Ich bin mir nicht ganz sicher, was "ein Vakuum" genau im Zusammenhang mit "Lichtgeschwindigkeit in einem Vakuum" bedeutet. Sind zB im Vakuum elektromagnetische Felder vorhanden? Gibt es ein Konzept der "Temperatur" in einem Vakuum?
Ist "die Lichtgeschwindigkeit (Vakuum)" gleich als der drin ? Wenn ja, warum messen wir dann nicht? genauer als "in einem Vakuum auf der Oberfläche des Planeten Erde"?
Kurz gesagt – was wird als „in einem Vakuum“ betrachtet und was nicht?
Die Lichtgeschwindigkeit kann sich auf zwei Dinge beziehen, die Geschwindigkeit, mit der sich ein Lichtsignal ausbreitet, und die spezielle Endgeschwindigkeit, die in den Gleichungen der Relativitätstheorie auftaucht.
In einem Medium wie Glas oder Wasser bewegt sich Licht deutlich langsamer als im Vakuum. Dies liegt daran, dass es mit dem Material interagiert. Wenn man die Maxwell-Gleichungen im Vakuum löst – das heißt, dass keine materiellen Faktoren in den Gleichungen vorhanden sind – erhält man eine höhere Geschwindigkeit, die gleich der Lichtgeschwindigkeit in der Relativitätstheorie ist.
Dies ist kein Zufall. Die Relativitätstheorie wurde entwickelt, um zu beschreiben, wie die Physik völlig unabhängig von der Geschwindigkeit sein kann, mit der sich ein Beobachter bewegt, und dennoch immer Lichtsignale mit derselben Geschwindigkeit beobachtet. Sobald man die Algebra durchgearbeitet hat, landet man bei einer Theorie, die eine spezielle Geschwindigkeit hat, die Maxwell-Gleichungen invariant (oder eher kovariant ) lässt und die Lichtgeschwindigkeit aus den Gleichungen mit der Geschwindigkeit in der Relativitätstheorie übereinstimmt. Dies ist im Grunde ein mathematisches Ergebnis.
All dies ist klassische Physik, aber die Quantenmechanik bringt die Dinge ein wenig durcheinander. In der klassischen Physik ist Vakuum nur Raumzeit ohne Materie darin. Die Quantenfeldtheorie sorgt dafür, dass die Felder sogar in dem, was klassischerweise ein Vakuum wäre, eine gewisse Energie haben, und Teilchenpaare können zufällig auftauchen und verschwinden – mit messbaren Effekten. Deshalb gibt es zwischen zwei nahe beieinander liegenden leitfähigen Platten eine Casimir-Kraft : Das Vakuum zwischen ihnen hat gewissermaßen eine geringere Energie als außen. Tatsächlich wurde argumentiert, dass dies die Geschwindigkeit von Lichtsignalen beeinflusst, die den Raum dazwischen passieren.
Diese Quanteneffekte sind im Vergleich zu normalen Materiedichten winzig, daher sind sie hauptsächlich konzeptionell von Bedeutung. Das klassische Vakuum ist nur ein Raum ohne Materie. Was natürlich eine Idealisierung ist, da es in der Praxis auch im intergalaktischen Raum immer ein paar streunende Atome oder Teilchen gibt, aber normalerweise ist die Auswirkung auf den Elektromagnetismus (oder die Relativitätstheorie) gering.
Ja, es gibt verschiedene Arten von Vakuum. Im Casimir-Vakuum gibt es weniger elektromagnetische Wellen, daher wird vermutet , dass die Lichtgeschwindigkeit größer ist als im Casimir-Vakuum, aber das ist nur aus der Sicht eines Beobachters im normalen Vakuum. Für einen Beobachter, der in das Casimir-Vakuum eingetaucht ist, wäre die Lichtgeschwindigkeit immer noch so .
JS_Riddler