Episode Details

Sternengeschichten Folge 719: Tachyonen - Schneller als das Licht

Nichts ist schneller als das Licht. Das ist eine zentrale Erkenntnis von Albert Einsteins Relativitätstheorie und ein Grundpfeiler der modernen Physik. Das heißt aber nicht, dass niemand darüber nachdenkt, wie man diese Geschwindigkeitsbeschränkung nicht doch irgendwie umgehen kann. Ich habe in Folge 252 der Sternengeschichten schon einmal ausführlich über das Problem des Reisens mit Überlichtgeschwindigkeit gesprochen. In dieser Folge gibt es aber ein anderes Thema. Es geht nicht um Raumschiffe, mit denen wir Menschen überlichtschnell durch das Weltall reisen können. Sondern um die Frage, ob die Natur das mit dem Tempolimit der Lichtgeschwindigkeit wirklich ernst nimmt - oder ob es nicht vielleicht auch Teilchen geben könnte, die sich schneller bewegen.

Wir wissen, dass es Teilchen gibt, die sich langsamer als das Licht bewegen, nämlich quasi alle die wir kennen. Wir wissen auch, dass es Teilchen gibt, die sich exakt mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, nämlich alle die, die eine Ruhemasse von Null haben. Das sind zum Beispiel Photonen, also die quantenmechanischen Teilchen, aus denen das Licht besteht. Oder Gluonen, ebenfalls masselose Teilchen, die die Bindung zwischen den Partikeln des Atomkerns herstellen. Da ist die Sache in Wahrheit ein wenig komplizierter, aber das lasse ich jetzt am besten aus. Der Punkt ist: Wenn es Teilchen gibt, die langsamer als das Licht sind und Teilchen, die gleich schnell wie das Licht sind: Warum soll es dann keine geben, die schneller sind?

Diese Frage haben sich Leute schon gestellt, bevor Albert Einstein zu Beginn des 20. Jahrhunderts seine Relativitätstheorie entwickelt hat, aus der die Geschwindigkeitsgrenze des Lichts folgt. Auch das möchte ich hier nur kurz erklären, aber es läuft auf folgendes hinaus: Um etwas zu beschleunigen, braucht es Energie und zwar umso mehr, je mehr Masse das Ding hat, dass man beschleunigen will. Ein Spielzeugauto lässt sich sehr leicht anschieben, ein voll beladener LKW dagegen eher schwer. Das ist wenig überraschend und auch nicht neu. Aber eine der vielen überraschenden Konsequenzen von Einsteins Theorie ist der relativistische Massenzuwachs. Das soll heißen: Je schneller sich ein Objekt bewegt, desto mehr Masse hat es. Oder, ein klein wenig wissenschaftlich korrekter gesagt: Die Masse eines Objekts hängt von der Geschwindigkeit ab, die es relativ zu einem unbewegten Beobachter hat. Der Effekt ist aber durchaus real. Wenn man sich zum Beispiel an die alten Röhrenfernseher erinnert, dann haben die funktioniert, weil dort Elektronen beschleunigt und dann auf einen Leuchtschirm geworfen wurden, wo sie das Bild erzeugt haben. Damit das alles funktioniert, müssen die Elektronen durch Magnetfelder präzise abgelenkt werden. Und damit DAS funktioniert muss das Magnetfeld exakt auf die Masse der Elektronen abgestimmt werden und wenn man die relativistische Massezunahme ignoriert, dann würde der Fernseher nicht funktionieren.

Wenn jetzt aber ein Teilchen mehr Masse hat, wenn es sich schnell bewegt, braucht man auch mehr Energie als gedacht, wenn man es noch schneller machen will. Und wenn man das geschafft hat, schlägt die relativistische Massezunahme wieder zu und man braucht noch mehr Energie, um es noch weiter zu beschleunigen. Und so weiter: Irgendwann landet man an dem Punkt, wo man unendlich viel Energie benötigen würde, um ein Objekt bis zur Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen und unendlich viel Energie ist eher schwer aufzutreiben. Deswegen kann sich nichts schneller als das Licht bewegen, so Einstein. Das einzige, was sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen kann, sind Teilchen die gar keine Ruhemasse haben, so wie eben die Photonen.

Aber, und jetzt kommen wir zur Überlichtgeschwindigkeit, nur weil es unmöglich ist, die Barriere der Lichtgeschwindigkeit zu durchdringen, heißt das ja nicht zwingend, dass nichts schneller a