Frage:

Wenn man in einem Fluggerät sitzt..., ...welches mit Lichtgeschwindigkeit fliegt, was passiert, wenn man die Scheinwerfer anschaltet?

Antwort:

Jeder hat schon einmal das laute Donnern gehört, das von einem Flugzeug beim Durchbrechen der Schallmauer verursacht wird. Das Flugzeug drückt die Luft vor sich zusammen. Diese Veränderung des Luftdrucks, die wir als Schall wahrnehmen, breitet sich mit Schallgeschwindigkeit, etwa 330 Metern pro Sekunde, durch die Luft aus. Nähert sich das Flugzeug der Geschwindigkeit, mit der die Druckwellen sich von ihm wegbewegen, verdichten sich diese, bis sie sich schließlich zu einer großen Druckwelle überlagern, wenn das Flugzeug die Schallgeschwindigkeit erreicht. Diese Druckwelle hören wir als Überschallknall.

Lange Zeit dachte man, auch das Licht würde, so wie der Schall die Luft, ein Medium benötigen, in dem es sich ausbreiten kann. Schon Ende des 19. Jahrhunderts wurden jedoch Experimente durchgeführt, die diese Annahme widerlegten. Licht kann sich also, im Gegensatz zum Schall, auch durch den leeren Raum ausbreiten.

Erinnern wir uns an das Überschallflugzeug: Wenn dieses sich relativ zur ruhenden Luft mit mehr als der Schallgeschwindigkeit bewegt und vor sich Schall erzeugt, so überholt das Flugzeug den Schall augenblicklich, da dieser an die Schallgeschwindigkeit gebunden ist. Fliegt das Flugzeug aber nun durch den leeren Raum und schaltet seine Scheinwerfer an, so hindert kein ruhendes Medium das Licht daran, sich mit der gewohnten Lichtgeschwindigkeit vom Flugzeug weg zu bewegen! Überlegungen dieser Art bewegten Albert Einstein dazu, zu behaupten, dass sich das Licht für jeden Beobachter, egal, wie schnell er sich relativ zu einem anderen Beobachter bewegt, gleich schnell ausbreitet. Die Konsequenzen dieser Annahme sind in der Relativitätstheorie formuliert, die unter anderem besagt, dass kein Teilchen mit Masse je die Lichtgeschwindigkeit erreichen kann. Man kann sich aber vorstellen, ein Raumschiff von der Erde zu beschleunigen, bis es fast Lichtgeschwindigkeit erreicht hat. Schaltet man nun, im Raumschiff sitzend, die Scheinwerfer an, so sieht man das Licht trotzdem mit Lichtgeschwindigkeit von sich weg fliegen.

Dass man die Lichtgeschwindigkeit nie erreichen kann, gilt übrigens nur im Vakuum. In einem Medium, z. B. Wasser, bewegt sich das Licht langsamer. Beschleunigt man nun ein Teilchen auf annähernd Lichtgeschwindigkeit und lässt es in das Medium eintauchen, so bewegt es sich kurze Zeit schneller als das Licht im Medium (nie aber schneller als Licht im Vakuum). Das Teilchen wird durch das Medium abgebremst und kann dabei Licht aussenden, ähnlich einem Raumschiff, das seine Scheinwerfer anschaltet. Nun passiert etwas Vergleichbares wie beim Überschallflugzeug: Wie dort die Druckwellen, überlagern sich nun die Lichtwellen zu einem "Überschallknall" aus Licht, den man als Lichtblitz beobachten kann. Dieser so genannte Tscherenkow-Effekt wird z. B. bei Messungen in der Teilchenphysik benutzt.

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