Die Lichtgeschwindigkeit ist eine der wichtigsten Konstanten in der Physik. Der dänische Astronom Olaf Roemer schätzte die Lichtgeschwindigkeit erstmals 1676. Der Wissenschaftler, der feststellte, dass es das Licht ist, das die Obergrenze der erreichbaren Geschwindigkeit in unserem Universum auf fast 300.000 Kilometer pro Sekunde festlegt, war genau Albert Einstein. Und doch ist nach derselben Einstein-Theorie alles in diesem Universum relativ, einschließlich der Bewegung. Dies zwingt uns wiederum dazu, eine völlig logische Frage zu stellen: Wie schnell ist das genaue Gegenteil von Licht - Dunkelheit?
Wir sind weit davon entfernt, diese Frage zu stellen, aber das Gizmodo-Portal hat beschlossen, sich eingehender mit ihr zu befassen, und sich bei dieser Gelegenheit an einen der angesehensten und bekanntesten Wissenschaftler, Forscher, Theoretiker, Experten für Schwarze Löcher und Quantenphysik gewandt. Interessanterweise sind sich alle in dieser Angelegenheit nicht einig. Einige glauben, dass Dunkelheit die gleiche Geschwindigkeit wie Licht haben kann. Andere glauben, dass es unendlich langsamer sein kann. Wieder andere sind sich sicher, dass alles von der Sichtweise abhängt, aus der Sie dieses Problem betrachten.
George Masser
Herausgeber der Magazine Scientific American und Nautilus, Autor von Creepy Action at Distance: Ein Phänomen, das Raum und Zeit neu definiert. Bedeutung des Phänomens in der Theorie des Schwarzen Lochs, der Urknalltheorie und der Theorie von allem sowie dem vollständigen Leitfaden zur Stringtheorie für Idioten
„Die Geschwindigkeit der Dunkelheit? Die einfachste Antwort ist, dass die Geschwindigkeit der Dunkelheit gleich der Lichtgeschwindigkeit ist. Schalten Sie die Sonne aus und unser Himmel wird acht Minuten nach diesem Punkt dunkel. Aber das ist eine langweilige Antwort! Nicht wirklich! Erstens ist das, was wir als "Lichtgeschwindigkeit" bezeichnet haben, die Ausbreitungsgeschwindigkeit, und dies ist nicht immer der entscheidende Faktor. Ein Schatten, der auf eine Landschaft fällt, wird von Objekten geworfen. Und die Besonderheit dieser Objekte sowie die Entfernung von ihnen bestimmen, wie schnell sie fallen werden.
Beispielsweise beleuchtet ein rotierender Leuchtfeuerscheinwerfer in regelmäßigen Abständen seine Umgebung. Die relative Geschwindigkeit der Verschleierung der Umgebung nimmt jedoch mit zunehmender Entfernung zum Leuchtturm selbst zu. Wenn Sie sich weit genug vom Leuchtturm entfernen, überholt Sie der Schatten schneller als die Lichtgeschwindigkeit. Das gleiche passiert zum Beispiel mit Neutronensternen im Weltraum. Mit anderen Worten bedeutet in diesem Fall die Lichtgeschwindigkeit nur eine Verzögerung. Selbst wenn das Leuchtfeuer direkt auf Sie gerichtet ist, sehen Sie das Licht nicht sofort, sondern mit einiger Verzögerung. Dies hat jedoch keinerlei Auswirkungen auf den Verlauf der Ereignisse, die Sie an Ihrer Stelle sehen werden.
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Aber gibt es überhaupt Dunkelheit? Genauer gesagt gibt es ein Konzept, aber gibt es selbst ein Phänomen? Selbst wenn Sie die Sonne "ausschalten", taucht die Erde nicht in eine undurchdringliche Dunkelheit ein. Licht von Sternen, Nebeln und sogar dem Urknall selbst beleuchtet in diesem Fall Ihren Himmel. Der Planet selbst und alles auf ihm, einschließlich unseres Körpers, strahlen ebenfalls Licht aus. Und es wird im Infrarot sichtbar sein. Selbst wenn Sie irgendwie einen Weg gefunden haben, die Sonne „auszuschalten“, wird sie fast für immer ein gewisses Maß an Licht ausstrahlen. Für Ihr Jahrhundert und für viele Jahrhunderte wird es mit Sicherheit genug geben. Das heißt, solange wir die Gelegenheit haben zu sehen, werden wir sehen. Kein optischer Sensor kann vollständige Dunkelheit erkennen, denn selbst wenn keine Lichtquellen in der Nähe sind,Die verfügbaren Quantenfluktuationen erzeugen auch sehr leichte Lichtblitze. Oder nehmen Sie schwarze Löcher - das dunkelste der angeblichen Objekte. Sogar sie sind nach einigen Theorien in der Lage, einen bestimmten Prozentsatz an Licht zu emittieren. In der Physik "erobert" Licht in der Sphäre der zwischenmenschlichen Beziehungen immer die Dunkelheit.
Dunkelheit ist keine physische Kategorie, sondern ein relativer Zustand. Nicht mal das. Dies ist eine subjektive Wahrnehmung des Staates. Photonen können reflektiert werden oder nicht, Netzhautzellen können Gedächtnisprozesse auslösen, aber sie können das subjektive Gefühl der Dunkelheit nicht erklären, so wie Wellen nur durch unsere Erfahrung der Beobachtung von Farbe oder Ton dargestellt werden können. Unsere subjektive Erfahrung ändert sich von Zeit zu Zeit, aber einzelne Teile dieser Erfahrung liegen außerhalb der Zeit. Und in diesem Sinne können wir sagen, dass die Dunkelheit selbst keine Geschwindigkeit hat.
Was ist Geschwindigkeit im allgemeinen Sinne? Und existiert es überhaupt? Es setzt das Vorhandensein eines bestimmten Raums voraus, in dem es gemessen werden kann. Viele Wissenschaftler, die mit der Quantenphysik arbeiten - einer Welt, in der die üblichen Konzepte der gewöhnlichen Physik oft unbrauchbar werden - glauben jedoch, dass der Raum selbst eine der Ableitungen einer grundlegenderen Ebene der Realität ist, in der es keine Konzepte wie Position, Entfernung oder dasselbe gibt Geschwindigkeit.
Avi Loeb
Professor für Astrophysik an der Harvard University, Gründer der Black Hole Initiative (BHI)
„Materie, die von der Mitte des Schwarzen Lochs angezogen wird, erreicht eine Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit. Alles, was in den sogenannten Ereignishorizont des Schwarzen Lochs fällt, kann nicht entkommen. Sogar Licht ist für immer im Ereignishorizont versiegelt. In diesem Sinne können Schwarze Löcher als eine Art Gefängnis der ewigen Dunkelheit angesehen werden. Aber das ist nicht so.
Ein Stern wie die Sonne kann zu einem Gasstrom spaghettisiert werden, wenn er neben einem massiven Schwarzen Loch vorbeizieht, wie dem im Zentrum unserer Milchstraßengalaxie, dessen Masse 6 Milliarden Sonnenmassen beträgt.
Wenn Materie jedoch in ein Schwarzes Loch fällt, kann sie Reibung miteinander erzeugen und sich erwärmen. Das Endergebnis dieser Reibung ist Strahlung. Wenn die Akkretionsrate (der Prozess des Masseninkrements) hoch genug ist, kann der Druck der ausgehenden Strahlung möglicherweise zusätzliche umgebende Materie vor dem Fallen bewahren. Viele der massereichsten Schwarzen Löcher im Universum mit der Masse von Milliarden Sonnen haben die höchstmöglichen Akkretionsraten."
Neil DeGrasse Tyson
Astrophysiker, Ph. D. in Physik, Schriftsteller, Popularisierer der Wissenschaft, Direktor des Hayden Planetariums am American Museum of Natural History in Manhattan. Moderator der populärwissenschaftlichen Reihe "Raum: Raum und Zeit"
„Die Geschwindigkeit der Dunkelheit bedeutet … Wenn man bedenkt, dass die Dunkelheit selbst das Ergebnis der Beendigung des Lichts ist? Wenn die Lichtgeschwindigkeit durch eine Konstante dargestellt wird, ist die Dunkelheitsgeschwindigkeit die genau entgegengesetzte Konstante der Lichtgeschwindigkeit. Wenn Licht ein Vektor ist, hat es Größe und Richtung, dann … wenn wir von seinem negativen Wert sprechen, werden wir über seine entgegengesetzte Richtung sprechen. Die Dunkelheit ist in diesem Fall die entgegengesetzte Richtung, nicht die direkte. Ich würde sagen, dass Dunkelheit den entgegengesetzten negativen Wert für die Lichtgeschwindigkeit hat."
Sara Caudill
Promotion am Leonard E. Parker Center für das Studium der Schwerkraft, Kosmologie und Astrophysik der University of Wisconsin-Milwaukee
„Die Gravitationskraft von Schwarzen Löchern ist so groß, dass selbst Licht nicht entweichen kann, wenn es in den Radius seines Ereignishorizonts eintritt - unsichtbare Grenzen, die einen Punkt ohne Wiederkehr schaffen. Da Schwarze Löcher eine so starke Schwerkraft haben, werden Beobachtungen außerhalb dieses starken Gravitationsfeldes durch den Effekt der Zeitdilatation beeinflusst.
Angenommen, weit vom Schwarzen Loch entfernt befindet sich ein externer Beobachter, der ein leuchtendes Objekt in das Schwarze Loch fallen sieht. Aus der Sicht des Betrachters verlangsamt dieses leuchtende Objekt zuerst seine Geschwindigkeit und "geht dann aus" und wird so dunkel, dass es unmöglich ist, es zu sehen. Der Betrachter kann nicht einmal sehen, wie das Objekt die Grenze des Ereignishorizonts überschreitet.
Wenn wir die Situation unter dem Gesichtspunkt betrachten, dass Materie in dieses Schwarze Loch fällt. Stellen Sie sich jetzt ein schwarzes Loch vor, das von einer Wolke glühenden Gases umgeben ist. Diese Wolke wurde von einem auseinandergerissenen Stern gebildet, der zu nahe an diesem Schwarzen Loch vorbeizog. Diese Gaswolke erscheint als abgeflachte Scheibe, auch Akkretionsscheibe genannt. Das Gas dieser Scheibe wird also irgendwann vollständig vom Schwarzen Loch absorbiert, aber dies wird nicht sofort geschehen.
Tatsache ist, dass es eine Geschwindigkeitsbegrenzung gibt, die von der Kraft des Strahlungsdrucks des erhitzten Gases abhängt und der Einwirkung der inneren Schwerkraft des Schwarzen Lochs selbst widersteht. Sobald das gesamte Gas vom Schwarzen Loch absorbiert wird, nimmt seine Größe zu. Wenn wir zum Beispiel ein Schwarzes Loch nehmen, dessen Anfangsmasse das Zehnfache der Masse unserer Sonne beträgt und dessen Geschwindigkeit die maximale Grenze erreicht (die sogenannte Eddington-Grenze), dann wird die Masse dieses Schwarzen Lochs in etwa einer Milliarde Jahren eine Masse von 100 Millionen erreichen Zeiten, die die Masse unserer Sonne überschreiten “.
David Reice
Wissenschaftlicher Leiter des Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory (LIGO)
„Grundsätzlich hängt alles davon ab, ob Sie die Sache sind, die vom endlosen Abgrund eines Schwarzen Lochs absorbiert wird, oder ob Sie weit genug von der Szene entfernt sind und ein teilnahmsloser Beobachter des Ereignisses sind, dass jemand oder etwas anderes in diesen Abgrund fällt. Wenn Sie Pech haben und an erster Stelle stehen, ist die Geschwindigkeit sehr hoch. Höchstwahrscheinlich werden wir über Indikatoren sprechen, die nahe an der Lichtgeschwindigkeit liegen.
Wenn Sie sich an der Stelle des zweiten befinden und weit genug vom Schwarzen Loch entfernt sind, wird Ihnen die Geschwindigkeit, mit der Materie vom Schwarzen Loch absorbiert wird, aufgrund des Effekts der Gravitationszeitdilatation merklich verringert. Ihm zufolge geht die "Uhr" unter dem Einfluss des Gravitationsfeldes langsamer und unter dem Einfluss eines sehr starken Gravitationsfeldes - sogar langsamer, was wahr sein wird, sobald sich das Schwarze Loch dem Ereignishorizont nähert.
Mit Abstand meine ich, dass Sie in Ihrem lokalen Koordinatensystem relativ zum Schwarzen Loch stationär bleiben (das heißt, Sie werden nicht davon angezogen) und Ihr lokales Zeitsystem nicht durch das Gravitationsfeld dieses Schwarzen Lochs beeinflusst wird. In diesem Fall scheint es für eine Person, die außerhalb des Einflusses des Schwarzen Lochs liegt, dass sich das Objekt oder die Materie für eine unendlich lange Zeit zum Ereignishorizont des Schwarzen Lochs bewegt.
Nyayesh Afshordi
Astrophysiker am Institut für Physik und Astronomie der University of Waterloo und Leiter des Instituts für Kosmologie und Schwerkraft am Perimeter Institute for Theoretical Physics in Kanada
„Ich glaube, dass die Geschwindigkeit der‚ Dunkelheit 'unendlich ist! In der klassischen Physik kann unter dem allgemeinen Konzept der Dunkelheit des Raumes nur ein leeres Vakuum betrachtet werden. Dank der Quantenmechanik wissen wir jedoch, dass tatsächlich keine Dunkelheit und kein leerer Raum existieren. Selbst wenn es Ihnen so scheint, als gäbe es keine Lichtquellen, die wir sehen könnten, kann diese Quelle Schwankungen elektromagnetischer Felder sein. Selbst innerhalb der Gravitationswellen, die die Raumzeit durchschneiden und erst kürzlich vom LIGO-Labor entdeckt wurden, müssen diese Quantenfluktuationen vorhanden sein.
Das Problem ist, dass der Grad der Schwerkraft in dieser Quantenwelligkeit unendlich ist. Mit anderen Worten, es gibt derzeit keine überzeugende Theorie der Quantengravitation, der die meisten Wissenschaftler zustimmen würden. Die notwendige Antwort auf die Frage kann in der Möglichkeit der Geschwindigkeit der "Dunkelheit" verborgen sein, dh die Quantenwelligkeiten erreichen einen unendlichen Wert (oder werden willkürlich groß), insbesondere in kleinen Maßstäben und für einen kurzen Zeitraum. Natürlich ist dies nur eine Annahme, aber es scheint mir, dass dies ein wirksamer Weg ist, um das Prinzip und die Essenz des Urknalls, der Schwarzen Löcher, der Dunklen Energie und der Quantengravitation zu verstehen."
NIKOLAY KHIZHNYAK
