Machen Sie eine Lichtgeschwindigkeitsreise durch das Sonnensystem, beginnend bei der Sonne
Wir haben es immer und immer wieder gehört. Kein materielles Objekt kann sich theoretisch schneller fortbewegen. Für alle praktischen Zwecke ist nur Licht geschmeidig genug, um sich mit Lichtgeschwindigkeit fortzubewegen.
In solcher Eile kann sich ein Lichtstrahl in nur einer Sekunde achtmal um die Erde bewegen. Eine Reise zum Mond dauert nur 1,3 Sekunden. Sicher schnell, aber leider nicht schnell genug. Wenn Sie im Video auf "Abspielen" klicken, werden Sie bald wissen, was ich meine. Der Blick beginnt bei der Sonne und wandert mit Lichtgeschwindigkeit nach außen in das Sonnensystem.
Planetenentfernung in AU Reisezeit ............................................ ........................ Quecksilber 0,387 193,0 Sekunden oder 3,2 MinutenVenus 0,723 360,0 Sekunden oder 6,0 MinutenErde 1.000 499,0 Sekunden oder 8,3 MinutenMars 1,523 759,9 Sekunden oder 12,6 Minuten Jupiter 5,203 2595,0 Sekunden oder 43,2 MinutenSaturn 9,538 4759,0 Sekunden oder 79,3 MinutenUranus 19,819 9575,0 Sekunden oder 159,6 MinutenNeptun 30,058 14998,0 Sekunden oder 4,1 StundenPluto 39,44 19680,0 Sekunden oder 5,5 Stunden ..................... ..............................................
Entfernungen und Lichtzeiten zu den Planeten und Pluto (von Alphonse Swinehart)
Sie könnten zuerst denken, dass eine schnelle Bewegung uns in Eile über die Umlaufbahnen der acht Planeten bringt. Ich hätte mich nicht wundern sollen, aber ich wurde bereits ungeduldig, als Merkur vorbeiflog ... nach 3,2 Minuten. Die Erde war noch 5 Minuten entfernt und Jupiter weitere 40! Deshalb wird das Video bei Jupiter abgeschnitten - niemand würde 5 1/2 Stunden später bei Plutos Auftritt bleiben.
Wie das Video mühsam, aber effektiv zeigt, leben wir in einem Sonnensystem, in dem einige Planeten durch weite Räume voneinander getrennt sind. Nicht einmal Licht ist schnell genug, um das menschliche Bedürfnis nach Geschwindigkeit zu befriedigen. Aber nur um die Dinge ins rechte Licht zu rücken: Die NASA ist das schnellste von Menschenhand geschaffene Objekt Voyager I Raumschiff, der kürzlich den interstellaren Raum erreichte und sich mit 17 km / s oder fast 18.000 Mal langsamer als die Lichtgeschwindigkeit bewegte.
Lassen Sie uns weiter erforschen. Jedes materielle Objekt, zum Beispiel ein Kegel, das sich so schnell bewegt, würde unendlich massiv werden. Warum? Sie benötigen unendlich viel Energie, um den Kegel auf die exakte Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen. Da Materie und Energie zwei Gesichter derselben Medaille sind, erzeugt all diese Energie einen unendlich massiven Kegel. Süße Rache, wenn es jemals gab.
Sie können die pillenartige Süßigkeit jedoch mit einer endlichen, wenn auch unglaublich großen Energiemenge auf 99,9999% Lichtgeschwindigkeit beschleunigen. Einstein ist cool damit. Hier ist das Seltsame. Wenn Sie mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs wären, würde es wie ein ganz normales Stück Süßigkeiten aussehen, aber wenn Sie es von außen betrachten würden, wäre der zuckerhaltige Genuss das gesamte Universum. Beide Standpunkte sind gleichermaßen gültig, und das ist das Wesentliche von relativ.
Welle-Teilchen-Dualität des Lichts
Um sich einen Tag im Leben eines Photons besser vorzustellen, machen wir uns auf den Weg. Photonen sind die Teilchenform des Lichts, die lange Zeit nur als verstanden wurde Wellen von elektromagnetischer Energie. In der Verrücktheit der Quantenwelt ist Licht sowohl ein Teilchen als auch eine Welle. Aus unserer Sicht reißt ein Photon mit 186.000 Meilen pro Sekunde vorbei, aber für das Photon selbst steht die Welt still und die Zeit bleibt stehen. Photonen sind überall gleichzeitig. Allgegenwärtig. Für sie vergeht keine Zeit.
In der Relativitätstheorie wird die Bewegung von irgendetwas vollständig aus der Sicht eines Beobachters definiert. Aus der Sicht des Photons ist es in Ruhe. Von uns aus bewegt es sich über Zeit und Raum. Wir haben alle unseren eigenen „Koordinatenrahmen“, sodass wir uns überall ausruhen können. Das ist Relativitätstheorie für Sie - alle Frames sind gleichermaßen gültig.
Angenommen, Sie sitzen in einem Flugzeug. Diese traurige Tüte Brezeln, die Sie gerade erhalten haben, ruht, weil sie sich in Ihrem Koordinatenrahmen befindet. Die Person neben dir ist ebenfalls in Ruhe (und schnarcht hoffentlich nicht). Sogar das Flugzeug ist in Ruhe. Laut Einstein ist es genauso gültig, sich die Welt außerhalb des Flugzeugfensters vorzustellen, während das Flugzeug selbst in Ruhe bleibt. Wenn Sie das nächste Mal fliegen, schließen Sie die Augen, sobald das Flugzeug die Höhe und eine konstante Geschwindigkeit erreicht hat. Sie werden das Geräusch von Motoren hören, aber es gibt keine Möglichkeit zu wissen, dass Sie sich tatsächlich bewegen.
Die Relativitätstheorie sagt das auch voraus Objekte Vertrag in Richtung ihrer Bewegung. So seltsam es klingt, dies wurde durch viele Experimente bestätigt. Je schneller die Dinge reisen, desto mehr ziehen sie sich zusammen.
Der Effekt macht sich erst bemerkbar, wenn sich ein Objekt der Lichtgeschwindigkeit nähert, aber die Apollo 10-Service- und Crew-Module erreichten eine Geschwindigkeit von 0,0037% der Lichtgeschwindigkeit. Aus der Sicht von jemandem am Boden schrumpfte das 11,03 Meter lange Modul um ungefähr 7,5 Nanometer, eine äußerst kleine, aber messbare Menge. (Ein Blatt Papier ist 100.000 Nanometer dick). Ebenso ziehen sich die Entfernungen zusammen und erreichen bei Lichtgeschwindigkeit den Boden bei Null.
Eine Längenkontraktion tritt auf, weil ein stationärer Beobachter sieht, wie die Zeit eines schnellen Raumschiffreisenden langsamer vergeht. Da Licht in Zeiteinheiten gemessen wird - Lichtsekunden, Lichtjahre -, damit sich die beiden auf die Lichtgeschwindigkeit (eine Konstante im gesamten Universum) einigen können, muss das „Lineal“ des Reisenden kürzer sein. Und es ist wirklich aus Ihrer stationären Perspektive, wenn Sie irgendwie in das Schiff hineinschauen könnten. Bei einer Lichtgeschwindigkeit von 10% schrumpft ein 200-Fuß-Raumschiff auf 199 Fuß. Bei 86,5% ist es 100 Fuß oder halb so groß und bei 99,99% nur 3 Fuß!
Wir sind heute weit gereist und sitzen ruhig in unseren Referenzrahmen.
