Was würden Sie sehen, wenn Sie die Lichtgeschwindigkeit erreichen könnten? Die Farbe der Welt wird anders

Warum können wir diese bunte Welt sehen? Weil es Licht gibt.

Der Grund, warum wir Dinge sehen können, ist im Wesentlichen das Ergebnis von Licht, das auf Objekte scheint und in unsere Augen reflektiert wird. Beispielsweise können wir nicht sehen, was sich innerhalb des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs befindet, da die Fluchtgeschwindigkeit innerhalb des Ereignishorizonts die Lichtgeschwindigkeit überschreitet. Das Licht, das in den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs eintritt, kann nicht wieder herauskommen, sodass es natürlich zu einer unsichtbaren Welt wird. Licht besteht aus Photonen und Photonen sind als Grundteilchen objektiv existierende Substanzen. Da Licht keine Ruhemasse besitzt, hat es die höchste Geschwindigkeit im Universum, nämlich 299.792.458 Meter pro Sekunde. Kein Objekt mit Ruhemasse kann die Lichtgeschwindigkeit erreichen. Obwohl wir in der realen Welt keine Möglichkeit haben, das Licht einzuholen, kann uns in der Welt der Gedanken nichts aufhalten, sodass sich eine sehr interessante Frage stellt.

Wenn wir uns mit Lichtgeschwindigkeit bewegen könnten, wie würden wir die Welt dann anders sehen?

Wir leben in einer makroskopischen Welt mit niedriger Geschwindigkeit. Unserem gesunden Menschenverstand zufolge würde sich die Welt, die wir sehen, überhaupt nicht ändern, wenn wir uns mit Lichtgeschwindigkeit vorwärtsbewegen, denn bei der Vorwärtsbewegung mit Lichtgeschwindigkeit gelangt das Licht von vorne nur schneller in unsere Augen. Wenn wir uns jedoch mit Lichtgeschwindigkeit rückwärts bewegen, ist die Situation völlig anders. Das von vorne kommende Licht kann uns nie erreichen, sodass wir nichts sehen können. Stimmt das wirklich? Nein, das klingt vernünftig, aber es handelt sich dabei um eine Schlussfolgerung, die ausschließlich auf gesundem Menschenverstand in einer makroskopischen Umgebung mit niedriger Geschwindigkeit beruht, und die Fakten sehen anders aus. Wenn es um die Bewegungsgeschwindigkeit geht, müssen wir immer einen Bezugsrahmen wählen. Was ist also der Bezugsrahmen der Lichtgeschwindigkeit?

Wir schießen einen Fußball nach vorne und der Ball fliegt mit einer Geschwindigkeit von 5 Metern pro Sekunde nach vorne. Die „5 Meter pro Sekunde“ beziehen sich hier offensichtlich auf uns, die wir den Ball kicken, als Referenzsystem.

Basiert das Licht also auch auf der Lichtquelle als Bezugssystem? Es scheint so zu sein, ist es aber nicht. Es gibt viele Doppelsternsysteme im Universum. Sie bestehen aus zwei leuchtenden Sternen, die einander umkreisen. Aus unserer Sicht bewegt sich einer dieser beiden Sterne, die sich gegenseitig umkreisen, immer von uns weg, während sich der andere auf uns zubewegt. Wenn die Lichtgeschwindigkeit auf der Lichtquelle als Referenzsystem basiert, dann ändert sich die Geschwindigkeit, mit der das Licht der beiden Sterne im Doppelsternsystem unsere Augen erreicht, ständig. Aus unserer Sicht sollte sich daher auch die Umlaufbahn des Doppelsternsystems ständig verformen. Tatsächlich sind diese Umlaufbahnen jedoch sehr stabil und es gibt keine Änderungen.

Daher basiert Licht nicht auf der Lichtquelle als Bezugssystem. Einstein machte die kühne Annahme, dass die Lichtgeschwindigkeit nicht relativ zu einem einzigen Bezugssystem sei. Relativ zu jedem Referenzsystem beträgt die Lichtgeschwindigkeit 299792458 Meter pro Sekunde und ist konstant.

Daraus können wir ersehen, dass selbst wenn unsere Geschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit erreicht, die Lichtgeschwindigkeit relativ zu uns immer noch 299792458 Meter pro Sekunde beträgt. Egal, ob wir uns vorwärts oder rückwärts bewegen, alles, was wir sehen, ändert sich nicht, und es wird keine Situation geben, in der aufgrund einer Rückwärtsbewegung mit hoher Geschwindigkeit alles vor unseren Augen dunkel ist. Könnten sich Menschen jedoch tatsächlich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, bliebe die Welt, die sie sehen, nicht unverändert, zumindest die Farben wären anders.

Die meisten Menschen haben schon einmal das Pfeifen eines Zuges gehört. Und vielleicht ist Ihnen aufgefallen, dass bei gleicher Entfernung das Pfeifen eines auf uns zukommenden Zuges lauter ist, während das Pfeifen eines sich entfernenden Zuges tiefer ist.

Warum ist das so? Die Schallübertragung erfolgt in Form von Schallwellen. Da es sich um eine Welle handelt, hat sie drei Eigenschaften, nämlich Wellengeschwindigkeit, Wellenlänge und Frequenz. Wenn der Zug auf uns zukommt, werden die von der Pfeife erzeugten Schallwellen durch den fahrenden Zug gequetscht, sodass die Wellenlänge kürzer wird, die Geschwindigkeit der Schallwellen jedoch unverändert bleibt. Mit der Verkürzung der Wellenlänge erhöht sich also die Frequenz, was dazu führt, dass sich der Pfeifton verändert, wenn er in unser Ohr gelangt. Wenn sich der Zug von uns entfernt, ist es umgekehrt. Deshalb klingt die Pfeife auch anders, wenn sich der Zug nähert oder wegfährt. Entdeckt wurde dies vom österreichischen Physiker Doppler, daher wird es auch Doppler-Effekt genannt.

Licht hat die duale Natur einer Welle und eines Teilchens, das heißt, Licht ist sowohl eine Welle als auch ein Teilchen.

Da Licht eine Welle ist, unterliegt es natürlich dem Doppler-Effekt. Wenn wir uns also mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegen, wird die Wellenlänge des Lichts komprimiert. Unterschiedliche Wellenlängen repräsentieren unterschiedliche Lichtfarben. Je kürzer die Wellenlänge, desto näher kommt das Licht dem Violett. Daher erscheint die Welt vor unseren Augen violett. Dieses Phänomen wird auch „Blauverschiebung“ genannt. Umgekehrt wird die Wellenlänge des Lichts gestreckt, wenn wir uns mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit rückwärts bewegen. Je länger die Wellenlänge, desto näher kommt das Licht dem Rot, sodass die Welt vor uns rot erscheint. Dieses Phänomen wird „Rotverschiebung“ genannt. Das bedeutet natürlich, dass unsere Geschwindigkeit noch in einem kontrollierbaren Rahmen liegt. Wenn unsere Bewegungsgeschwindigkeit unendlich gesteigert werden könnte, könnten wir am Ende tatsächlich nichts mehr sehen, weil die Wellenlänge zu kurz oder zu lang ist und den Bereich des sichtbaren Lichts überschreitet.

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