Liechtgschwindigkeit

D' Liechtgschwindigkeit isch d'Usbreitigsgschwindigkeit vum Liecht un vu andere elektromagnetische Welle. Si het im Vakuum dr definiert Wert vu 299.792.458 m/s, also chnapp 300.000 km/s oder eweng meh wie e Milliarde km/h (1.079.252.849 km/h) un trait als physikalischs Symbol dr Buechstab c (lat. celeritas zue alem. Schnelligkeit). Die viilfach bestätigt Konstanz vu dr Vakuumliechtgschwindigkeit isch eins vu dr grundlegende physikalische Prinzipie, wo au die aktuell Definition vum Meter druf berueht.

Messig vu dr Liechtgschwindigkeit

Astronomischi Methode

Dr dänisch Astronom Ole Rømer het scho 1676 bi Beobachtige vu dr Jupitermönd entdeckt, dass dr zittlich Abstand zwische dr Verfinsterige agwaxe isch, wenn sich d'Erde vum Jupiter entfernt het un chleiner worre, wenn si sich agnächeret het. Des het dr Rømer aber numme als Beleg fer d'Endlichkeit vu dr Liechtgschwindigkeit gnu un nit - wie oft behauptet - au fer e Bestimmig vu sällere Gschwindigkeit. Säll het 1678 mit Hilf vu im Rømer sinene Date dr niderländisch Astronom Christiaan Huygens gmacht un zue 214.000–300.000 km/s bestimmt (berechnet mit ere 1400 bzw. 1000 s verfrüehte Verfinsterig vum Mond Io.

Dr James Bradley het 1728 e anderi astronomischi Methode gnu, indem er die schinbar Abwichig vum e Fixsternort am Himmel vum reale Ort bestimmt het, wo dur d'Bewegig vu dr Erde hervorgruefe wird. Us dr Winkeldifferenz un dr Erdgschwindigkeit het er d'Liechtgschwindigkeit zue ugfähr 295.000 km/s bestimmt, was wäniger wie 2 Prozent vum hüt gültige Wert abwiicht.

Labormethode

Dr Galileo Galilei het um 1600 als Erster versuecht, d'Gschwindigkeit vum Liecht z'messe, indem er zwei Männer mit Blendlaterne uf zwei Hügel in 100 m Entfernig postiert het. Wil d'Liechtlaufziit aber um Grösseornige nidriger lit wie die benötigte Reaktionszitte, isch säller Versuech vu vorneri zum Schitere verurdeilt gsi.

Die erst irdisch Bestimmig vu dr Liechtgschwindigkeit isch im Armand Hippolyte Louis Fizeau glunge. Er het 1849 Liecht dur e sich drillends Zahnrad uf e mehreri Kilometer entfernte Spiegel gschickt, wo säll wiider zruck dur's Zahnrad reflektiert het. Je noochdem, wie schnell sich des Zahnrad drillt, fallt des reflektiert Liecht, wo uf em Hiwäg e Lucke vum Zahnrad passiert het, entweder uf e Zahn oder glangt wiider dur e Lucke - un bloss im letztere Fall siiht mer's. Dr Fizeau isch domols uf e um 5% z'grosse Wert chu.

Dr Léon Foucault het 1850 die Methode witter verbesseret, indem er mit dr Drillspiegelmethode d'Messstrecke dütli verchürzt het. Dodemit het er erstmols d'Materialabhängigkeit vu dr Liechtgschwindigkeit noochwiise chänne: Liecht breitet sich in andere Medie langsamer us wie in Luft.

Dr Albert Abraham Michelson un dr Edward Morley hän in ihrem berüehmte Ätherversuech mit Hilf vum später nooch em Michelson benennte Michelson-Interferometer nochgwiise, dass d'Liechtgschwindigkeit uabhängig vu dr Bewegig vu dr Erde isch un somit e Bewegig vu dr Erde dur dr (domals noch agnumme) Äther nit noochwiisbar isch.

Vakuumliechtgschwindigkeit

Im Allgmeine isch mitem Begriff Liechtgschwindigkeit d' Vakuumliechtgschwindigkeit $c$ (oder $c_{0}\,$ ) gmeint. Si isch e grundlegendi physikalischi Konstante un het folgende Wert:

$c=299.792.458\;{\frac {m}{s}}$

Wäge sinere iberragende Bedütig isch dr Betrag vu dr Liechtgschwindigkeit uf säller Wert definiert, er isch also exakt. Wägenem Zämmehang mit dr elektrische un magnetische Feldkonstante sin sällene ihri Wert ebefalls uf e exakte' Wert festgsetzt. Die Definition vu dene Wert isch so z'versto, dass mer veribart, sälli (definierte) Zahlewerte z'verwende.

Mit Hilf vu dr Liechtgschwindigkeit cha mer rüümlichi un zittlichi Grössene inenander iberfüehre (lueg au Astronomischi Masseiheite). So losst sich z. B. e Liechtjohr in e Strecki vu 9,4605 Billione km umrechne. Sit 1983 wird d SI-Basiseiheit Meter anhand vu dr Liechtgschwindigkeit definiert:

1 Meter isch jeni Strecki, wo s'Liecht im Vakuum in 1 / 299.792.458 Sekunde zruckleggt.

Dr Grund fer sälli Nöidefinition isch vu rein praktischer Natur, wil d'Zitt mittlerwili dur Atomuhre sehr gnau messbar isch. Dribernus isch es unerheblich, ob jetz e Strecki oder d'Liechtgschwindigkeit als Längemass verwendet werre, wil die drei Grössene iber d'Formel

$v={\frac {s}{t}}$

mitenander verchnüpft sin. Dr "chrumm" Wert fer d'Liechtgschwindigkeit isch gwählt worre, um d'Abwichige zum alde System meglichst gring z'halde, d. h. eini us dr Zitt errechnet Längi het fast deselb Wert, wo sich au us eme Vergliich mitem Urmeter ergä dät.

Liecht in Materie

Wil bloss im Vakuum Phasegschwindigkeit un Gruppegschwindigkeit iberistimme, wiicht d'Usbreitigsgschwindigkeit in andere transparente Medie vu dr Vakuumliechtgschwindigkeit ab. In sällene Medie isch d'Liechtgschwindigkeit sowohl abhängig vu dr elektrische un magnetische Eigeschafte vum Medium (Extinktion) wie au vu dr Frequenz vum Liecht (lueg au Dispersion). In dr Deilliinterpretation vum Liecht werre d'Photone ständig vu dr Atom oder Molekül vum Material absorbiert un aschliessend wiider emittiert.

Die im Vakuum gültig Formel fer d'Liechtgschwindigkeit

$c_{0}={\frac {1}{\sqrt {\varepsilon _{0}\cdot \mu _{0}}}}$

mit dr elektrische Felddkonstante $\varepsilon _{0}$ un dr magnetische Feldkonstante $\mu _{0}$ (im Vakuum) wird in Materie dur

$c={\frac {1}{\sqrt {\varepsilon _{0}\cdot \varepsilon _{r}\cdot \mu _{0}\cdot \mu _{r}}}}={\frac {c_{0}}{\sqrt {\varepsilon _{r}\cdot \mu _{r}}}}$

ersetzt. Die relativ Permittivitätszahl $\varepsilon _{r}$ und die relativ Permeabilitätszahl $\mu _{r}$ stehn fer die elektrische un magnetische Eigeschafte vum Material.

In bodenocher Luft isch d'Liechtgschwindigkeit öppe 0,29 Promille gringer wie im Vakuum. In Wasser beziegigswiis Glas wird d'Liechtgschwindigkeit uf ca. 3/4 bzw. 2/3 vu dr Vakuumliechtgschwindigkeit reduziert (die exakt Liechtgschwindigkeit in Materie isch abhängig vu dr Wellelängi vum betrachtete Liecht).

S'Verhältnis vu dr Gschwindigkeite $n={\frac {c_{0}}{c}}$ wird als Brechzahl bezeichnet.

Under Zuehilfnahm vu optische Eigeschafte vu makroskopische Quantesysteme (Bose-Einstein-Kondensat) isch es meeglich, Liecht beliebig z'verlangsame un bis zum Stillstand abzbremse, ohni dass e echti Absorption stattfindet [1].

Iberliechtgschwindigkeit in optisch dichte Medie

D'Gschwindigkeit vum Liecht hängt vum Medium ab, wo sich s'Liecht bweggt. Während si im Vakuum am höchste isch, breitet sich s'Liecht in Materie umso langsamer us, je grösser die optisch Dichti (bzw. Brechzahl, bzw. Dielektrizitätkonstante) isch (lueg au Liechtbrechig). Im Wasser betrait d'Liechtgschwindigkeit rund 225.000 km/s. Imene sonige, optisch dichte Medium chänne sich Materiewelle (Dailli) schneller bewege wie s'Liecht (aber niemols schneller wie Liecht im Vakuum).

Manchi Atomreaktore nutze Wasser fer d'Abschirmig vu dr radioaktive Strahlig. Die im Reaktor entstehende Deilli sin mit meh wie 225.000 km/s schneller wie Liecht im Wasser. Dur die Iberliechtgschwindigkeit entstoht s'blau Lüchte vu sonige Atomreaktore (Tscherenkow-Strahlig).

Tachyone

Die hypothetische Tachyone (Deilli mit imaginärer Ruehmasse) sin immer iberliechtschnell. Es isch fer si ebeso umöglich e Gschwindigkeit gliich oder underhalb vu dr Liechtgschwindigkeit iznämme, wie normali Materie nit uf Iberliechtgschwindigkeit beschlünigt werre cha.

Allerdings cha mer us dr Relativitätstheori folgere, dass Tachyone, selbst wenn es si gäb, nit mit normaler Materie interagiere chänne. Ufgrund vu dr Entwicklig vu dr Wellefunktion, sofern si quantemechanisch betrachtet wird, ergit sich, dass Tachyone Information bi Interaktion mit normaler Materie bloss mit Underliechtgschwindigkeit ustusche chännte.

(Lueg dodezue Tachyone un Iberliechtgschwindigkeit)

Gruppegschwindigkeit

Mit dr Gruppegschwindigkeit bezeichnet mer d'Fortpflanzigsgschwindigkeit vu dr Energi. D Gruppegschwindigkeit un d Phasegschwindigkeit vum Liecht sind im Vakuum gliich gross. Ime Stoff, wo Dispersion zaigt, sin die baide Gschwindigkeite higege verschide gross.

Noch dr spezielle Relativitätstheori isch d'Vakuumliechtgschwindigkeit die ober Grenze vu dr Gruppegschwindigkeit. Es isch theoretisch durus möglich, dass d'Phasegschwindigkeit grösser wie d'Liechtgschwindigkeit im Vakuum wird. Des stellt kei Widerspruch zue dr Relativitätstheori dar, wil mit dr Phasegschwindigkeit keini Informatione ibertrait werre chänne.

Erreiche vu dr Liechtgschwindigkeit

Noch dr Relativitätstheori isch es umeeglich, e Masse uf Liechtgschwindigkeit z'beschlünige. Wemmer e Körper beschlünigt, füehrt mer ihm kinetischi Energi zue. Noch dr Relativitätstheori bedütet des, dass d'Masse vum Körper grösser wird. Um aber e waxendi Masse z'beschlünige, wird wiider Energi benötigt. Die nöi zuegfüehrt Energi bewirkt e ernöiti Massezuenahm. Des bedütet, e Masse cha d'Liechtgschwindigkeit nit erreiche, selbst wemmer Energiquelle besitze dät, wo unendli vil Energi bereitstelle däte.

Weblink

• Bestimmig vu dr Usbraitigsgschwindigkeit vum Liecht ime Glasprisma
• Dytschlandfunk: Einstein und die 'Lichtbremse
• Alpha Centauri: Kann man mit Lichtgschwindigkeit reisen? Gibt es Überlichtgeschwindigkeit?
• Fast lichtschnell durch die Stadt – E Spritztour dur d'Tübinger Aldstadt bi fast Liechtgschwindigkeit
• Optischi Uswirkige bi Reise mit annächernd Liechtgschwindigkeit
• Abbremse vu Liecht bis zuem Stillstand

Dä Artikel basiert uff ere fräie Übersetzig vum Artikel „Lichtgeschwindigkeit“ vu de dütsche Wikipedia. E Liste vu de Autore un Versione isch do z finde.