Die Vorstellung, einen körperlichen Gegenstand auf Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen, fasziniert die Menschheit seit Jahrhunderten. Dennoch gibt es dafür physikalische Grenzen. Diese Grenzen sind sowie theoretischer als ebenfalls praktischer Natur. Albert Einsteins berühmte Gleichung E = mc² ist hier der Schlüssel. Diese Formel beschreibt die Beziehung zwischen Energie (E), Masse (m) und Lichtgeschwindigkeit (c). Der fundamentale Punkt ist – dass sich mit zunehmender Geschwindigkeit die Masse eines Körpers verändert.
Der Zusammenhang zwischen Geschwindigkeit und Energie ist komplex. Wenn ein Körper beschleunigt wird ´ so braucht man immer weiterhin Energie ` je näher man der Lichtgeschwindigkeit kommt. Erfreulicherweise können wir dies mathematisch beschreiben. Eine umgestellte Form der Gleichung lautet v = c √(m c² / E). Aus dieser Gleichung wird deutlich: Wenn die Masse (m) des Teilchens einen realen Wert hat und dadurch ungleich null ist, wird die benötigte Energie E für eine Beschleunigung gegen unendlich gehen, wenn man v (die Geschwindigkeit) auf c also die Lichtgeschwindigkeit erhöht.
Das lässt sich mit einem einfachen Gedankenexperiment veranschaulichen. Nehmen wir an ´ wir haben einen Raum mit einem Körper ` der sich in Richtung Lichtgeschwindigkeit bewegen soll. Um diesen Körper mit einer dauerhaften Masse immer weiter zu beschleunigen, muss stetig mehr Energie zugeführt werden. Diese Energie wird exponentiell steigen je näher man der Lichtgeschwindigkeit kommt. Das heißt – und hier wird es interessant – die Masse des Körpers würde sich immer weiter erhöhen, je mehr Energie hinzugefügt wird. Und ebendies das führt zu einer „unendlichen Masse“, wenn man tatsächlich die Lichtgeschwindigkeit erreichen wollte.
Ein bemerkenswerter Sachverhalt ist, dass beim Erreichen der Lichtgeschwindigkeit die Energie E die erforderlich ist, theoretisch unendlich groß werden müsste. Mathematisch gesehen, wenn wir den Nenner in der Gleichung E = mc² / √(1 - v²/c²) betrachten, wird es problematisch. Wenn v genauso viel mit c würde ´ stünde man vor der Herausforderung ` durch null zu dividieren. Dies ist in der Mathematik nicht zulässig was zur Unmöglichkeit führt die Lichtgeschwindigkeit mit einem Körper mit Masse zu erreichen.
Des Weiteren gibt es in der theoretischen Physik das Konzept der Tachyonen – hypothetische Teilchen die schneller als Licht reisen könnten. Jedoch ´ das Licht der Realität ist ` dass es bisher keine experimentellen Beweise für die Existenz solcher Teilchen gibt. Die physikalischen Gesetze » ebenso wie wir sie verstehen « lassen keinen Spielraum für diese Ideen. Es bleibt also eine interessante Spekulation die sowohl in der wissenschaftlichen als auch in der wissenschaftlichen Fiktion diskutiert wird.
Das bedeutet, wenn du darüber nachdenkst wie sich die Relativitätstheorie in der Praxis verhält wird es schnell deutlich dass es viele Aspekte zu erforschen gibt. Aber bis jetzt ist die physikalische Barriere zwischen den Geschwindigkeiten unterhalb und oberhalb der Lichtgeschwindigkeit unerbittlich. Die Relativitätstheorie führt uns in eine Welt der Möglichkeiten, zeigt uns aber gleichzeitig die Grenzen unserer Kenntnis. Sie ist eine der tiefgründigsten Entdeckungen in der Physik – und wir haben noch nicht alle Antworten.
Die Herausforderung, Körper auf Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen: Ein physikalisches Rätsel
Warum ist es unmöglich, Körper mit Masse auf Lichtgeschwindigkeit zu bringen?