereignissen eindeutig bestimmen und diese Zeit ist unabhängig von den Beobachtern die das Zeitintervall Messen immer dieselbe ein einfaches Beispiel hierfür könnte folgendes sein ein Problem bei dem ein Lichtstrahl von zwei Beobachtern in unterschiedlichen Geschwindigkeiten gemessen wird der raumzeitintervall zwischen dem Start und dem Endpunkt des Lichtstrahls bleibt dabei für alle Beobachter gleich unabhängig von ihrer Geschwindigkeit was eigentlich nur so viel heißt dass der Zeitpunkt an dem irgendetwas startet und endet für alle Beobachter gleich bleibt also in dieser viimens vidimension Alter ah mein Gott nimmt keine entropy Folgen auf an einem Samstagmorgen wenn die Woche davor euch so richtig gib hat ja in dieser vierdimensionalen Welt sind Ereignisse in der Vergangenheit und in der Zukunft also alle gleich real genau aus diesem Grund gibt es keinen besonderen Moment der Gegenwart genannt wird es gibt kein Moment der jetzt stattfindet man könnte argumentieren dass nichts geschieht und nichts wird lich philosophisch und so philosophisch dass ich es kaum verstehe aber vielleicht könnt ihr mich in den Kommentaren aufklären alles von Objekten bis zu Ereignissen existiert einfach unsere Definition von jetzt gibt es im eternalistischen Universum nicht in seinem Vortrag fordert uns Dr Rovelli auf die Zeit auf eine andere Weise zu betrachten in der Physik sagt er geht es darum das werden zu verstehen die Physik erklärt wie Dinge geschehen warum ein Ball eine Rampe herunterrollt warum ein Auto zum Stillstand kommt und warum sich die Erde um die Sonne reht ohne Veränderung gibt es keine Physik er plediert für eine dritte Möglichkeit angenommen du lebst in einem kleinen Dorf und hast noch nie das Meer gesehen dein Verständnis von Wasser ist begrenzt auf diesen Fluss der durch dein Dorf fließt du denkst vielleicht dass alle Gewässer flach und ruhig sind da du nichts anderes kennst doch dann gehst du auf eine Reise und siehst das Meer zum ersten Mal du erkennst dass das Wasser tief und unendlich ist es hat Wellen und es bewegt sich dein Verständnis von Wasser muss nun erweitert werden und diese neuen Erfahrungen zu berücksichtigen in ähnlicher Weise müssen unsere Konzepte von jetzt Gegenwart und das werden möglicherweise komplett erweitert werden und die Theorie der speziellen Relativitätstheorie dann auch noch zu berücksichtigen Einstein zeigte dass die Zeit relativ ist und von der Perspektive des Beobachters abhängt dies bedeutet dass unser Verständnis von jetzt und Gegenwart nicht absolut ist sondern von der Bewegung und der Position des Beobachters abhängt daher müssen wir unsere Konzepte von Zeit und erweitern um sie genauer zu verstehen argumentiert dass nicht alle Ereignisse im Laufe der Zeit auf einer einzigen Zeitachse sich abbilden lassen wir können nicht das Fortschreiten jedes Ereignisses durch die Zeit auf einer Karte darstellen stattdessen müssen wir die Ereignisse sowohl mit einer Zeit als auch mit einem Ort versehen es gibt immer noch die Gegenwart und es finden Ereignisse statt aber was als Gegenwart definiert wird kann an verschiedenen Orten unterschiedlich sein gibt uns eine Möglichkeit über Zeit nachzudenken wenn wir versuchen Zeit ohne den dazugehörigen Raum zu definieren treten große Probleme auf W ein möglicher Zusammenbruch der Gleichzeitigkeit jeder Ort hat seine Gegenwart aber eins ist sicher wir können Zeit und Raum nicht voneinander trennen sie müssen zusammen existieren aber wenn wir jetzt das alles berücksichtigen dann stellt sich doch irgendwie die Frage wie weit können wir zurückgehen wenn wir annehmen können alle Punkte der Zeit im Universum abmessen zu können wir haben immerach dass unsere Unfähigkeit mit Lichtgeschwindigkeit zu reisen an unserer Masse liegt doch in der komplexen Welt der Physik scheint etwas anderes der wahre Grund zu sein warum wir nicht mit Lichtgeschwindigkeit reisen können es ist nicht die Masse es ist etwas anderes Albert Einsteins Relativitätstheorie eine der verblüffendsten Theorien die je formuliert wurden veränderte die Art und Weise wie wir Zeit und Raum begreifen in ihrer merkwürdigen Logik Schein bewegte Uhren langsamer zu ticken aber ihr schockierendes Postulat ist vielleicht unerschütterlichste Diktat nichts kann sich schneller als das Licht bewegen für raumfahrtenthusiasten ist dies eine niederschmetternde Erkenntnis denn es dämpft ihre Hoffnung auf eine schnelle Erkundung des Kosmos die Weiten des Weltraums sind gewaltig und der nächste Stern ist vier Lichtjahre entfernt selbst ein einfaches Radiosignal das sich mit der höchsten möglichen Geschwindigkeit bewegt würde 8 Jahre für ein hen und rückweg benötigen warum können wir also trotz aller technologischen Fortschritte uns nicht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen die Antwort liegt nicht in der Masse selbst sondern in der grundlegenden Eigenschaft der Trägheit und so müssen wir uns fragen wie beeinflusst die Trägheit unsere Fähigkeit das Universum zu erkunden und unsere Grenzen zu erweitern [Musik] [Applaus] [Musik] [Applaus] [Musik] wenn wir etwas über Einsteins spezielle Relativitätstheorie lesen werden wir wahrscheinlich feststellen dass die Masse eines Objekts mit zunehmender Geschwindigkeit steigt und das ist eine befriedigende und intuitive Antwort es ist schwieriger massivere Objekte zu schieben und wenn die Masse eines Objekts schwerer wird muss man sich also mehr anstrengen um schneller zu werden und wenn die Masse eines Objekt in der Nähe der Lichtgeschwindigkeit unendlich wird dann braucht man eine unendliche Menge an Energie um noch schneller zu schieben W somit haben wir das Problem ja eigentlich gelöst natürlich bis auf das ganze unendliche energiezeug und die Antwort hier ist tatsächlich befriedigend und sie ist sehr intuitiv aber sie ist auch falsch zumindest im Detail bevor jetzt jemand behauptet Einsteins relativitätsthorie sei falsch lass es gleich mal die Relativitätstheorie besagt in der Tat dass ich ein Objekt mit einer Masse ungleich nicht mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen kann und selbst masselose Objekte können nicht schneller als das Licht fliegen die falsche Aussage über die Masse ist also keine Hilfe für die einsteinigen interstillaren Entdecker nein das Problem ist nicht dass die Behauptung einer Höchstgeschwindigkeit falsch ist das Problem ist dass die Erklärung falsch ist wie kommt es also zu der Erklärung das Problem entsteht weil wir zwei Begriffe miteinander verwechseln Masse und drägheit drägheit ist eigentlich die Eigenschaft die Veränderung in der Bewegung widersteht bei niedrigen Geschwindigkeiten Träger und Masse dasselbe bei hohen Geschwindigkeiten ist dies jedoch nicht der Fall dies lässt sich am einfachsten mit Gleichung veranschaulichen daher werde ich sie hier vorsichtig aufzeigen um die Matte Verweigerer nicht zu verschrecken jeder kennt Einsteins berühmteste Gleichung e = MC Quadrat wobei e für Energie m für Masse und C für Lichtgeschwindigkeit steht diese Gleichung ist jedoch ein Sonderfall die völlig korrekte Gleichung lautet e = Gamma MC ²adrat wobei Gamma ein Faktor ist der praktisch in allen Gleichung der Relativitätstheorie vorkommt der Faktor Gamma hängt mit der Geschwindigkeit zusammen und nimmt mit steigender Geschwindigkeit zu bei einer Geschwindigkeit von 0 ist Gamma = 1 während sich Gamma bei Annäherung an die Lichtgeschwindigkeit der Unendlichkeit selbst nährt dieser Parameter Gamma ändert sich aber nicht die Masse die Masse ist immer konstant also lst uns das mal kurz zusammenfassen zunächst einmal ist die drägheit die Eigenschaft ein des Objekts Veränderung in seiner Bewegung zu widerstehen Masse hingegen seine Eigenschaft die definiert wie viel Materie in einem Objekt vorhanden ist bei niedrigen Geschwindigkeiten wie wir sie im Alltag erleben können Masse und Trägheit also nahezu identisch betrachtet werden sie scheinen Hand in Hand zu gehen ein schweres Objekt hat natürlich eine hohe Masse und benötigt daher mehr Kraft um in Bewegung zu bleiben oder zumindest sich in Bewegung zu versetzen dies triggert in dem Fall die Trägheit das bedeutet dass die Energie die benötigt wird um das Objekt weiter zu beschleunigen exponentiell zunimmt während es sich der Lichtgeschwindigkeit nähert es ist wichtig zu verstehen dass die Masse des Objekts dabei konstant bleibt was sich tatsächlich ändert ist die drähkeit des Objekts mit zunehmender Geschwindigkeit stell dir doch einfach vor du hast einen Ball und du schiebst diesen Ball einen Hügel auf bei einem flachen Hügel der niedrigen Geschwindigkeiten entspricht ist es ziemlich einfach den Ball hin und her zu schieben das ist vergleichbar mit den Bewegung eines Objekts bei niedrigen Geschwindigkeiten in unserem täglichen Leben die Masse des Balls oder des Objekts und seine drehkeit scheinen eng miteinander verbunden zu sein aber was passiert wenn der Hügel immer steiler wird vergleichbar mit immer höheren Geschwindigkeiten du wirst feststellen dass es immer schwieriger wird den Ball weiter hin aufzuschieben der Ball selbst hat sich nicht verändert seine Masse ist die gleiche wie am Fuße des Hügels aber die Anstrengung die du aufbringen musst um ihn weiterhin aufzuschieben die Energie die du investieren musst steigt exponentiell dies entspricht der Zunahme der Trägheit bei hohen Geschwindigkeiten und jetzt stellen wir uns mal vor der Hügel wird zu einer nahe zu senkrechten Wand diese Wand entspricht der Lichtgeschwindigkeit unabhängig davon wie viel Kraft du aufwendest kannst du den Ball nicht weiterhin aufdrücken er erreicht einen Punkt an dem weitere anstrengen nicht mehr zu einer weiteren Bewegung führen die dregheit des Balls sein Widerstand gegen die Veränderung seiner Bewegung hat ein unüberwindliches Niveau erreicht also die schlüsselbotschaft hier ist das drehkeit nicht Masse die Größe ist die mit steigender Geschwindigkeit zunimmt da trägkeit der Widerstand gegen Veränderung in der Bewegung ist bedeutet dies dass es immer schwieriger wird und letztendlich unmöglich wird ein Objekt weiter zu beschleunigen wenn es sich der Lichtgeschwindigkeit nähert der falsche Begriff hierbei wird oft als relativistischer Masse bezeichnet ein Konzept das pädagogisch nützlich ist aber in der wissenschaftlichen Praxis total veraltet ist weil die Relativitätstheorie für Schüler so schwer zu verstehen ist haben Physiklehrer ein pädagogisches Konzept namens relativistische Masse erfunden relativistische Masse ist einfach Gamma mal Masse man kann die relativistische Masse dann in einsteinsberühmte Gleichung einsetzen und sie sieht aus wie die bekannte Form e = MC im Quadrat und es ist möglich die relativistische Masse für viele andere Gleichung anzuwenden die im einführenden Physikunterricht gelehrt werden wenn man die Masse durch die relativistische Masse ersetzt wird es für Schüler einfacher die Theorie zu lernen und man erhält so ein schönes und intuitives Bild von den vorgäen was z Folge hat dass die Schüler relativistische Verrücktheiten die recht schwierig zu verstehen sind leichter akzeptieren können relativistische Masse ist eine schülerfreundliche Idee doch sie ist keine reale mit diesem Hinweis möchte ich auch allerdings nicht die Physiker kritisieren sie machen durchaus Sinn genauso wie ein Arzt ein Medikament verschreibt das zwar eine Nebenwirkung hat aber der Nutzen ist größer als der Schaden so müssen Physiklehrer abwägen ob es sinnvoll ist den Schülern die Relativitätstheorie nah zuubringen oder ob die Folge dieser falschen Vorstellung relativ gering sind nur die Schüler die später Physik studieren müssen die tieferen und korrekteren Erklärungen besser verstehen aber hier würde mich eure Meinung interessieren was würdet ihr denn sagen welche Ansatz hier der beste ist also was sind nun die Folgen des Missverständnisses was spielt also die Masse im Grunde genommen für eine Rolle hier sie ist wichtig weil Masse nicht nur eine Größe ist die sich der Bewegung widersetzt sondern auch eine Größe die Schwerkraft erzeugt und genau daher denken auch viele Schüler dass das Gravitationsfeld um ein sich schnell bewegendes Objekt zunimmt das würde Sinn machen wenn die Masse tatsächlich zunehmen würde dies ist aber nicht der Fall dieses Missverständnis über die Masse veranschaulicht ein echtes Problem wenn man versucht ein tiefgründiges wissenschaftliches Konzept mit Hilfe von Kompromissen zu erklären ein motivierender Denker wird ein Kompromiss als Wahrheit annehmen und vorwärts dringen wobei er oft eine völlig vernünftige aber falsche Schlussfolgerung zieht die vernünftige Schlussfolgerung ergibt sich dann aus dem was der Person beigebracht wurde aber sie ist falsch weil der Kompromiss nicht ganz korrekt war also die Masse nimmt nicht mit der Geschwindigkeit zu die Trägheit schon das Gute daran ist dass viele der wichtigen Konsequenzen der Relativitätstheorie vor allem Schlussfolgerung dass sich nicht schneller als das Licht bewegen kann nach wie vor gelten also können wir ja eigentlich nicht so falsch liegen nur 13,8 Milliarden Jahre sind nach dem heißen Urknall vergangen und doch können wir 46,1 Milliarden Lichtjahre weit in alle Richtungen schauen das verstößt doch irgendwie gegen irgendwas das macht gar keinen Sinn und wenn es eine Regel gibt die die meisten Menschen über das Universum kennen dann die dass es eine ultimative Geschwindigkeitsgrenze gibt die Lichtgeschwindigkeit nichts ist schneller als Lichtgeschwindigkeit wir sollten uns diesen Satz mal vormerken ich glaube an diesem nichts ist doch noch so einiges dran und wir haben andere Regeln zu beachten z.B je schneller du dich durch den Raum bewegst desto langsamer bewegst du dich durch die Zeit selbst und umgekehrt an diesen Tatsachen führt kein Weg vorbei denn sie sind das Grundprinzip auf dem die relativitätsthorie beruht doch wenn wir auf weit entfernte Objekte im Universum blicken scheinen sie sich unserem gesunden Menschenverstand zu widersetzen es gibt einige Fakten denn aufgrund einer Reihe präziser Beobachtung sind wir absolut sicher dass das Universum genau 13,8 Milliarden Jahre alt ist die am weitesten entfernte Galaxie die wir bisher gesehen haben ist derzeit 32 Milliarden Lichtjahr entfernt okay lassen wir das mal kurz so stehen und das am weitesten entfernte Licht das wir sehen entspricht einem Punkt der derzeit 46,1 Milliarden Lichtjahre entfernt ist irgendwas macht h mein es gibt keinen Sinn aber okay lass wir das kurz so stehen denn es gibt da noch etwas es gibt xien die mehr als 18 Milliarden Lichtjahre entfernt sind und diese können von uns niemals erreicht werden selbst wenn wir heute ein Signal mit Lichtgeschwindigkeit dahin aussenden würden hier ist doch irgendwas im Busch das kann ja nicht angehen dass all die Dinge stimmen da wir sie direkt beobachten können und doch scheinen sie all diese Gesetze der Physik zu brechen oder nicht ganz um ehrlich zu sein verstößt nichts davon gegen die Lichtgeschwindigkeit oder die relativitätsgesetze eigentlich verstoßen sie nur gegen unsere en Vorstellung davon wie sich Dinge so Verhalten erinnert ihr euch noch an diesen Satz nicht so schneller als das Licht nun das trifft es eigentlich genau auf dem Punkt nichts ist schneller als Licht nichts kann sich schneller als Lichtgeschwindigkeit fortbewegen aber was bedeutet das eigentlich die meisten Menschen denken wenn sie das Hören folgendes wenn ich ein Objekt beobachte kann ich seine Bewegung verfolgen und beobachten wie sich seine Position mit der Zeit vor allem verändert so funktioniert Bewegung in unseren Dimensionen wenn ich es sehe kann ich seine Position und die Zeit zu der ich es beobachte aufzeichnen dies gilt für die meisten unserer Erfahrung aber das gilt nicht universell insbesondere beinhaltet all dies eine Annahme über die wir so nie nachdenken geschweige denn sie äußern es ist ein Thema das uns wirklich erschaudern lässt genauso wenn jemand Nutella auf Butter streicht nun ihr sollt euch nicht so auf die Folter spannen es geht um die Annahme dass der Raum flach ist dies gilt für den elischen Raum die Art von Raum die wir uns normalerweise vorstellen wenn wir an unser dreidimensionales Universum denken die meisten von uns stellen sich so etwas wie ein dreidimensionales Gitter über allem was wir sehen vor und versuchen Positionen und Zeiten mit einem Satz von vier Koordinaten zu beschreiben eine für jede Dimension x y z und Zeit easy peasing okay all dieses Blabla mitletischen Raum mit anderen Worten die meisten von uns verstehen das Grundkonzept der speziellen Relativitätstheorie dem Teil ind dem es heißt dass sich nicht schnell als das Licht bewegen kann vergessen aber dass das reale Universum nicht allein durch die spezielle Relativitätstheorie genau beschrieben werden kann stattdessen müssen wir berücksichtigen dass dem Universum ein dynamisches Gefüge aus Raumzeit zugrunde liegt und dass nur die Bewegung von Objekten durch diese Raumzeit hindurch den Gesetzen der speziellen Relativitätstheorie gehorcht doch an was wir in unserer üblichen Vorstellung einfach nicht denken ist die Art und Weise wie das raumgefül gefon diesem flachen und dreidimensionalen Gitter abweicht in dem jeder aufeinander folgende Moment durch eine universell gültige Uhr beschrieben wird stattdessen müssen wir erkennen dass unser Universum den Regeln von Einsteins allgemeine Relativitätstheorie folgt und dass diese Regeln vorschreiben wie sich die Raumzeit entwickelt sie beschreiben dass der Raum selbst sich entweder ausdehnen oder zusammenziehen kann oder dass er negativ oder positiv gekrünnt sein darf die brellaativitätsgesetze die speziellen relativitätsgesetze gelten für Objekte die sich durch den Raum bewegen aber nicht für den Raum selbst da gelten ganz andere Regeln okay cool aber Regeln hin oder her wir sind ja hier um sie zu brechen oder na gut gehen wir das ganze noch mal durch Objekte Universum können sich nicht schneller als das Licht Bewegen der Raum selbst der als das nichts angesehen wird kann das aber schon also ja nichts kann sich also schneller als das Licht durch den Raum bewegen aber was ist mit der Art und Weise wie sich der Raum selbst verändert du hast wahrscheinlich bereits gehört dass wir in einem sich ausdehenden um Leben und dass wir die Geschwindigkeiten gemessen haben mit der sich die Struktur des Raums selbst ausdehnt die Ausdehnung hat einen Namen die hubelkonstante wir haben diese Rate sogar genau gemessen und können aufgrund aller Messung und Beobachtung sicher sein dass die heutige Expansionsrate zwischen 66 und 74 km die Sekunde pro megapas liegt aber was heißt das wohin dehnt es sich aus aus was dehnt sich vor allem aus oder auf gut deutsch jedes megap etwa 3,26 Millionen Lichtjahre indem ein Objekt von uns entfernt ist sehen wir wie es sich von uns entfernt als ob es sich mit dem Äquivalent von 66 oder 74 km/ Sekunde fortbewegen würde wenn es etwa 20 megapc von uns entfernt ist würden wir erwarten dass es sich mit einer Geschwindigkeit von 1320 km oder 1480 km die Sekunde von uns entfernt eine einfache Rechnung 20 x 66 oder 74 macht Sinn Dinge entfernen sich halt und irgendwie mit einer Konstante also ist überall die gleiche Geschwindigkeit habe ich recht ah nicht ganz dies ist aus zwei Gründen ziemlich verwirrend erstens bewegt es sich nicht tatsächlich genau mit dieser Geschwindigkeit durch den Raum sondern dies ist Effekt der Ausdehnung des Raums zwischen den Objekten dazu kommen wir gleich und zweitens beträgt die Lichtgeschwindigkeit die hat 299792 km Sekunde bewegt sich also ein Objekt das sagen wir mal 5000 megapic von uns entfernt ist auch mit der Geschwindigkeit des Lichts von uns weg müssen wir nicht irgendwie noch die raumausdehnung dazu addieren und damit dann letztendlich die Lichtgeschwindigkeit überschreiten das lasse ich erstmal so stehen zunächst kümmern wir uns mal um die Visualisierung des ganzen das dass wir auch verstehen können was hier wirklich passiert stellen wir uns das Universum wie ein Stück Teig vor mit Rosinen drin m Rosinen nun stell dir vor dass der Teig nun aufgeht und sich in alle Richtungen ausdehnt fokussieren wir uns allerdings nur auf eine einzige Rosine eine andere Rosine die dieser Rosine am nächsten ist scheint sich langsam von ihr zu entfernen dass sich der Teig zwischen ihnen ausdehnt die rusinen die weiter weg sind scheinen sich schneller zu entfernen da mehr Teig zwischen ihnen und dir ist als bei den näheren Rosinen Rosinen die noch weiter weg sind scheinen sich immer schneller zu entfernen in dieser Analogie sind die Rosinen die Galaxien und der Teig wie das expandierende Universum aber in diesem Fall kann der Teig der die Struktur des Raums darstellt nicht gesehen oder direkt entdeckt werden er wird nicht weniger dicht wenn sich das Universum ausdehnt erbietet einfach nur eine Bühne für die Rosinen oder Galaxien die sie bewohnen somit kommen wir nun zu der letzten Aussage ja nichts ist schneller als Licht also wie schnell bewegt sich denn eine Galaxie von uns weg das nun das das kann ich dir nicht sagen eine Schwierigkeit besteht darin dass wir die Geschwindigkeit eines entfernenden Objektes nicht wirklich messen können wir können seine Entfernung durch eine Vielzahl von Werten messen wir können auch die Rotverschiebung des Lichts messen das heißt wie das Licht sich im Vergleich zu dem Licht verschoben ist dass wir sehen würden wenn wir uns genau an diesem Ort und unter denselben Bedingungen befenden an dem das Licht ausgesandt wurde aber das ist alles komplett irrelevant wichtig ist dass wir keine tatsächliche Geschwindigkeit messen sondern die kumulativen Auswirkungen von Bewegung und die Auswirkung des expandierenden Universums wenn wir sagen dass sich das Universum beschleun nicht meinen wir eigentlich folgendes wir meinen dass es sich nicht immer weiter von uns entfernt sondern dass das Licht das wir von diesem Objekt empfangen eine immer größere rutverschiebung aufweist das den Anschein erweckt dass es sich von uns wegbeschleunigt im Wirklichkeit ist die Rotverschiebung jedoch auf die Ausdehnung des Raums zurückzuführen und nicht darauf dass sich die Galaxien immer schneller von uns entfernen wir messen die Ausdehnung und ich weiß es ist paradox zu sagen es bewegt sich nicht von uns weg auch wenn es das tut ich weiß das Universum macht selten Sinn aber das sind die Regeln nach denen wir spielen müssen auch wenn wir das selten wollen mir stellt sich jedoch eine andere Frage wir wissen ja dass die Zeit bei lichtgeschwindigkeiten zusammenbricht wir wissen auch dass Raum und Zeit zusamm gehören was passiert also wenn sich der Raum also das nichts schneller ausdehnt als das Licht was es ja tut und welche Auswirkung hat es auf die Zeit wie verhalten sich Dinge in Relation zur Zeit bei solchen Geschwindigkeiten im Allgemeinen um die Antwort auf diese Frage zu erhalten musst du unbedingt diese Episode hier anschauen das hilft mir auch unglaublich weiter und falls dir diese Episode gefallen hat falls du ein bisschen was mitnehmen konntest dann würde mich einen Daumen nach oben freuen und Teil das Video mit deinen Freunden ich bedanke mich fürs zusehen und hoffe dich in der nächsten Episode der entropy zu sehen