Lichtgeschwindigkeit

Lichtgeschwindigkeit

Schaltet man eine Lampe ein, dann könnte man meinen, dass das Licht sofort überall ist. Dann müsste sich das Licht unendlich schnell ausbreiten. Das wäre aber doch sehr seltsam. In der Antike gab es Befürworter der Meinung, dass sich Licht unendlich schnell ausbreitet und solche, die an eine endliche Geschwindigkeit des Lichts glaubten. Mit den damaligen Messmethoden konnte man weder das eine noch das andere beweisen.

Galileo Galilei (1564-1641) ersann um 1600 eine Methode, mit der er glaubte, die Lichtgeschwindigkeit messen zu können.

1. Er selbst und ein Gehilfe gingen mit je einer Laterne auf zwei Hügel. Zunächst waren beide Laternen ausgeschaltet.
2. Wenn Galilei seine Lampe einschaltete, sollte der Gehilfe dann seine Lampe zum Leuchten bringen, wenn er das Licht von Galileis Lampe sieht.
3. Aus der Entfernung der beiden Standorte und dem Zeitunterschied, bis Galilei das Licht der Lampe des Gehilfen sieht, sollte man die Lichtgeschwindigkeit berechnen können.

Lichtgeschwindigkeit messen

Probiere die Methode von Galileo Galilei selber aus!

Allerdings stellte Galilei fest, dass nach Abzug der Reaktionszeit keine messbare Zeit für das Licht übrig blieb. Er schloss lediglich aus dem Versuch, dass die Lichtgeschwindigkeit sehr, sehr groß sein muss.

Moderne Messung

Dank sehr genauer Stoppuhren, lässt sich die Lichtgeschwindigkeit heute mit einer ähnlichen Methode messen. Im Prinzip verwendet man einen Laser, einen Spiegel und eine Stoppuhr.

1. Man verbindet den Laser mit der Stoppuhr und startet diese, sobald der Laser eingeschaltet wird.
2. Gleichzeitig mit dem vom Spiegel reflektierten Lichtstrahl stoppt die Uhr.
3. Aus der Zeit und der doppelten Entfernung von Laser zu Spiegel kann man die Lichtgeschwindigkeit berechnen.

Von der Lichtquelle als Sender bewegt sich das Licht zum Auge, welches die Lichtstrahlen empfängt. Dazu benötigt das Licht eine gewisse Zeit. Die Geschwindigkeit, mit der sich das Licht bewegt, heißt Lichtgeschwindigkeit.

Das Licht bewegt sich also mit fast 300 000 km/s – das sind ca. 1 Milliarde km/h.

Wir sehen nur Vergangenheit

Weil Licht eine sehr große, aber endliche Geschwindigkeit hat, sehen wir immer einen Gegenstand, wie er zu dem Zeitpunkt ausgesehen hat, als die Lichtstrahlen von diesem abgegangen sind.

Disco-Sonne

Unsere Sonne ist rund 150 000 000 km von der Erde entfernt. Da das Licht in einer Sekunde 300 000 km zurücklegt, braucht das Licht von der Sonne bis es zu uns kommt $$\frac{150\,000\,000\;km}{300\,000\;km/s} = 500\;s$$ – das sind rund 8 ⅓ Minuten. Die Lichtstrahlen, die jetzt von der Sonne auf die Erde eintreffen, wurden vor 8 ⅓ Minuten auf die Reise geschickt. Wir sehen also die Sonne, wie sie vor 8 Minuten und 20 Sekunden ausgesehen hat.

Licht von der Sonne

Wenn wir den Mond betrachten, dann hat das Licht von diesem bis zu uns etwas mehr als eine Sekunde gebraucht.

Licht vom Mond

Der nächste Fixstern, Proxima Centauri, ist soweit von uns entfernt, dass das Licht von diesem rund 4 Jahre braucht, bis es bei uns ist. Wenn Astronomen durch das Fernrohr diesen Stern betrachten, dann empfangen sie heute das Licht, das dieser Stern vor etwa 4 Jahren ausgesendet hat. Man sieht ihn also so, wie er vor etwa 4 Jahren ausgesehen hat.

Licht von Proxima Centauri

Man sagt auch, dass Proxima Centauri rund 4 Lichtjahre von uns entfernt ist. Ein Lichtjahr ist also keine Zeitangabe, sondern gibt die Strecke an, die das Licht in einem Jahr zurücklegt und das sind rund 9,46 Billionen Kilometer.

Beispiele aus dem Weltraum

• Die mittlere Entfernung zwischen Sonne und Neptun beträgt ca. 4,17 Lichtstunden.
• Der Durchmesser der Milchstraße, beträgt etwa 200 000 Lichtjahre.
• Die Entfernung zur nächsten größeren Galaxie, der Andromedagalaxie, beträgt 2,4 bis 2,7 Millionen Lichtjahre.
• Der am weitest entfernte Stern am Himmel, den wir mit bloßem Auge gerade noch am Nachthimmel sehen können, liegt im Sternbild Kassiopeia. Er ist etwa 15 000 Lichtjahre von uns entfernt, was bedeutet, dass sein Licht 15 000 Jahre bis zu uns braucht.

Ab dieser Entfernung können wir mit bloßem Auge keine Einzelsterne mehr sehen. Aber Sternhaufen oder Galaxien sind dann für uns noch sichtbar.

Mit dem Hubble-Weltraum Teleskop, das sich seit 1990 außerhalb der Erdatmosphäre befindet, hat man das Licht von Himmelsobjekten aufgenommen, die rund 13 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind. Das heißt aber auch, dass man Licht empfangen hat, das etwa 800 Millionen Jahre nach dem Urknall ausgesendet worden ist.