Lichtgeschwindigkeit<meta http-equiv="Content-type" content="text/html; charset=utf-8"> <link rel="shortcut icon" href="../../favicon.ico"><link rel="stylesheet" href="../../wikistatic.css"></head> <body><div id=topbar><table width='98%' border=0><tr><td><a href="../../h/ha/hauptseite.html" title="Hauptseite">Hauptseite</a> | <b><a href="http://de.wikipedia.org/wiki/Lichtgeschwindigkeit" title="Lichtgeschwindigkeit">Aktueller Wikipedia-Artikel</a></b></td> <td align=right nowrap><form name=search class=inline method=get action="../../../search/search.html"><input name=search size=19><input type=submit value=Search></form></td></tr></table></div> <div id=article><h1>Lichtgeschwindigkeit</h1>Die <strong>Lichtgeschwindigkeit</strong> ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit des <A HREF="../../l/li/licht.html" title="Licht">Lichtes</A> und anderer <A HREF="../../e/el/elektromagnetische_welle.html" title="Elektromagnetische Welle">elektromagnetischer Wellen</A>. Mit dieser Geschwindigkeit breitet sich die Lichtenergie aus. Das physikalische Symbol ist <em>c</em> (lat. <em>celeritas</em> »Geschwindigkeit«).<p> <p><table border="0" id="toc"><tr><td align="center"> <b>Table of contents</b> <script type='text/javascript'>showTocToggle("show","hide")</script></td></tr><tr id='tocinside'><td align="left"> <div style="margin-left:2em;"> </div> </div> <A CLASS="internal" HREF="#Messung der Lichtgeschwindigkeit">1 Messung der Lichtgeschwindigkeit</A><BR> <div style="margin-left:2em;"> <A CLASS="internal" HREF="#Astronomische Methoden">1.1 Astronomische Methoden</A><BR> <A CLASS="internal" HREF="#"Labormethoden"">1.2 "Labormethoden"</A><BR> <A CLASS="internal" HREF="#Vakuumlichtgeschwindigkeit">1.3 Vakuumlichtgeschwindigkeit</A><BR> <A CLASS="internal" HREF="#Licht in Materie">1.4 Licht in Materie</A><BR> </div> <A CLASS="internal" HREF="#Theoretische Betrachtungen">2 Theoretische Betrachtungen</A><BR> <A CLASS="internal" HREF="#Überlichtgeschwindigkeit von Materiewellen">3 Überlichtgeschwindigkeit von Materiewellen</A><BR> <div style="margin-left:2em;"> <A CLASS="internal" HREF="#Überlichtgeschwindigkeit in optisch dichten Medien">3.5 Überlichtgeschwindigkeit in optisch dichten Medien</A><BR> <A CLASS="internal" HREF="#Tachyonen">3.6 Tachyonen</A><BR> </div> <A CLASS="internal" HREF="#Unterlichtgeschwindigkeit">4 Unterlichtgeschwindigkeit</A><BR> <A CLASS="internal" HREF="#Gruppengeschwindigkeit">5 Gruppengeschwindigkeit</A><BR> </td></tr></table><P> <A NAME="Messung der Lichtgeschwindigkeit"><H2>Messung der Lichtgeschwindigkeit</H2> <A NAME="Astronomische Methoden"><H3>Astronomische Methoden</H3> Der <A HREF="../../d/da/da_nemark.html" title="Dänemark">dänische</A> Astronom <A HREF="../../o/ol/olaf_ra_mer.html" title="Olaf Römer">Ole Römer</A> entdeckte bereits <A HREF="../../1/16/1676.html" title="1676">1676</A> bei Beobachtungen der <A HREF="../../j/ju/jupiter__planet_.html" title="Jupiter (Planet)">Jupitermondemonde</A>, dass der zeitliche Abstand zwischen den Verfinsterungen anwuchs, wenn sich die Erde vom Jupiter entfernte. Damit konnte Römer die Lichtgeschwindigkeit mit annähernd 230.000 km/s bestimmen.<p> James Bradley wählte 1728 eine andere astronomische Methode, in dem er die scheinbare Abweichung eines Fixsternortes am Himmel vom realen Ort bestimmte, der durch die Bewegung der Erde hervorgerufen wird. Aus der Winkeldifferenz und der Erdgeschwindigkeit bestimmte er die Lichtgeschwindigkeit zu ungefähr 295.000 km/s. Damit kam er dem heute gültigen Wert schon mit einer Genauigkeit von ca. 1% nahe.<p> <A NAME=""Labormethoden""><H3>"Labormethoden"</H3> <A HREF="../../g/ga/galileo_galilei.html" title="Galileo Galilei">Galileo Galilei</A> versuchte um <A HREF="../../1/16/1600.html" title="1600">1600</A> als erster, die Geschwindigkeit des Lichts zu messen, indem er zwei Männer mit Blendlaternen auf zwei Hügeln postierte. Da die Lichtlaufzeit jedoch deutlich niedriger lag als die benötigten Reaktionszeiten, war der Versuch von vorneherein zum Scheitern verurteilt.<p> Die erste irdische Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit gelang <A HREF="../../a/ar/armand_hippolyte_louis_fizeau.html" title="Armand Hippolyte Louis Fizeau">Armand Hippolyte Louis Fizeau</A>. Er sandte <A HREF="../../1/18/1849.html" title="1849">1849</A> 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.<p> <A HREF="../../j/je/jean_bernard_la_on_foucault.html" title="Jean Bernard Léon Foucault">Léon Foucault</A> verbesserte 1850 die Methode weiter, indem er mit der <A HREF="../../d/dr/drehspiegelmethode.html" title="Drehspiegelmethode">Drehspiegelmethode</A> die Messstrecken deutlich verkürzte. Damit konnte er erstmals die Materialabhängigkeit der Lichtgeschwindigkeit nachweisen: Licht breitet sich in anderen Medien langsamer aus als in Luft.<p> <A HREF="../../a/al/albert_abraham_michelson.html" title="Albert Abraham Michelson">Michelson</A> und <A HREF="../../e/ed/edward_williams_morley.html" title="Edward Williams Morley">Morley</A> haben in ihrem berühmten <A HREF="../../m/mi/michelson_morley_experiment.html" title="Michelson-Morley-Experiment">Ätherversuch</A> mit Hilfe des später nach Michelson benannten Michelson-Interferometers 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.<p> In der <A HREF="../../a/as/astronomie.html" title="Astronomie">Astronomie</A> werden Entfernungen oft in Lichtjahren, der Strecke, die das Licht innerhalb eines Jahres zurücklegt, angegeben.<p> <A NAME="Vakuumlichtgeschwindigkeit"><H3>Vakuumlichtgeschwindigkeit</H3> Im Allgemeinen wird mit dem Begriff Lichtgeschwindigkeit die <strong>Vakuumlichtgeschwindigkeit</strong> gemeint. Sie ist eine grundlegende physikalische Konstante:<p> <center></center><p> Dadurch kann man ein "<A HREF="../../l/li/lichtjahr.html" title="Lichtjahr">Lichtjahr</A>" in eine Strecke von 9,5 Billionen km umrechnen. Seit <A HREF="../../1/19/1983.html" title="1983">1983</A> wird die <A HREF="../../s/si/si_einheitensystem.html" title="SI-Einheitensystem">SI-Basiseinheit</A> <A HREF="../../m/me/meter.html" title="Meter">Meter</A> anhand der Lichtgeschwindigkeit definiert: <dl><dd> 1 Meter ist die Strecke, die das Licht bei <em>c</em><sub>0</sub> in 1 / 299.792.458 Sekunden zurücklegt. </dd></dl>Der Grund für diese Neudefinition ist rein praktischer Natur: mittlerweile sind <A HREF="../../z/ze/zeit.html" title="Zeit">Zeit</A> und Lichtgeschwindigkeit viel genauer messbar als Strecken.<p> <A NAME="Licht in Materie"><H3>Licht in Materie</H3> Da nur im <A HREF="../../v/va/vakuum.html" title="Vakuum">Vakuum</A> <A HREF="../../p/ph/phasengeschwindigkeit.html" title="Phasengeschwindigkeit">Phasengeschwindigkeit</A> und <A HREF="../../g/gr/gruppengeschwindigkeit.html" title="Gruppengeschwindigkeit">Gruppengeschwindigkeit</A> übereinstimmen, weicht die Ausbreitungsgeschwindigkeit in anderen transparenten Medien von der Vakuumlichtgeschwindigkeit ab. In diesen Medien ist die Lichtgeschwindigkeit sowohl abhängig von den elektrischen und magnetischen Eigenschaften des Mediums (<A HREF="../../o/op/optische_dichte.html" title="Optische Dichte">Optische Dichte</A>) als auch von der <A HREF="../../f/fr/frequenz.html" title="Frequenz">Frequenz</A> des Lichtes (siehe auch <A HREF="../../d/di/dispersion__elektromagnetische_wellen_.html" title="Dispersion (elektromagnetische Wellen)">Dispersion</A>).<p> Die im Vakuum gültige Formel für die Lichtgeschwindigkeit<p> <center></center><p> (ε<sub>0</sub> die <A HREF="../../p/pe/permittivita_t.html" title="Permittivität">elektrische Feldkonstante</A> und μ<sub>0</sub> die <A HREF="../../p/pe/permeabilita_t__magnetismus_.html" title="Permeabilität (Magnetismus)">magnetische Feldkonstante</A> im Vakuum)<p> wird in Materie durch<p> <center></center><p> ersetzt. Die <strong>Permittivitätszahl</strong> ε<sub>r</sub> und die <strong>relativen Permeabilität</strong> μ<sub>r</sub> stehen für die elektrischen und magnetischen Eigenschaften des Materials.<p> In Luft ist die Lichtgeschwindigkeit weniger als ein Promille geringer als im Vakuum. In Wasser oder Glas wird die Lichtgeschwindigkeit auf 3/4 bis 2/3 der Vakuumlichtgeschwindigkeit reduziert.<p> Das Verhältnis der Geschwindigkeiten c<sub>0</sub> zu c wird als <A HREF="../../b/br/brechzahl.html" title="Brechzahl">Brechungsindex</A> bezeichnet.<p> Mikroskopisch gesehen werden die <A HREF="../../p/ph/photon.html" title="Photon">Photonen</A> des Lichts ständig von den Atomen oder Molekülen des Materials absorbiert und wieder emittiert.<p> <A NAME="Theoretische Betrachtungen"><H2>Theoretische Betrachtungen</H2><p> Konkret gemessen wird immer die so genannte <strong>Zweiweg-Lichtgeschwindigkeit</strong>: Das Licht wird von einem Punkt A zu einem Punkt B geschickt und von diesem wieder zurück zu A. Es ist unmöglich die <strong>Einweg-Lichtgeschwindigkeit</strong> (von A zu B) zu messen, weil man dazu zuerst zwei Uhren bei A und B synchronisieren 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. Die Analyse dieses Vorgangs zeigt, dass Uhren, die relativ zueinander bewegt werden, im Allgemeinen nicht gleich schnell laufen.<p> <A HREF="../../a/al/albert_einstein.html" title="Albert Einstein">Albert Einstein</A> hat in seiner speziellen <A HREF="../../r/re/relativita_tstheorie.html" title="Relativitätstheorie">Relativitätstheorie</A> 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 <A HREF="../../h/he/hendrik_antoon_lorentz.html" title="Hendrik Antoon Lorentz">Hendrik Antoon Lorentz</A> 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 <A HREF="../../a/a_/a_berlichtgeschwindigkeit.html" title="Überlichtgeschwindigkeit">Überlichtgeschwindigkeit</A> zulässt.<p> In Einsteins Interpretation dagegen stellt die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum eine <strong>unüberschreitbare Grenze</strong> 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 <strong>immer die gleiche Geschwindigkeit</strong> des einfallenden Lichtes. Dies mag verrückt klingen, ist aber eine logische Folgerung aus realen Messergebnissen sowie der Relativitätstheorie. <A HREF="../../a/a_/a_berlichtgeschwindigkeit.html" title="Überlichtgeschwindigkeit">Überlichtgeschwindigkeit</A> würde in Einsteins Interpretation <A HREF="../../z/ze/zeitreise.html" title="Zeitreise">Zeitreisen</A> theoretisch möglich machen.<p> <A NAME="Überlichtgeschwindigkeit von Materiewellen"><H2>Überlichtgeschwindigkeit von Materiewellen</H2><p> <A NAME="Überlichtgeschwindigkeit in optisch dichten Medien"><H3>Überlichtgeschwindigkeit in optisch dichten Medien</H3><p> Die <A HREF="../../g/ge/geschwindigkeit.html" title="Geschwindigkeit">Geschwindigkeit</A> des Lichts hängt vom <strong><A HREF="../../m/me/medium__physik_.html" title="Medium (Physik)">Medium</A></strong> ab, in dem sich das Licht bewegt. Im <A HREF="../../v/va/vakuum.html" title="Vakuum">Vakuum</A> ist sie am höchsten, je größer die <A HREF="../../o/op/optische_dichte.html" title="Optische Dichte">optische Dichte</A> ist, desto langsamer breitet sich das Licht aus. (siehe auch <A HREF="../../b/br/brechung__physik_.html" title="Brechung (Physik)">Lichtbrechung</A>) Im <A HREF="../../w/wa/wasser.html" title="Wasser">Wasser</A> beträgt die Lichtgeschwindigkeit rund 225.000.000 m/s. In einem solchen, optisch dichten Medium können sich Materiewellen (Teilchen)schneller bewegen als das Licht (aber nicht schneller als Licht im Vakuum!).<p> Manche Atomreaktoren nutzen Wasser zur Abschirmung der <A HREF="../../r/ra/radioaktivita_t.html" title="Radioaktivität">radioaktivenen</A> <A HREF="../../s/st/strahlung.html" title="Strahlung">Strahlung</A>. 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 (<A HREF="../../t/ts/tscherenkow_licht.html" title="Tscherenkow-Licht">Tscherenkow-Strahlung</A>).<p> <A NAME="Tachyonen"><H3>Tachyonen</H3><p> Die hypothetischen überlichtschnellen <A HREF="../../t/ta/tachyon.html" title="Tachyon">Tachyonen</A> sind <em>immer</em> <A HREF="../../a/a_/a_berlichtgeschwindigkeit.html" title="Überlichtgeschwindigkeit">überlichtschnell</A> (<em>wenn es sie gibt</em>), eine Geschwindigkeit unterhalb der Lichtgeschwindigkeit ist ihnen so wenig möglich wie "normaler" Materie eine höhere als diese.<p> <A NAME="Unterlichtgeschwindigkeit"><H2>Unterlichtgeschwindigkeit</H2><p> Es gibt auch Experimente, in denen Licht 'künstlich' abgebremst wird. Dazu werden optische Eigenschaften makroskopischer Quantensysteme (<A HREF="../../b/bo/bose_einstein_kondensat.html" title="Bose-Einstein-Kondensat">Bose-Einstein Kondensat</A>) genutzt.<p> <A NAME="Gruppengeschwindigkeit"><H2>Gruppengeschwindigkeit</H2><p> Mit der Gruppengeschwindigkeit bezeichnet man die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Energie. Die Gruppengeschwindigkeit und die Phasengeschwindigkeit des Lichts sind im Vakuum gleich groß. Die Geschwindigkeiten sind in einem Stoff, der Dispersion zeigt, verschieden groß.<p> Nach der speziellen Relativitätstheorie ist die Vakuumlichtgeschwindigkeit die obere Grenze der Gruppengeschwindigkeit.<p> <p> <p> <p> <p> <p> <p> <p></div><br><div id=footer><table border=0><tr><td> <small>Dies ist ein Artikel aus der freien Enzyklopädie <a href="http://de.wikipedia.org">Wikipedia</a>. Stand: August 2004. Der Artikel steht unter der <a href="http://www.gnu.org/licenses/fdl.txt">GNU Free Documentation License</a>.</small></td></tr></table></div>