Lichtgeschwindigkeit
Etwa 300 Tausend km/s
Basiswissen
Im Vakuum: c = 2,997925 mal 10 hoch 8 m/s oder etwa 300000 km/s. Licht ist im Vakuum am schnellsten. Ist es von Materie umgeben wird es langsamer, etwas in Glas oder Wasser.
Schreibweise
◦ Die Lichtgeschwindigkeit wird - wie in Einsteins berühmter Formel E=mc² - mit einem kleinen c abgekürzt.
◦ Für die Vakuumlichtgeschwindigkeit schreibt man auch => c₀
Je nach Medium
◦ Am schnellsten ist Licht im Vakuum.
◦ Wenn es durch ein Medium wie Wasser, Luft, Glas oder einen Kristall geht, dann wird es sehr viel langsamer.
◦ Dabei verlieren die unterschiedlichen Farben des Lichts unterschiedlich stark an Geschwindigkeit.
◦ Diesen Effekt nennt man => Dispersion
Einstein
◦ Einsteins Relativitätstheorie baut auf der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit auf:
◦ Egal wie schnell man sich selbst bewegt, relativ zu Licht misst man immer c.
◦ Um die Tiefe dieses Problemes zu verstehen, muss man Licht als Welle verstehen.
◦ Die Hinführung zur mathematischen Modellierung steht unter => Photonenwelle
◦ Die grundlegende Vorstellung dazu ist beschrieben unter => Lichtäther
Wie fand man heraus, dass Licht überhaupt Zeit benötigt?
Dass Licht nicht unendlich schnell war um 1676 keineswegs offensichtlich. Es gab die konkurrierenden Theorien, dass Licht sofort den Raum erfüllt (Aristoteles) oder aber Zeit für seine Ausbreitung im Raum benötigt. Im Jahr 1676 zeigte der Däne Ole Römer anhand astronomischer Daten über die Bewegung der Jupitermonde dass Licht tatsächlich Zeit benötigt, ums ich auszubreiten [1]: die Erde und auch der Planet Jupiter bewegen sich in etwa auf einer Kreisbahn um die Sonne. Die Erde ist dabei der Sonne sehr viel näher als der Jupiter. Um den Jupiter kreisen nun vier kleine Monde, erstmals entdeckt von Galilei. Man konnte beobachten, dass ein Mond irgendwann auf seiner Bahn um den Jupitermond von der Erde aus gesehen hinter dem Jupiter verschwindet, also in seinen Schatten eintritt. Einige Zeit später tritt er dann aus diesem Schatten wieder aus. Nimmt man an, dass der Mond immer mit derselben Geschwindigkeit um den Jupiter wandert, dann müsste die Zeit im Schatten immer gleich groß sein. Das war sie aber nicht. Bewegte sich die Erde vom Jupiter weg war die Zeit im Schatten viele Minuten länger als bei einer Bewegung der Erde auf den Jupiter zu. Römer führt diese Sonderbarkeit darauf zurück, dass bei einer Bewegung der Erde weg vom Jupiter das Licht des aus dem Jupiterschatten austretenden Mondes etwas länger für seinen Weg zur Erde benötigt, als wenn sie sich auf den Jupiter zu bewegt. Kennt man den Radius der Erdbahn um die Sonne, kann man aus den geometrischen Beobachtungsdaten die Geschwindigkeit des Lichts berechnen. Diesen Vorschlag machte Römer im Jahr 1676.
Was was die erste Abschätzung der Lichtgeschwindigkeit?
Da Ole Römer den Radius der Erdbahn um die Sonne nicht kannt, konnte er auch Geschwindigkeit des Lichts nicht berechnen. Der Italiener Cassini hatte 1673 diesen Radius näherungsweise korrekt abgeschätzt. Der Niederlände Christiaan Huygens verband dann Cassinis Zahlenwert für die Erdbahn mit Römers Idee und kam damit auf etwa 213 Kilometer pro Sekunde für die Lichtgeschwindigkeit. Der tatsächliche Wert liegt bei etwa 300 Tausend Kilometer pro Sekunde. Eine ausführliche Erklärung zur Lichtgeschwindigkeit findet sich in Newtons Opticks aus dem Jahr 1704. Er beschreibt Beobachtungszeiten der Jupitermonde und schlussfolgert daraus: Licht braucht sieben bis acht Minuten von der Sonne bis zur Erde. Mehr unter => Newtons Lichtgeschwindigkeit
Schreibweise
◦ Man schreibt oft kurz: 0,98c oder 0,99c
◦ Das meint: das 0,99fache der Lichtgeschwindigkeit.
◦ Oder: 99 % der Lichtgeschwindigkeit
◦ Siehe auch => Dezimalzahl als Vielfaches
Literatur
◦ [1] O. Rømer: Démonstration touchant le mouvement de la lumière trouvé par M. Rømer de l'Académie royale des sciences. Le Journal des Sçavans. Paris 1676, 233–236.
