Können einige Objekte schneller als Licht reisen?

Von Don Lincoln, Ph. D., Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab)

Während nichts schneller gehen kann als Licht im Vakuum, ist es für Partikel ziemlich einfach, sich schneller zu bewegen als Licht in Materie durch ein Medium wie Glas., Angenommen, ein Photonenstrahl und ein hochenergetischer Myonenstrahl zeigen in die gleiche Richtung und bewegen sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie Licht. Obwohl festgestellt wurde, dass sich die Lichtgeschwindigkeit im Glas verlangsamt, verlangsamt sich das Myon nicht, wenn es durch das Glas geht, und behält dennoch die Lichtgeschwindigkeit im Inneren bei.

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Der Cherenkov-Effekt

Während der Arbeit mit in Schwefelsäure gelösten Uransalzen bemerkte ein junger russischer Physiker namens Pavel Cherenkov ein leuchtendes Licht., Anfangs wurde das Licht direkt der Radioaktivität zugeschrieben, aber als Cherenkov versuchte, den Effekt zu isolieren, erkannte er, dass Strahlung die Schwefelsäure zum Leuchten brachte. Schließlich konnte er zeigen, dass sogar Wasser bei viel Strahlung leuchten würde. Die nach dem Studenten benannte Cherenkov-Strahlung tritt auf, wenn ein Teilchen, das eine elektrische Ladung trägt, schneller als Licht durch ein optisch transparentes Medium wie Glas wandert. Wenn sich diese Partikel schneller bewegen, strahlt das Glas eine atemberaubende, aber gefährliche blaue Farbe aus.,

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Wie Funktioniert die Cherenkov-Strahlung?

Cherenkov teilte seine Erkenntnisse mit seinem Doktorvater, Sergey Vavilov. Vavilov erwähnte den Effekt Igor Tamm und Ilya Frank, die herausfanden, was los war. Cherenkov, Tamm und Frank gewannen 1958 den Nobelpreis für Physik. Die Cherenkov-Strahlung ist analog zu einem Schallboom, der auftritt, wenn ein Strahl schneller fliegt als die Schallgeschwindigkeit., Wenn der Jet langsamer fliegt als die Schallgeschwindigkeit, breiten sich die Schallwellen vor dem Flugzeug aus. Aber wenn die Geschwindigkeit des Strahls die Schallgeschwindigkeit überschreitet, komprimiert er die Luft davor. Wenn sich der Strahl immer schneller vorwärts bewegt, bewegt sich auch die komprimierte Energie vorwärts. Wenn die Druckluft überläuft, führt dies zu einem extrem lauten Geräusch ähnlich einer Explosion, wenn alle Geräusche gleichzeitig eintreffen. Wenn der Strahl ein Geräusch erzeugt, indem er die Luft aus dem Weg schiebt, erzeugt er eine Reihe von Kreisen, die an jedem Punkt erscheinen, an dem der Strahl durchläuft., Die Kreise summieren sich und bilden einen Schallkegel, der den Weg der Ebene umgibt.

Cherenkov-Effekt in der Kernphysik

Der Cherenkov-Effekt ähnelt dem Schallboom, tritt jedoch auf, wenn ein geladenes Teilchen ein transparentes Material mit einer Geschwindigkeit passiert, die größer ist als die Lichtgeschwindigkeit. Das geladene Teilchen schüttelt die Moleküle des Materials auf und sie geben Licht ab, während es sich bewegt. Wie bei Schallwellen bewegt sich das emittierte Licht mit Lichtgeschwindigkeit in einem kreisförmigen Muster nach außen, was zu einem konischen Muster führt, das als Cherenkov-Effekt bezeichnet wird., Physiker verwenden das Konzept der Cherenkov-Strahlung in kernphysikalischen oder teilchenphysikalischen Experimenten, um die sich schnell bewegenden Teilchen von den langsameren zu unterscheiden. Dies liegt daran, dass das Cherenkov-Licht nur von elektrisch geladenen Teilchen emittiert wird, die sich schneller bewegen als Licht.

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Was kann schneller reisen als Licht?

Edwin Hubble kombinierte seine Entfernungsmessungen der Galaxien mit den Geschwindigkeitsmessungen des amerikanischen Astronomen Vesto Slipher, um 1929 ein interessantes Diagramm zu zeichnen., Hubble postulierte, dass es eine lineare Beziehung zwischen der Entfernung von Galaxien von der Erde und der Rezessionsgeschwindigkeit gab. Diese Korrelation wurde als klarer Beweis für ein expandierendes Universum und den Urknall genommen.

Die Expansion des Universums hat sich jedoch im Laufe der Zeit erheblich verändert. Vom schnell expandierenden Universum vor etwa 14 Milliarden Jahren bis zur Ära der dunklen Energie vor etwa 5 Milliarden Jahren und der Beschleunigung der Expansion waren die Veränderungen dramatisch. Wir wissen, dass Pluto sich weder mit Lichtgeschwindigkeit von uns entfernt noch die Milchstraße oder die Andromeda-Galaxie ist., Nach der Hubble-Hypothese beträgt die Rezessionsgeschwindigkeit 70 Kilometer pro Sekunde pro Megaparsec. Eine Galaxie, die einen Mega-Parsec entfernt ist, wird sich mit einer Geschwindigkeit von 70 Kilometern pro Sekunde von der Milchstraße entfernen, während sich eine Galaxie in einer Entfernung von 2 Mega-Parsecs mit einer Geschwindigkeit von 140 Kilometern pro Sekunde entfernt. Je weiter wir uns also entfernen, desto schneller bewegen sich die Objekte. Daher ist die allgemeine Theorie, dass sich das Universum mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnt, offensichtlich falsch und ein Missverständnis.,

Nehmen wir nun an, dass sich das Universum tatsächlich mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnt und es wird berechnet, dass Objekte, die 14 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt waren, mit Lichtgeschwindigkeit reisen, aber Objekte, die 28 Milliarden Lichtjahre entfernt sind, doppelt so schnell sind. Das gesamte Argument „schneller expandieren als Lichtgeschwindigkeit“ ist also ziemlich matschig. Das Argument, dass die Lichtgeschwindigkeit die ultimative Geschwindigkeit ist, liegt jedoch in der Theorie der speziellen Relativitätstheorie.,

Die Frage, ob sich zwei durch 14 Milliarden Lichtjahre voneinander getrennte Galaxien mit Lichtgeschwindigkeit voneinander entfernen, kann also nicht objektiv beantwortet werden. Die Entfernung zwischen diesen Galaxien wächst mit Lichtgeschwindigkeit, aber relativ zu ihrem kleinen lokalen Raum bewegen sie sich nicht einmal. Daher wäre es genauer zu sagen, dass sich Objekte zwar nicht schneller durch den Raum bewegen können als Licht, aber der Raum selbst kann sich schneller bewegen als Licht., Die superluminelle Expansion des fernen Universums ist wirklich erstaunlich, aber was wir vielleicht nie erfahren, ist die Antwort auf die einfache Frage Wie groß ist das Universum wirklich?

Allgemeine Fragen zu Können Objekte Schneller Als das Licht Reisen?