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THEMA: Lichtgeschwindigkeit

Lichtgeschwindigkeit 20 Feb 2018 17:38 #28282

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Ich möchte mal wieder mit einer Frage beginnen:
Die Lichtgeschwindigkeit c mit knapp unter .000 km/s im Vakuum ist allgemein als physikalische Fundamentalkonstante akzeptiert.
Die Größe der Konstante beruht auf willkürlich von Menschen festgelegten Einheitensystemen (m, s) - kein Problem.
Auf ihr beruhen auch die Plank'sche Länge und Zeit.
c wurde rein empirisch ermittelt.

Einfach nur mal angenommen es würde sich herausstellen, c wäre tatsächlich größer, sagen wir (willkürlich) .000 km/s (oder ein belibig anderer Wert z.B. im "echten Vakuum"). Würde das irgenwo zu unauflösbaren Widersprüchen führen? Welche Konsequenzen würden sich daraus ergeben?

Werd‘ ich geboren wird es wenig kühl.
Bin ich ewig ist ewig für mich jetzt.
Was ist liegt vor mir und ist dennoch hier.
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Lichtgeschwindigkeit 20 Feb 2018 18:44 #28288

Könnte jemand unter bestimmten (reproduzierbaren) Bedingungen eine Lichtgeschwindigkeit von .000 km/s messen, dann wären damit viele grundlegende physikalische Theorien falsifiziert.

Unsere Physik funktioniert nur, weil (offenbar) die Naturgesetze und Naturkonstanten universell gelten.

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Lichtgeschwindigkeit 20 Feb 2018 19:09 #28296

Es gibt viele Messungen der Lichtgeschwindigkeit, zusammengefasst beispielsweise unter de.wikipedia.org/wiki/Lichtgeschwindigke...Lichtgeschwindigkeit .

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Lichtgeschwindigkeit 20 Feb 2018 19:25 #28298

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Das kann ich nicht ganz nachvollziehen...
Wenn ich einen Tensor (ich meine so kann man das wohl mathematisch... k.A.) über das gesamte Univerum der die Lichtgeschwindigkeit überall um genau 20% bremste. Warum sollte dadurch alles zusammenbrechen? Alles beruhtndoch nach wie vor auf c - nur c hat sich eben geändert...

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Lichtgeschwindigkeit 20 Feb 2018 19:32 #28

Es gibt viele Formeln, in die c als Konstante eingeht, die nichts mit Geschwindigkeit zu tun haben. Beispielsweise in die Feinstrukturkonstante.

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Lichtgeschwindigkeit 20 Feb 2018 19:35 #28301

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ok, und dass die sich in Abhängigkeit alle mit ändern ist ausgeschlossen bzw. führt zu widersprüchen wenn c nicht genau so ist wie es ist?
Wenn das so wäre (damit dieses Gesamtkonstukt nicht überbestimmt ist) müsste man c auch berechnen können und nicht nur empirisch ermitteln, oder?

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Lichtgeschwindigkeit 20 Feb 2018 19:46 #28304

Die Feinstrukturkonstante, in die c eingeht, konnte man mit dem selben Wert in den Spektren von Galaxien messen, die Milliarden Lichtjahre entfernt sind.

Wer immer herausfinden könnte, dass Naturkonstanten nicht konstant sind, hätte einen Nobelpreis sicher. Die Motivation hierfür dürfte daher hoch sein, nur gefunden hat man bisher noch nichts.

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Lichtgeschwindigkeit 20 Feb 2018 19:53 #28305

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Vielleicht bin ich ja wieder mal etwas begriffstuzig - kommt leider öfter vor.
Entweder eine Naturkonstante ist empirisch ermittelt dann muss ich annehmen können, dass eine über alle beeinflussten Systeme liegende Konstante diese nebenwirkungsfrei verfälschen kann oder es gibt andere unabhängige Zusammenhänge die durch eine derartige Änderung zu Widersprüchen führen würden. Dann muss sich aus diesem Zwang auch die Naturkostante zwingend ergeben und ich bin nicht auf eine empirische Bestimmung angewiesen. Ansonsten muss das System doch überbestimmt sein, oder?

Das ist doch eine ganz allgemeine Frage der Kausalität. Wo liegt denn da mein Denkfehler?

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Lichtgeschwindigkeit 20 Feb 2018 21:44 #28310

HardyG schrieb: Entweder eine Naturkonstante ist empirisch ermittelt dann muss ich annehmen können, dass eine über alle beeinflussten Systeme liegende Konstante diese nebenwirkungsfrei verfälschen kann


Welche physikalische Bedeutung hätte diese zweite Konstante?

Wir können die resultierende Lichtgeschwindigkeit nur empirisch auf verschiedenste Weise direkt oder indirekt messen. Ob sich diese als Produkt aus zwei noch grundlegender Konstanten zusammensetzt, spielt hierfür erstmal keine Rolle.

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Lichtgeschwindigkeit 20 Feb 2018 21:47 #28311

Kurt schrieb: Eine Geschwindigkeit, damit auch die LG, wird mit Hilfe einer Strecke und einer Zeiteinheit gemessen.
Da alle Messungen, die eine Mindestgenauigkeit bieten, auf der Erde stattfanden ist es auch logisch das die dabei erhaltenen Daten auch nur da gelten.


Wie geschrieben, die Feinstrukturkonstante, die die Lichtgeschwindigkeit als Faktor enthält, kann auch in den Spektren weit entfernter Galaxien nachgewiesen werden.

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Lichtgeschwindigkeit 20 Feb 2018 22:44 #28316

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ClausS schrieb:

HardyG schrieb: Entweder eine Naturkonstante ist empirisch ermittelt dann muss ich annehmen können, dass eine über alle beeinflussten Systeme liegende Konstante diese nebenwirkungsfrei verfälschen kann


Welche physikalische Bedeutung hätte diese zweite Konstante?

Wir können die resultierende Lichtgeschwindigkeit nur empirisch auf verschiedenste Weise direkt oder indirekt messen. Ob sich diese als Produkt aus zwei noch grundlegender Konstanten zusammensetzt, spielt hierfür erstmal keine Rolle.


Es geht mir nur darum, dass es überhaupt keine Rolle spielt ob c = .000 km/s ist oder nicht. Welche uns unbekannten Einflüsse auch immer dazu führen, dass c = .000 km/s beträgt, wir kennen sie nicht und daher können wir c ja auch nur empirisch ermitteln. Ich frage mich nur, welche Faktoren dazu führen, dass c eben .000 km/s beträgt. Ich denke erheblich Erkenntnisse könnten wir daraus ziehen wenn wir wüssten welche Faktoren dabei eine Rolle spielen. Da ja offenbar das Medium in welchem die Ausbreitung stattfindet entscheidend ist überlege ich, ob c z.B. im „echten Vakuum“ vielleicht anders wäre...

Vielleicht hängt aber die Grösse von c auch mit der Expansion zusammen...

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Lichtgeschwindigkeit 21 Feb 2018 06:29 #28324

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Ich bin nicht sicher, worauf Du damit hinaus willst.
Platzbedarf zweier Elektronen? Es geht um die Geschwindigkeit eines Photons...
Und auch der Begriff „Platz“ ist veränderlich wenn sich der Raum ausdehnt...
Der Zeitraum in dem wir in der Lage sind die Lichgeschwindigkeit zu bestimmen ist im Vergleich zur Veränderung des Hubble-Parameters so kurz, dass es uns bei einer empirischen Bestimmung gar nicht auffallen würde, wenn c an die Raumexpansion gebunden wäre denke ich

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Lichtgeschwindigkeit 21 Feb 2018 11:37 #28332

HardyG schrieb: Es geht mir nur darum, dass es überhaupt keine Rolle spielt ob c = .000 km/s ist oder nicht. Welche uns unbekannten Einflüsse auch immer dazu führen, dass c = .000 km/s beträgt, wir kennen sie nicht und daher können wir c ja auch nur empirisch ermitteln. Ich frage mich nur, welche Faktoren dazu führen, dass c eben .000 km/s beträgt. Ich denke erheblich Erkenntnisse könnten wir daraus ziehen wenn wir wüssten welche Faktoren dabei eine Rolle spielen. Da ja offenbar das Medium in welchem die Ausbreitung stattfindet entscheidend ist überlege ich, ob c z.B. im „echten Vakuum“ vielleicht anders wäre...

Möglicherweise redet ihr beiden grandios aneinander vorbei. Deshalb mal folgender Ansatz versuchsweise:
In der ART / SRT (und überall sonst eigentlich auch) macht man sich die Sache gerne einfach. Da sind in den Formeln immer ne Menge sachen enthalten, die ich überall mitschleppen muss. Das braucht Tinte, und Papier, und schlimmer noch, macht die Sache unheimlich unpraktisch. Deswegen gehen Physiker bei komplexen Formeln dazu über, wenigstens in der Herleitung die Naturkonstanten alle zu normieren. Und zwar auf 1. Dann ist c = 1. h ist 1. Epsilon 0 ist 1. Die Gravitationskonstante wäre 1. Und so weiter und so fort. (Achtunt Pi und e sind natürlich keine Naturkonstanten sondern Zahlen ;-)) Weil man ja Naturkonstanten nicht auseinander berechnen kann ist das System dadurch auch nicht überbestimmt.
Man rechnet dann munter mit den Formeln ohne Naturkonstanten (sind ja alle 1) seine Ergebnisse aus, und wenn man die zurücküberführen will, in SI-Einheiten, muss man einfach nur wissen, was man ausgerechnet hat. Und wenn du eine Geschwindigkeit ausgerechnet hast, dann multiplizierst du mit c und hast eine Geschwindigkeit in SI-Einheiten.
In diesem Setting ist entscheidend, dass die LG >0 aber endlich ist. Und wenn du jetzt fragst, aber warum ist sie denn in SI-Einheiten .000km/s , dann ist die Antwort sehr einfach: Das liegt an der Einführung des Uhrmeters in Paris und der Definition der Sekunde (glaube auch in Paris). :-)
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Letzte Änderung: von LeseSalamander.

Lichtgeschwindigkeit 21 Feb 2018 12:22 #28339

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Ist schon klar - danke Dir :-)

Mir geht es aber eher darum herauszufinden, warum c (aktuell) eben genau den Wert hat, den wir messen und ob dies unumstößlich ist oder c von Faktoren abhängen könnte, die wir bisher einfach nicht in Betracht gezogen haben, wie die Expansionsrate, die wie wir wissen durchaus veränderlich aber in dem Zeitrahmen, in dem wir c bisher empirisch ermitteln und überprüfen konnten und unter berücksichtigung unserer Messungenauigkeit durchaus als konstant angenommen werden kann - oder liege ich da falsch?

Was wäre die Konsequenz? Angenommen c und Expansionsrate wären antiproportional (man könnte auch sagen, die Expansionsrate setzte der Lichttgeschwindigkeit einen Widerstand entgegen). c wäre in dem Fall zum Zeitpunkt des (oder kurz nach dem) Urknall(s) deutlich kleiner. Unser Universum wäre in dem Fall doch deutlich älter als wir bisher angenommen haben, oder?

Um dererlei Abhängigkeiten und Überlegungen ging es mir... Wenn es keinen zwingenden Grund gibt, dass c schon immer exakt so groß war wie wir es "heute" messen können dann sind solche Überlegungen zumindest zulässig und nicht von vornherein unsinnig. Daher meine Frage.

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Lichtgeschwindigkeit 21 Feb 2018 14:26 #28348

c ist eine extrem fundamentale Naturkonstante. Ich weiß nicht so gut über die anderen bescheid, aber wenn du c änderst, dann ändern sich die Verhältnisse von Raum und Zeit. In den Fällen die ich kenne aber in einer Art und Weise, die einem Bewohner von Raum und Zeit nicht zugänglich ist - weil alle Effekte in den neuen "c-Einheiten" genauso aussehen wie in den alten.

Darüber hinaus gibt es Ansätze, die konstanz von C über die Zeit zu überprüfen. Und nach allem was wir wissen ist sie konstant.

Darüber hinaus fehlt für Fragen des Warum der Zugang in unseren theoretischen Ansätzen. C ist halt einfach da. Das muss nicht so bleiben, aber jetzt ist es so. :-)

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Lichtgeschwindigkeit 21 Feb 2018 15:23 #28349

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LeseSalamander schrieb: c ist eine extrem fundamentale Naturkonstante. Ich weiß nicht so gut über die anderen bescheid, aber wenn du c änderst, dann ändern sich die Verhältnisse von Raum und Zeit. In den Fällen die ich kenne aber in einer Art und Weise, die einem Bewohner von Raum und Zeit nicht zugänglich ist - weil alle Effekte in den neuen "c-Einheiten" genauso aussehen wie in den alten.

Darüber hinaus gibt es Ansätze, die konstanz von C über die Zeit zu überprüfen. Und nach allem was wir wissen ist sie konstant.

Darüber hinaus fehlt für Fragen des Warum der Zugang in unseren theoretischen Ansätzen. C ist halt einfach da. Das muss nicht so bleiben, aber jetzt ist es so. :-)


Na ja, ganz so abwegig scheint mein Ansatz ja nicht zu sein wie ich gerade lese: de.wikipedia.org/wiki/%C3%9Cberlichtgesc...Lichtgeschwindigkeit
Kosmologische Theorien mit variabler Lichtgeschwindigkeit

Verschiedentlich wurden kosmologische Theorien mit einer variablen Lichtgeschwindigkeit (Variable Speed of Light Theories, VSL) vorgeschlagen. Bekannt wurde insbesondere ein Vorschlag von João Magueijo und Andreas Albrecht von 1999,[17] in denen das Horizontproblem und das Problem der Flachheit des Universums, die üblicherweise heute im Rahmen des Inflationären Modells der Kosmologie erklärt werden, stattdessen durch eine um bis zu 60 Größenordnungen höhere Lichtgeschwindigkeit im frühen Universum erklärt werden. Die Lichtgeschwindigkeit ist in dieser Theorie eine dynamische Variable, also zeitlich veränderlich, allerdings auf eine besondere Art und Weise, die die Form der Feldgleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie nicht zu stark modifiziert. Die Lorentzinvarianz der Theorie ist aber explizit gebrochen, es gibt ein ausgezeichnetes Bezugssystem (das durch die kosmologische Expansion vorgegeben wird). Nach Magueijo und Albrecht wird auch das Problem der Kosmologischen Konstante so gelöst.[18][19] Magueijo schrieb darüber auch ein populärwissenschaftliches Buch.[20] Einen ähnlichen Vorschlag machte schon 1992 der kanadische Physiker John Moffat,[21] ebenfalls mit der Absicht der Lösung kosmologischer Probleme.[22]

Die Theorie steht in der Tradition zeitlich veränderlicher fundamentaler (dimensionsloser) physikalischer Größen, die seit Dirac diskutiert werden. Dabei ist es sinnvoll, nur die Variabilität dimensionsloser Größen zu diskutieren, da die Variabilität dimensionsbehafteter Größen in der Physik von den verwendeten Maßeinheiten abhängig ist und somit keine fundamentale Bedeutung hat. Im Fall der VSL-Theorien ist die Feinstrukturkonstante veränderlich, was prinzipiell bei weit entfernten Objekten als Funktion der Rotverschiebung beobachtbar sein sollte.

Und zur Feinstrukturkonstante findet man in Wikipedia unter anderem folgendes Zitat:
“It has been a mystery ever since it was discovered more than fifty years ago, and all good theoretical physicists put this number up on their wall and worry about it.”
„Sie war stets ein Mysterium, seit sie vor über fünfzig Jahren entdeckt wurde, und alle guten theoretischen Physiker hängen sich diese Zahl an die Wand und zerbrechen sich über sie den Kopf.“
– Richard P. Feynman

Na ja, dann wundert es mich nicht, dass ich bestenfalls zum Kopfschütteln aber nicht zur Klärung beitragen kann ;-)

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Lichtgeschwindigkeit 21 Feb 2018 18:09 #28357

HardyG schrieb: Verschiedentlich wurden kosmologische Theorien mit einer variablen Lichtgeschwindigkeit (Variable Speed of Light Theories, VSL) vorgeschlagen. Bekannt wurde insbesondere ein Vorschlag von João Magueijo und Andreas Albrecht von 1999,[17] in denen das Horizontproblem und das Problem der Flachheit des Universums, die üblicherweise heute im Rahmen des Inflationären Modells der Kosmologie erklärt werden, stattdessen durch eine um bis zu 60 Größenordnungen höhere Lichtgeschwindigkeit im frühen Universum erklärt werden. Die Lichtgeschwindigkeit ist in dieser Theorie eine dynamische Variable, also zeitlich veränderlich, allerdings auf eine besondere Art und Weise, die die Form der Feldgleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie nicht zu stark modifiziert. Die Lorentzinvarianz der Theorie ist aber explizit gebrochen, es gibt ein ausgezeichnetes Bezugssystem (das durch die kosmologische Expansion vorgegeben wird). Nach Magueijo und Albrecht wird auch das Problem der Kosmologischen Konstante so gelöst.[18][19] Magueijo schrieb darüber auch ein populärwissenschaftliches Buch.[20] Einen ähnlichen Vorschlag machte schon 1992 der kanadische Physiker John Moffat,[21] ebenfalls mit der Absicht der Lösung kosmologischer Probleme.[22]


Das Spekulieren ist natürlich erlaubt. :-)
Ich meinte aber, dass innerhalb der gängigen Theoriegebäude kein platz für eine variable Lichtgeschwindigkeit ist - im Gegensatz zum Beispiel zur kosmologischen Konstante, die sich wohl zeitlich sehr wohl ändern darf.

Was ich fett markiert habe ist nach meinem aktuellen Kenntnisstand auch kein kosmologischer Totalschaden. Defakto verwendet das kosmologische Modell, dass wir haben ein ausgezeichnetes Bezugssystem, und das ist jenes, indem die Hintergrundstrahlung überall gleich aussieht. Vor nem halben Jahr habe ich noch gedacht, dass das Blödsinn ist, genau weil so ein ausgezeichnetes System ein Problem für die Lorentzinvarianz - und meines Wissens damit für die Maxwellschen Gleichungen sind. Offenbar wird das aber zuweilen in kauf genommen. So schaut es wenigstens aus. :-)
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Lichtgeschwindigkeit 25 Feb 2018 12:54 #28587

Hi HardyG

Vorweg, ich verstehe öfter mal was falsch: dass c eine Naturkonstante im Sinne einer Naturkonstante ist, das hinterfragst du nicht? Also dass Licht überall im Universum (im gleichen Medium) gleich schnell ist und auch schon immer genau so schnell war wie es eben ist? Deine Frage bezieht sich jetzt nur auf den tatsächlichen Wert?

Dann kann c zwar theoretisch (d.H. ohne die Mathematik kaputt zu machen) von den .000km/s abweichen, in der Praxis kann die Abweichung aber nur extrem, extrem, extrem klein sein, genauer: nur innerhalb der von den Wissenschaftlern angegebenen Messungenauigkeit.

Erklärung: wie bereits erwähnt wurde spielt c eine große Rolle bei fast allem. Wenn ich also z.b.
- ein Magnetisches Feld oder
- ein Gravitationspotential oder
- die Zerfallsrate von Plutonium oder
- den Treibstoff für meinen Tesla zum Mars oder
- den Prozess mit dem der Prozessor deines PC erstellt wurde oder
- die Drehzahl eines Motors oder
- die Dicke der Brille die du (evtl.) trägst
berechnen will, dann fließt c da mit ein.
Für c=.000km/s kommen dann Werte raus die nicht passen. Die genannte Brille hätte z.B. einen berechneten Brennpunkt bei 2cm, wenn du sie aber vor ein Objekt hältst, siehst du dass der Brennpunkt bei 3cm liegt [Zahlen sind frei erfunden] und alle anderen Berechnungen würden zu genauso falschen Ergebnissen führen.
Hingegen, wenn ich c=.000km/s einsetze, stimmt die Beobachtung mit der Berechnung überein. Toll. Also Sprechen die täglichen Erfahrungen der zur Zeit ca. 8Mrd Menschen (inkl deiner) dafür, dass die Lichtgeschwindigkeit wohl .000km/s sein wird.

Der Wert von c (und allen anderen Naturkonstanten) kann also nicht anders als der zur Zeit angenommene Wert (innerhalb der Messgenauigkeit) sein, weil die damit angestellten Berechnungen nicht nur verdammt gut, sonder super extrem hyper unglaublich mega verdammt gut mit jeder Beobachtung die ich/du/wir täglich (direkt oder indirekt) machen, übereinstimmt ... und das auch noch komplett widerspruchsfrei.

Ist das nicht schön, dass wir in einer Zeit leben in der sowas möglich ist :-)

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Lichtgeschwindigkeit 25 Feb 2018 13:13 #28589

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Das finde ich eben nicht wirklich nachvollziehbar.
Wenn die Lichtgeschwindigkeit aufgrund zwingender anderweitiger Zusammenhänge exakt den Wert haben MUSS, wie sie ihn hat, dann müsste man diese aus eben diesen Fakten herleiten können und müsste sie nicht messen... Das zumindest war der Zusammenhang in meiner Argumentation und daran anschießend: Wenn es denn diese zwingenden Fakten geben sollte, welche sind das und warum gibt es (nur nach meinem aktuellen Wissen) keine Herleitung der Lichtgeschwindigkeit sondern eben nur Messungen?

Ich habe bisher aber verstanden, dass es diese zwingenden Fakten nicht gibt und wir daher auf die Messung angewiesen sind.
Und natürlich ist schon klar, dass sich, sollte die Lichtgeschwindigkeit eben nicht zwingend ca. .000 km/s betragen oder gar (über sehr lange Zeit und sich vielleicht auch nur in kleinem Rahmen ändern könnte - wobei man sich dann wieder fragen muss, woher sich dieser Rahmen ergibt) daraus erhebliche Konsequenzen ergeben würden...

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Lichtgeschwindigkeit 25 Feb 2018 15:52 #28598

Hi,
Nehmen wir mal die Gravitationskonstante https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6265607198a50147d595f27fdb5d33f8dbb68b05

Folgendes Experiment: Du nimmst eine Stahlkugel und lässt sie fallen.
Du wirst sehen, dass die Kugel nach unten fällt. :woohoo:
Jetzt hab ich eine Aufgabe für dich: Leite mir aus der Tatsache, dass auf der Erde Sachen nach unten fallen bitte die Gravitationskonstante ab.
Na? Schon Lösungsansätze gefunden? Ne? Ich auch nicht!
Du siehst also, dass du aufgrund von zwingenden Fakten (Stahlkugel fällt nach unten) noch nicht zwingend eine Naturkonstante (Gravitationskonstante) herleiten kannst. Das ist also etwas vollkommen normales, du hast es gerade selbst erlebt.

Du hast außerdem Festgestellt, dass die Kugel zu einem bestimmten Zeitpunkt auf dem Boden aufgeschlagen ist. Die Gravitationskonstante muss also zu der Höhe und dieser Fallzeit passen, sie kann nicht halb so groß sein, weil sonst die Kugel nach der doppelten Zeit aufgeschlagen wäre (und das ist sie ja nicht, sie ist ja aufgeschlagen, als sie Aufgeschlagen ist) und sich kann nicht doppelt so groß sein, weil sonst die Kugel nach der halben Zeit aufgeschlagen wäre (und das ist sie ja nicht...). Aber sie könnte Problemlos ein ganz kleines bisschen anders sein, denn dass läge innerhalb deiner Messungenauigkeit.
Und wir haben in diesem Supertrivial-Beispiel sogar gleich zwei "anderweitige Zusammenhänge" (zu früh/zu spät aufschlagen), die dir einen ganz klaren und "engen" Rahmen für den Wert der Gravitationskonstante setzen.

Hoffe ich konnte helfen

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