Lichtgeschwindigkeit

Hat Licht überhaupt eine Geschwindigkeit oder ist das Licht "sofort" da?

Ein Auto, das eine Straße entlang fährt, braucht eine bestimmte Zeit, bis es am Ziel ankommt. Wie schnell es am Ziel ankommt, hängt von seiner Geschwindigkeit ab.

Wenn es langsam fährt, braucht es eine längere Zeit, bis es am Ziel ankommt. Man kann auch sagen, es hat eine längere Laufzeit.

Wenn es schneller fährt, braucht es eine kürzere Zeit, bis es am Ziel ankommt. Man kann auch sagen, es hat eine kürzere Laufzeit.

  • Die Laufzeit, also die Zeit, die das Auto braucht, um vom Start bis zum Ziel zu gelangen, könnte man mit einer Stoppuhr messen.

Wie ist es aber bei einem Lichtstrahl?

Eine Person, die in einem dunklen Zimmer mit einer Taschenlampe leuchtet, erzeugt an der Wand einen Leuchtfleck. Erscheint der Leuchtfleck im selben Moment, in dem die Lampe eingeschaltet wird, oder erst einen kurzen Augenblick später?

Ist das Licht sofort da, oder hat es eine Laufzeit?

Lange Zeit galt Licht als etwas "Instantanes", also als etwas, das bei seiner Entstehung unverzüglich vorhanden ist, ohne dass seine Ausbreitung über räumliche Entfernungen hinweg Zeit benötigt.

Der italienischer Mathematiker, Physiker und Astronom Galileo Galilei (1564 – 1642) war der erste Wissenschaftler, von dem bekannt ist, dass er die Frage, ob Licht etwas Instantanes ist, experimentell untersuchte.

Für sein Experiment wählte er zwei benachbarte Hügel aus, die ca. 1 Kilometer voneinander entfernt waren. Bei Dunkelheit sollte auf jedem Hügel eine Person mit einer Laterne stehen. Die Laternen wurden mit den Händen verdeckt.

Die Person auf dem 1. Hügel sollte nun plötzlich ihre Hand wegnehmen, sodass das Licht ihrer Laterne den anderen Hügel erreichen konnte. Sobald die andere Person auf dem 2. Hügel den Lichtschein sah, sollte sie ebenfalls ihre Hand wegnehmen und zum 1. Hügel zurück leuchten.

Dann wurde die Zeit gemessen, die das Licht braucht, um von einer Person zur anderen und wieder zurück zu kommen. Galileo Galilei wusste, dass die Messung ungenau wird, wenn die beiden Personen beim Händewegziehen unterschiedlich schnell reagieren. Deshalb hatte er vorher die Reaktionszeiten der beiden Personen gemessen, um dann beim Experiment diese Reaktionszeiten von der Laufzeit des Lichtes abzuziehen.

Er stellte fest, dass der Messwert für die Laufzeit des Lichtes ausschließlich auf die Reaktionszeiten der beiden Personen zurückzuführen war.

Galilei konnte die Frage, ob Licht instantan ist oder eine Laufzeit hat, mit dem Ergebnis aus seinem Experiment nicht beantworten.

Dennoch war er, wie oben schon erwähnt, der erste Wissenschaftler, von dem bekannt ist, dass er diese Frage experimentell untersuchte.

Wenn Licht nicht instantan ist, so erklärte er, dann hätte sein Experiment auf jeden Fall gezeigt, dass sich Licht außerordentlich schnell ausbreitet und er schlug vor, das Experiment bei größeren Entfernungen zu wiederholen.

Heute weiß man, dass Licht nicht instantan ist, sondern sich mit einer Geschwindigkeit von 299792 Kilometern pro Sekunde ausbreitet. Das ist so schnell, dass es für die Strecke von einem Kilometer aus Galilei´s Experiment nur etwa eine Dreihunderttausendstel Sekunde braucht.

Ein oft verwendetes Beispiel zur Verdeutlichung ist der Abstand zwischen Erde und Mond. Die Entfernung beträgt 384403 km. Wenn das Licht für eine Strecke von 299792 km nur eine Sekunde benötigt, dann braucht es für die Strecke zwischen Erde und Mond etwa eine Zeit von etwas über einer Sekunde (ca. 1,3 sec.).

 

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