Warum (!) ist Licht für jeden Beobachter gleich schnell?

Ein interessantes Thema und auch sicherlich nicht mit einen Wort

zu beantworten.

Der Grund warum alle so genannten Elektromagnetischen - Wellen und dazu gehören auch die, die wir einfach Licht nennen immer die gleiche Ausbreitungsgeschwindigkeit haben und auch nicht schneller oder langsamer sein können ist in der Zusammensetzung des Mediums zu suchen das diese Wellen bildet.

Wellen können immer nur dann entstehen wenn es ein „Medium“ gibt. Wo das absolute nichts ist da können sich auch keine Wellen bilden und auch keine Kräfte wirken.

Wenn sich eine Schallquelle bewegt, ändert sich die Schallgeschwindigkeit so weit ich weiß auch nicht.

Wenn sich eine Lampe bewegt ändert sich die Lichtgeschwindigkeit auch nicht weil eine Lampe nur ein uns noch unbekanntes „Medium“ zum schwingen anregt aber keine Photonen erzeugt und diese dann mit 300000 km/s in das Umfeld fliegen lässt.

Was sich ändern muss wenn der "Schwingungserreger" bewegt wird, das ist immer nur die Frequenz, sonst gäbe es kein Dopplereffekt.

Wenn meine unwissenschaftliche Antwort dich etwas weiter bring ist es gut, wenn nicht auch gut. Ich befasse mich schon sehr lange mit dem Empfang, der Erzeugung und der Aussendung von elektromagnetischen Wellen und meine doch etwas davon zu verstehen. Das Universum kocht auch nur mit Wasser.

Ich lass das einfach mal so stehen ohne weiter darauf einzugehen.

Die Lichtgeschwindigkeit ist abhängig vom Medium. Daher kann Licht verschiedene Geschwindigkeiten haben. Es wurde bereits Licht mit 45 m/s beobachtet. [2]

Vermutlich ist mit der Frage gemeint: Warum ist die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum eine Konstante?

Seit 1983 gibt eine rein formale Erklärung:

Das Meter ist die Strecke, die das Licht im Vakuum in 1/299792458 Sekunden zurücklegt.

Durch diese Definition des Meters muss die Geschwindigkeit von Licht im Vakuum 299792458 m/s sein.

Zwischen 1799 und 1983 war das Meter über ein Urmeter, einen Platin-Iridium-Stab, definiert. Da funktionierte diese rein formale Erklärung nicht.

Experimentell gezeigt wurde die Unabhängigkeit der Lichtgeschwindigkeit von einer absoluten Geschwindigkeit durch das Experiment von Michelson und Morley in den 1880er. Für die Physik ist der experimentelle Nachweis der wichtigste Punkt. Die Theorien beschreiben „nur“.

Licht ist eine elektromagnetische Welle. - Näherungsweise, Quanteneffekte werden dabei vernachlässigt. - Die Geschwindigkeit von Licht ist gleich der Geschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle im entsprechenden Medium. Keine besondere Eigenschaft des Lichts führt zur Lichtgeschwindigkeit. Die Lichtgeschwindigkeit ergibt sich aus dem Verhalten von elektromagnetischen Wellen.

Der Elektromagnetismus und damit die Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen wurde 1862 durch die Aufstellung der Maxwellschen Gleichungen abgeschlossen. Diese Gleichungen beschreiben alle elektromagnetischen Effekte (ohne die Quanteneffekte).

Die Maxwellschen Gleichungen sind ein Satz von Differenzialgleichungen. Eine Lösung der Gleichungen ist die Wellenlösung. Die Ausbreitung von zeitabhängigen elektrischen und magnetischen Feldern in Form einer Welle. Aus den Maxwellschen Gleichungen kann die Geschwindigkeit v der Welle berechnet werden.

v = 1 / Wurzel( epsilon * mü )

Das epsilon ist die elektrische Konstante des Mediums und mü ist die magnetische Konstante des Mediums. Diese Materialkonstanten können gemessen werden, ohne Licht oder ohne eine elektromagnetische Welle.

Die elektrische Konstante epsilon kann zum Beispiel über aus der Kapazität eines Kondensators berechnet werden, zwischen dessen Platten das entsprechende Medium ist. Die magnetische Konstante mü kann zum Beispiel über die Induktionsspannung bei einer Magnetfeldänderung gemessen werden.

Die Geschwindigkeit, der elektromagnetische Welle kann, vorhergesagt werden, durch die Messung dieser beiden Materialkonstanten.

Dass die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum eine Konstante ist, geht aus den Maxwellschen Gleichungen hervor. Die Gleichungen erlauben es, die Geschwindigkeit aus anderen Versuchen zu berechnen.

Einstein hat die Widersprüche zwischen den Maxwellschen Gleichungen und der klassischen Mechanik aufgelöst, indem er relativistische Mechanik entwickelt hat. Daher hat Einsteins erste Arbeit zur Speziellen Relativitätstheorie den Titel „Zur Elektrodynamik bewegter Körper“. [3]

Die nächste Frage ist: Warum gelten die Maxwellschen Gleichungen?

Die Gleichungen beschreiben die Experimente. Die Gleichungen beschreiben das beobachtet Verhalten von elektromagnetischen Feldern.

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Zu den weiteren Details:

"Du beschreibst, wie man die LG und deren Unabhängigkeit vom Betrachter feststellte, sowohl theoretisch, als auch im realen Experiment" -- Richtig. In der Physik werden Begründungen "Theorien" genannt. Die Lichtgeschwindigkeit ist also begründet. Die Frage, nach einer Begründung der Lichtgeschwindigkeit, ist mit der Maxwell Theorie des Elektromagnetismus beantwortet.

Die Lichtgeschwindigkeit wird durch eine Theorie aus Materialeigenschaften hergeleitet. Diese Theorie liefert den Wert der Lichtgeschwindigkeit.

"Meine Frage war aber eine andere. Kennen wir den Grund, warum elektromagnetische Wellen diese Eigenschaften haben?" -- Falsch, die Frage war, "Warum (!) ist Licht für jeden Beobachter gleich schnell?". In der Frage wurde weder die Maxwellsche Theorie noch der Elektromagnetismus erwähnt.

"Kennen wir den Grund, warum elektromagnetische Wellen diese Eigenschaften haben?" -- Ja, das habe ich beschreiben, der Grund ist die Eigenschaft des elektromagnetischen Felds.

Wiederholung in Kurzform:

Frage: "Warum (!) ist Licht für jeden Beobachter gleich schnell?". Antwort: "Licht bewegt sich mit der sogenannten Lichtgeschwindigkeit, weil Licht eine elektromagnetische Welle ist." Damit ist diese Frage beantwortet.

Die Frage lautet nicht, "Warum ist die Phasengeschwindigkeit einer elektromagnetische Welle gleich der Lichtgeschwindigkeit?". Die Antwort auf diese Frage ist, "Die Geschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle ergibt sich aus den Eigenschaften des elektromagnetischen Felds."

Über die bisherige Antwort hinaus:

Die Frage lautet nicht, "Warum verhält sich das elektromagnetische Feld, wie es sich verhält?". Das führt zur Theorie der elektroschwachen Wechselwirkung, die elektromagnetische Wechselwirkung taucht in dieser Theorie als Spezialfall auf. Warum die Theorie der elektroschwachen Wechselwirkung diese Form hat, führt auf aktuelle Arbeiten zur Großen Vereinheitlichten Theorie oder grand unification theory (GUT).

Mein Fazit:

In der ursprünglichen Frage taucht weder "elektromagnetische Welle", "elektromagnetisches Feld" noch "Maxwell" auf. Prompt nach der Antwort tauchen diese Begriffe auf.

So geht ein Taschenspielertrick: Ist eine Frage beantwortet, dann wird aus der Antwort eine neue Frage gebaut. Das Spiel geht, bis der aktuelle Stand der Physik die Antwort noch nicht geben kann. Dieser Taschenspielertrick kann in der mündlichen Diskussion funktionieren. Bei einer schriftlich gestellten Frage kann die ursprüngliche Frage nachgelesen werden.

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Zu den weiteren Details:

Das "unbekannte Medium" bei elektromagnetischen Wellen wurde unter dem Namen "Äther" in der Physik diskutiert. Vor rund 100 Jahren verschwand die Äthertheorie aus der Diskussion. Das elektromagnetische Feld hat sich bei der Beschreibung des Elektromagnetismus, einschließlich seiner Welleneffekte, durchgesetzt. Die Äthertheorie war durch experimentelle Befunde widerlegt. [4,5]

Gäbe es einen Äther, so muss die Lichtgeschwindigkeit einen Zusammenhang zur Geschwindigkeit des Äthers haben, wie die Schallgeschwindigkeit einen Zusammenhang mit der Windgeschwindigkeit hat. Dass Wind "den Schall trägt", kann im Alltag leicht gehört werden. Da die Lichtgeschwindigkeit eine Konstante ist, müsste die Geschwindigkeit des Äthers ebenfalls eine Konstante sein. Wie der Äther seine Geschwindigkeit an den Beobachter anpassen soll, konnte nie befriedigend in der Äthertheorie erklärt werden.

Die konstante Lichtgeschwindigkeit, gezeigt in den Versuchen von Michelson und Morley, war ein wichtiger Punkt zur Widerlegung der Äthertheorie.

"Ich fragte nie danach, warum Licht die LG hat." -- Danke mannimanaste für die Klarstellung. Ich hatte die Frage falsch verstanden. Ich dachte die Frage "Warum (!) ist Licht für jeden Beobachter gleich schnell?" ist äquivalent zur Frage "Warum breitet sich Licht im Vakuum immer mit der Lichtgeschwindigkeit Co aus?".

Nach der Klarstellung kann muss ich passen. Ich verstehe die Frage nicht und kann sie daher nicht beantworten.

Licht besitzt keine Masse ... Licht ist Energie, pure elektromagnetische Energie. Energie ist nichts fassbares ... vollkommen abstrakt.

Eine Eigenschft des Lichts ist es, das diese sich immer gleich schnell bewegt, liegt letztendlich daran, das Licht sich slebst immer schon mit Lichtgeschwindigkeit bewegt diese aber nicht beschleunigt werden kann. d.h. jede zustzliche Geschwindgkeit die in das System gesteckt wird führt zu keiner beschleunigung des Lichts.

(diese Konstanz hat man schon 1728 also vor Einstein erkannt; Einstein war aber der erste der sagte das man kein Medium für das Licht braucht)

Dies hängt mit Informationsübertragung zusammen. Einstein sagte nicht das die Lichtgeschwindigkeit die oberste Grenze für Geschwindigkeiten ist, sondern das informationen nicht schneller als Lichtgeschwindigkeit ausbreiten können.

Licht ist eine Information eines Gegenstandes ... wenn du etwas siehst ist das Licht vom Gegenstand zu dir gekommen, da fand eine Informationsübertragung statt.

Licht ist ein Informationsträger ... und das kann man nicht beschleunigen. Informationen werden sich immer gleich schnell ausbreiten, egal in welchen inertialsystem du dich befindest.

(es gibt noch ander formen von Informationen z.b. Masse, oder Kraftfelder wie das Gravitationsfeld, usw. usf.)

Das hat Einstein erkannt ... die genialsten Dinge verbergen sich meist da, wo man es nicht vermutet.

Er hat erkannt das Informationen sich nicht unendlich schnell ausbreiten können. Erst mit diesen Ansatz kann man die Relativitätstheorie herleiten.

(der Relativitätstheorie ist es ziemlich egal wie schnell sich die informationen ausbreiten, entscheidend ist, das diese konstant sind)

Dieses Phänomen trifft man auch woanders wieder:

Bei ein Hebel z.b.. Bei kleinen Hebel fällt der Effekt nicht auf. Hätte man aber einen ziemlich langen Hebel sagen wie genau 300.000 km lang ... und man am Ende A ihn runter drücken würde, so würde das Ende B mit einer Verzögerung von 1 Sekunde erst darauf reagieren.

Nach Einstein ist es nicht möglich dass das Ende B quasi genau in den Moment reagiert wenn man am Ende A ein Kraft ausübt.

Auch der EPR-Effekt basiert genau auf dieser denkweise.

Der EPR-Effekt wurde ursprünglich u.a. von Einstein erdacht um zu zeigen das die Quantenmechanik unvollständig ist.

Paradoxerweise gilt der EPR-Effekt als ein Effekt der Einstein wiederspricht - allein weil er existiert - weil sich Quanten wieder vollkommen anders verhalten als Einstein es gerne hätte. Dieser Effekt gilt als so ziemlich der einzige Effekt der das Potential hätte informationen schneller als Lichtgeschwindigkeit zu übertragen.

Warum der Effekt existiert ist allerdings noch ungeklärt ... auch ist ungeklärt ob da wirklich Informationen übertragen werden.

Aus der Konstant der Lichtgeschwindigkeit - allgemein Betrachtet - folgt z.B. nicht nur das Raum und Zeit keine feste Größen mehr sind sondern auch das es sträng genommen keine starren Körper geben kann. Oder das wenn die Sonne explodiert wir erst knapp 8 min später aus der Unlaufbahn geworfen werden.

All das und noch viel mehr hängt mit Informationsübertragung zusammen ... und die ist immer c schnell ... nie langsamer, nie schneller.

Ich fürchte, zumindest Letzteres muss verneint werden. Diese Dinge sind extrem unanschaulich und im Grunde nur mathematisch beschreibbar.

@manniman: Du darfst selbstverständlich alle festen Überzeugungen haben, die du haben möchtest - aber das macht sie halt noch nicht unbedingt wahr...

became sollen diese boesartigen Antworten - nein Beschimpfungen? Alte Menschen wollen nicht wahrhaben, dass sie Hilfe brauchen, became verstaendlich ist. Wenn sie dann aber umgezogen sind und ihr Leben viel leichter ist, wuenschen sie es schon viel frueher getan zu haben. Vor allem alte Frauen haben oft poroese Knochen, stolpern und fallen kann zu verheerenden Knochenbruechen fuehren. Ich lebe seit 2 Jahren in einer Senioren Anlage fuer Menschen ueber fifty 5 Jahre. Wir haben unsere eigenen Wohnungen, es wird aber vieles gemeinsam unternommen und es besteht ein freiwilliges hilfe-equipment unter den "Insassen." Wir kuemmern united stateswenn wir von den aeltern Menschen ein paar tage nichts hoeren, wir haben im undesirable und Schlafzimmer eine Zieh-Kordel, die mit dem Notruf verbunden ist. Es gibt einen attractiveness shop (Friseur und Fusspflege, Buecherei, Gemeinschaftsraum, Gymnastik und einen guten Weg united statesGebaeude. Wir haben ebenerdigen Eingang (elektronisch verriegelt) und 2 Aufzuege. Viele Insassen sind geh- und/oder sehbehindert, ich gehoere zu den "Jungen" im Haus. Sohn und Schwiegertochter haben mich auch "ueberredet," hier einzuziehen (nachdem ich in meiner ebenerdigen Wohnung von einem Einbrecher ueberrascht und verletzt wurde). Aeltere/alte Menschen haben Angst vor Veraenderungen. Ich schlage vor, du findest eine gute Unterkunft fuer deine Schwiegermutter. Bringe sie zu der Stelle und lasse sie sich umschauen, wie und became da alles laeuft. Verspreche ihr, dass sie ihre Unabhaengigkeit NICHT verliert und dass der Umzug fuer sie gemacht wird. Zur not kann ich ihr einen short schreiben... P.S. Finde ein paar alte Damen, die bereits in einer Senioren Anlage wohnen. Sie koennen deine Mutter ueberzeugen, wie intestine guy dort lebt.

Das Medium mit dem das Licht interagiert, sind die

Energieknoten des Raums(siehe Artikel Schleifenquantengravitation in Wikipedia).

Der Raum ist ein Energieknotennetzwerk.

Jedes weitere Medium hat eine typische Interaktion mit Licht.

Die Lichtgeschwindigkeit ist etwas unterschiedlich in Luft und Wasser.

Wenn also ein Beobachter ein näherkommendes Schiff aus fünfzig Metern Entfernung Luftlinie sieht,

dann müsste für ihn das Licht als Informationsträger eine andere Geschwindigkeit haben,

als für einen zweiten Beobachter, der sich knapp unter der Wasseroberfläche befindet,

und der das Schiff ebenfalls näherkommen sieht(sehr sauberes Wasser vorausgesetzt), also nur 225.000 km/s.

Andererseits wäre die Gleichheit der Lichtgeschwindigkeit für mehrere Beobachter mit der Wahrnehmung durch das gleiche Medium hindurch (üblicherweise Luft) zu begründen.

gelernte Wahrnehmung.