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Universum – Die Lichtgeschwindigkeit


Die Lichtgeschwindigkeit ist die höchste Geschwindigkeit, mit der sich eine Ursache auswirken kann. Gleichzeitig ist sie die Geschwindigkeit, mit der sich Licht im Vakuum ausbreitet. Das übliche Formelzeichen für die Lichtgeschwindigkeit ist c, angelehnt an das lateinische Wort celeritas für Schnelligkeit. Um Verwechselungen mit anderen Größen auszuschließen, gibt es auch die Form c0. Die Lichtgeschwindigkeit wurde nach vielen erfolglosen Versuchen erstmals von Ole Rømer im Jahr 1676 bestimmt. Verschiedene Experimente zeigten, dass sich die Geschwindigkeiten der Lichtquelle und des Beobachters nicht auf den Wert der Lichtgeschwindigkeit auswirken, den er misst. Dies unterscheidet sie von anderen, für die Ausbreitung von Licht relevanten Größen wie die Wellenlänge oder die Einfallsrichtung, die vom Beobachter abhängig sind. Die Lichtgeschwindigkeit dagegen ist konstant. Diese Konstanz der Lichtgeschwindigkeit hat weitreichende Folgen für das physikalische Verständnis von Raum und Zeit. Sie ist eine der Grundlagen der Relativitätstheorie. In Materie breitet sich Licht langsamer aus als im Vakuum. Wenn es sich nicht aus dem Zusammenhang ergibt, wird durch Wortzusätze deutlich gemacht, ob die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum oder im Medium gemeint ist. Die Frage, ob das Licht sich unendlich schnell ausbreitet oder ob es eine endliche Geschwindigkeit besitzt, war bereits in der Philosophie der Antike von Interesse. Schon Empedokles (um 450 v. Chr.) glaubte, Licht sei etwas, das sich in Bewegung befände und daher Zeit brauche, um Entfernungen zurückzulegen. Aristoteles meinte dagegen, Licht komme von der bloßen Anwesenheit von Objekten her, sei aber nicht in Bewegung. Er führte an, dass sie andernfalls so enorm groß sein müsse, dass sie jenseits der menschlichen Vorstellungskraft liege. Aufgrund seines Ansehens und Einflusses fand Aristoteles‘ Theorie allgemeine Akzeptanz. Eine altertümliche Theorie des Sehens ging davon aus, dass Licht vom Auge emittiert wird. Ein Objekt sollte demnach zu sehen sein, wenn die Lichtstrahlen aus dem Auge darauf träfen. Aufbauend auf dieser Vorstellung befürwortete auch Heron von Alexandria die aristotelische Theorie. Er führte an, dass die Lichtgeschwindigkeit unendlich groß sein müsse, da man selbst die weit entfernten Sterne sehen kann, sobald man die Augen öffnet. In der orientalischen Welt war dagegen auch die Idee einer endlichen Lichtgeschwindigkeit verbreitet. Insbesondere glaubten die persischen Philosophen und Wissenschaftler Avicenna und Alhazen (beide um das Jahr 1000), dass das Licht eine endliche Geschwindigkeit besitzt. Ihre Unterstützer waren aber gegenüber der Anhängerschaft der aristotelischen Theorie in der Minderheit. Zu Beginn des 17. Jahrhunderts glaubte der Astronom Johannes Kepler, dass die Lichtgeschwindigkeit zumindest im Vakuum unendlich sei, da der leere Raum dem Licht kein Hindernis darstelle. Hier trat die Idee auf, dass die Geschwindigkeit eines Lichtstrahls vom Medium, in dem er sich ausbreitet, abhängig sein könnte. Francis Bacon argumentierte, dass das Licht nicht notwendigerweise unendlich schnell sein müsse, sondern vielleicht nur zu schnell sei, um diese Geschwindigkeit wahrzunehmen. René Descartes ging von einer unendlich großen Lichtgeschwindigkeit aus. Sonne, Mond und Erde liegen während einer Sonnenfinsternis in einer Linie. Descartes argumentierte, dass diese Himmelskörper für einen Beobachter zu diesem Zeitpunkt scheinbar nicht in Reihe sein würden, wenn die Lichtgeschwindigkeit endlich sei. Da ein solcher Effekt nie beobachtet wurde, sah er sich in seiner Annahme bestätigt. Descartes glaubte derart stark an eine unendlich große Lichtgeschwindigkeit, dass er überzeugt war, sein Weltbild würde zusammenbrechen, wenn sie endlich wäre.