Lichtgeschwindigkeit
Die Lichtgeschwindigkeit beträgt im Vakuum 299.792.458 Meter pro Sekunde. Das physikalische Symbol ist c, für Lichtgeschwindigkeit im Vakuum c0.
Im Allgemeinen bezeichnet die Lichtgeschwindigkeit die Geschwindigkeit elektromagnetischer Strahlung.
Bereits daniel hatte vergeblich versucht, die Geschwindigkeit des Lichts zu berechnen. Der dänische Astronom Ole Römer entdeckte bei Beobachtungen der Jupitermonde, dass der zeitliche Abstand zwischen den Verfinsterungen anwuchs, wenn sich die Erde vom Jupiter entfernte. Damit konnte Römer die Lichtgeschwindigkeit mit annähernd 300.000 km/s bestimmen.
Die erste irdische Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit gelang Armand Hippolyte Louis Fizeau. Er sandte 1849 Licht durch ein sich drehendes Zahnrad auf einen mehrere Kilometer entfernten Spiegel, der es wieder zurück durch das Zahnrad reflektierte. Je nachdem, wie schnell sich das Zahnrad dreht, fällt das reflektierte Licht, das auf dem Hinweg eine Lücke des Zahnrads passiert hat, entweder auf einen Zahn, oder gelangt wieder durch eine Lücke. Nur im letzteren Fall sieht man es. Fizeau kam damals auf einen um 5% zu großen Wert. Im folgenden Jahr fand Léon Foucault jedoch den korrekten Wert.
Michelson und Morley haben in ihrem berühmten Ätherversuch nachgewiesen, dass die Lichtgeschwindigkeit unabhängig von der Bewegung der Erde ist, dass also eine Bewegung der Erde durch den damals angenommenen Äther nicht nachweisbar ist.
Seit 1983 wird die SI-Basiseinheit Meter anhand der Lichtgeschwindigkeit definiert: 1 Meter ist die Strecke, die das Licht bei c0 in 1 / 299.792.458 Sekunden zurücklegt. Der Grund für diese Neudefinition war, dass mittlerweile Zeit und Lichtgeschwindigkeit viel genauer als Strecken messbar sind.
Konkret gemessen wird immer die so genannte Zweiweg-Lichtgeschwindigkeit: Das Licht wird von einem Punkt A zu einem Punkt B geschickt und von diesem wieder zurück zu A. Es ist unmöglich die Einweg-Lichtgeschwindigkeit (von A zu B) zu messen, weil man dazu zuerst zwei Uhren bei A und B synchroniesieren müsste. Dies könnte zwar mit Lichtsignalen erreicht werden. Dazu müsste man aber wissen, wie schnell das Licht sich bewegt. Man könnte auch die Uhren bei A gleich richten und dann die eine nach B verschieben. Leider zeigt die Analyse dieses Vorgangs, dass Uhren, die relativ zueinander bewegt werden, im allgemeinen nicht gleich schnell laufen.
Albert Einstein hat in seiner speziellen Relativitätstheorie vorausgesetzt, dass das Licht von A nach B gleich viel Zeit braucht wie von B nach A. Mit dieser Voraussetzung gelang es ihm, die Uhren zu synchronisieren (Einsteinsche Uhrensynchronisation). Obwohl Einsteins Annahme plausibel ist und zu einer einfachen Theorie führt, wären auch andere Annahmen möglich. Z. B. ging Hendrik Antoon Lorentz von einem absoluten Raum aus, der sich allerdings in Messungen nicht von bewegten Systemen unterscheidet. Das Licht bewegt sich relativ zu diesem Raum mit der konstanten Lichtgeschwindigkeit c. So kommt Lorentz zwar wie Einstein auf die von den Experimenten bestätigten Voraussagen. Der Lorentzianischen Interpretation der speziellen Relativitätstheorie liegt aber eine andere Philosophie zugrunde, die insbesondere theoretisch auch Überlichtgeschwindigkeit zulässt.
In Einsteins Interpretation dagegen stellt die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum eine unüberschreitbare Grenze dar, wie dies in allen Experimenten bisher auch bestätigt wurde. Sogar wenn ein Beobachter sich mit hoher Geschwindigkeit auf eine Lichtquelle zu oder von ihr weg bewegt, misst er immer die gleiche Geschwindigkeit des einfallenden Lichtes. Überlichtgeschwindigkeit würde in Einsteins Interpretation Zeitreisen theoretisch möglich machen.
Die hypothetischen überlichtschnellen Tachyonen sind immer überlichtschnell (wenn es sie gibt), eine Geschwindigkeit unterhalb der Lichtgeschwindigkeit ist ihnen so wenig möglich wie "normaler" Materie eine höhere als diese.
Die Geschwindigkeit des Lichts hängt vom Medium ab, in dem sich das Licht bewegt. Im Vakuum ist sie am höchsten, je größer die optische Dichte ist, desto langsamer breitet sich das Licht aus. (siehe auch Lichtbrechung) Im Wasser beträgt die Lichtgeschwindigkeit rund 225.000.000 m/s. In einem solchen, optisch dichten Medium können Teilchen sich schneller bewegen als das Licht (aber nicht schneller als Licht im Vakuum!).
Manche Atomreaktoren nutzen Wasser zur Abschirmung der radioaktiven Strahlung. Die im Reaktor entstehenden Teilchen sind mit mehr als 225.000.000 m/s schneller als Licht im Wasser. Durch diese Überlichtgeschwindigkeit entsteht das blaue Leuchten solcher Atomreaktoren (Tscherenkow-Strahlung).
Es gilt:
Siehe auch: Brechungsindex, Lichtjahr