Thread Rating:
  • 0 Vote(s) - 0 Average
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
Işık hızı Nedir? Işık hızı Aşılabilirmi? Lichtgeschwindigkeit
#1
Oku-1 
   

Işık hızı Nedir? Işık hızı Aşılabilirmi? Lichtgeschwindigkeit

Işığın boşluktaki hızı, genellikle c ile gösterilir, fiziğin birçok bölümünde kullanılan önemli bir fiziksel sabittir. Kesin değeri 299.792.458 m/s'dir. (  yaklaşık olarak

3.00×108 m/s). Metrenin uzunluğu bu sabitten ve uluslararası zaman standardından hesaplanmıştır. Özel göreceliliğe göre c, evrendeki bütün madde ve bilgilerin hareket

edebileceği maksimum hızdır. Bütün kütlesiz parçacıkların ve ilgili alanlardaki değişimlerin boşluktaki hareket hızıdır (  ışık ve çekimsel dalgalar gibi elektromanyetik

radyasyon dahil). Bu parçacıklar ve dalgalar gözlemcinin eylemsiz referans çerçevesi ya da kaynağın hareketi ne olursa olsun c'de hareket ederler. Görecelilik Teorisi'nde c,

uzay- zaman arasındaki ilişkiyi kurar; aynı zamanda meşhur kütle-enerji eşdeğerliliği formülünde de gözükür. E = mc2.[1]

Işığın hava veya cam gibi şeffaf maddelerdeki ilerleyiş hızı c'den azdır. Benzer şekilde radyo dalgalarının tel kablolardaki ilerleyişi de c'den yavaşdır. Işığın madde içindeki

hızı v ile c arasındaki orana o maddenin kırılma endeksi (  n) denir (  n=c/v). Örneğin, görülebilir ışık için camın kırılma endeksi genellikle 1.5 civarındadır. Yani ışık camın

içinde c/1.5≈ 200.000 km/s; kırılma endeksi 299.700 km/s (  c'den yaklaşık 90 km/s daha yavaş) ile hareket eder.

Hangi açıdan bakılırsa bakılsın ışık ve öteki elektromanyetik dalgalar anında yayılıyormuş gibi gözükür ancak, ölçülebilir hızlarının uzun mesafeler ve hassas ölçümlerle

ölçülebilir sonuçları vardır. Uzaydaki keşif araçlarıyla iletişim kurarken mesajların Dünya'dan uzay aracına ya da uzay aracından Dünya'ya ulaşması dakikalar ya da saatler

alabilir. Yıldızlardan gelen ışık onları yıllar önce terk etmiştir ve bu sayede uzaktaki nesnelere bakarak evrenin tarihini çalışma şansı verir. Işığın ölçülebilir hızı aynı

zamanda bilgisayardaki bilgilerin çipler arasında aktarılması gerektiği için bilgisayarların teorik hızını da sınırlar. Işık hızı, uzak mesafeleri yüksek isabetle ölçebilmek

için uçuş zamanı ölçümlerinde de kullanılır.

Ole Romer ilk olarak 1676'da, Jüpiter'in uydusu Io'nun görünür hareketini inceleyerek, ışığın ölçülebilir bir hızda hareket ettiğini göstermiştir(  anlık hareketin aksine).

1865'te James Clerk Maxwell Elektromanyetizm Teorisi'nde ışığın elektromanyetik bir dalga olduğunu ve bu nedenle c hızında hareket ettiğini ileri sürmüştür. 1905'te Albert

Einstein ışığın hızının herhngi bir referans çerçevesinde ışık kaynağından bağımsız olduğunu öne sürmüştür ve bu varsayımının sonuçlarını Görecelik Teorisi'ni öne atıp c

parametresini ışık ve eletromanyetizm dışındaki şeylerle alakalı olduğunu göstermiştir.

Yüzyıllar boyunca süren ve giderek daha da kesinleşen ölçümler sonucunda 1975'te ışığın hızının 299.792.458 m/s olduğu 4 milyarda birlik bir belirsizlikle hesaplanmıştır. 1983

yılında metre Uluslararası Ünite Sistemi (  SI) tarafından, ışığın boşlukta 1/299.792.458 saniyede katettiği mesafe olarak yeniden tanımlanmıştır. Bunun sonucu olarak, c'nin

değeri metrenin tanımı tarafından net bir şekilde sabitlenmiştir. [2]

Sayısal Değer, Formül ve Birimler

Işık hızı genellikle sabit(  constant) ya da Latince celerity(  hızlı, çabuk) kelimelerinin temsilen “c” ile ifade edilir. Geçmişte V ışık hızı için alternatif bir sembol

olarak kullanılmıştır ve 1865'te James Clerk Maxwell tarafından ortaya atılmıştır. 1856'da Wilhelm Eduard Weber ve Rudolf Kohlrausch c'yi daha sonra ışık hızının √2 katına denk

geldiği görülen başka bir sabit için kullanmışlardır. 1894'te Paul Druder c'yi modern anlamıyla tekrar tanımlamıştır. Einstein Görecelik üzerine yazdığı Orijinal Almanca

makalelerde V'yi kullanmıştır ama 1907'de o zaman ışık hızı için standart sembol haline gelmiş c'yi kullanmaya başlamıştır.[3][4]

Bazen c dalgaların herhangi bir maddesel çevredeki hızını ifade etmek için kullanılır ve c0 da ışığın boşluktaki hızını ifade etmek için kullanılır.[5] SI tarafından da kabul

edilmiş bu alt simgeli ifade diğer alakalı sabitlerle aynı forma sahiptir, μ0 vakum geçirgenliği veya manyetik sabit, ε0 boşluktaki iletkenlik veya eletrik sabiti ve Z0 uzayın

direnci için.

1983'ten beri metre Uluslararası Ünite Sistemin'de ışığın 1/ 299792458 saniyede katettiği mesafe olarak tanımlanmıştır. Bu tanım ışığın boşluktaki hızını kesin olarak 299792458

m/s olarak sabitlemiştir. Boyutsal fiziksel bir sabit olarak c ünite sistemlerinde farklı değerlere sahiptir. Fiziğin c'nin sıkça gözüktüğü görecelik gibi bölümlerinde, doğal

ölçüm ünitesi ya da geometrik ölçüm ünitesi olarak c=1 kullanılır. Bu üniterler kullanıldığında c, 1 bölme ve çarpma işlemlerinde etkisiz olduğu için çok gözükmez.
Fizikteki Temel Rolü
Işığın boşluktaki yayılma hızı ışık kaynağının hareketinden de gözlemcinin hareketsiz referans noktasından da bağımsızdır. Işık hızının değişmezliği, 1905'te Maxwell'in

Elektromanyetizm Teorisi'nden ve Luminiferous Aether(  19. Yüzyılda ışık kaynağı olduğu düşünülen teori)'ın varlığına dair bir kanıt olmamasından ilham alarak, Einstein

tarafından öne sürülmüştür ve o zamandan bu yana birçok deney tarafından kanıtlanmıştır. Yalnızca iki yönlü ışığın(  ışık kaynağın ve ayna gibi) hızının çevreden bağımsız

olduğunu onaylamak mümkündür çünkü kaynakla alıcıdaki saatlerin nasıl senkronize edileceğine dair bir yol bulmadan ışığın tek yönlü hızını ölçmek mümkün değildir. Ancak,

Einstein senkronizasyonunu saatlere uyguladığımızda tek yönlü ve çift yönlü ışık hızları birbirine eşitlenir. İzafiyet Teorisi bu değişimsizliğin sonuçlarını tüm eylemsiz

referans çerçevelerinde fiziğin kanunlarının aynı olduğunu varsayarak inceler. Tek sonuç, c'nin bütün kütlesiz parçacıkların ve dalgaların, ışık dahil, boşluktaki hızıdır..

[Image: 148108028293831.png]

Özel göreliliğin birçok mantığa aykırı ve deneylerle onaylanmış çıkarımları vardır. Bunlara kütle-enerji denkliği (  E = mc2),yükseklik kısalması(  hareket eden cisimler

kısalır) ve zaman genişlemesi (  hareket eden saatler daha yavaş işler) dahildir. Boyun kısaldığı ve zamanın genişlediği γ etmeni Lorentz Faktörü olarak bilinir ve γ = (  1 −

v2/c2)−1/2ile ifade edilir(  v nesnenin hızı). γ ile 1 arasındaki fark günlük hızlar gibi c'den çok daha düşük olan hızlar için (  özel göreliliğin Galilean göreliliği

tarafından yaklaşıldığı bir durum) gözardı edilebilir ancak göreceli bir hızla yükselir ve v c'ye yaklaştıkça sonsuzluğa doğru sapar.

Özel göreliliğin sonuçları uzay ve zamanı uzayzaman olarak bilinen ve matematiksel formülü c parametresini içeren Lorentz değişmezi adlı özel bir simetriyi sağlayan bir yapı

olarak kabul edilerek özetlenebilir. (  c uzay ve zamanın birimlerine bağlıdır). Lorentz değişmezi modern fizik teorileri için neredeyse evrensel olarak kabul edilmiş bir

çıkarımdır. Modern fizikte c hemen hemen her yerde ortaya çıkan, ışıkla alakası olmayan birçok konuda dahi görülen bir parametre haline gelmiştir. Örneğin, genel görelilik c'nin

aynı zamanda yer çekiminin ve yer çekimsel dalgaların da hızı olduğunu tahmin etmektedir. Hareketsiz referans çerçevelerinde ışığın hızı sabit ve c'ye eşittir ancak ışığın

ölçülebilir mesafedeki hızı mesafenin ve zamanın nasıl tanımlandığına bağlı olarak c'den farklı çıkabilir.[6]

Genel olarak c gibi temel sabitlerin uzayzamanda değişmediği, yani mekana bağlı olmadığı ve zamanla değişmediği varsayılır. Ancak, değişik teorilerde ışığın hızının zaman içinde

değişmiş olabileceği öne sürülmüştür. Bu değişimleri onaylayacak bir kanıt henüz bulunamasa da araştırmalar devam etmektedir. .[7][8]

Aynı zamanda genel olarak ışığın izotopik olduğu varsayılır. Yani, ne yönde ölçülürse ölçülsün aynı değere sahiptir.Nükleer enerji seviyelerinin yayılan çekirdeklerin ve optik

rezonatörlerin fonksiyonu olarak gözlemleri olası iki taraflı eşyönsüzlüğe sıkı bir limit koymaktadır..[9][10]
Hızın üst limiti

Özel göreliliğe göre m kütleli ve v hızlı bir nesnenin enerjisi  γmc2, ile ifade edilir. v 0 olduğunda γ 1'dir ve bu meşhur  E = mc2 denklemini sağlar. v c'ye yaklaştıkça γ

sonsuza yaklaşır ve kütlesi olan ve ışık hızında hareket eden bir nesneyi hızlandırmak sonsuz ölçüde bir enerji gerektirir. Kütlesi olan nesneler için ışık hızı üst hız

limitidir ve fotonlar ışık hızından daha hızlı hareket edemezler. Bu birçok göreceli enerji ve momentum deneylerinde kanıtlanmıştır.  .[11]

[Image: 14810802829612.png]

Daha genel olarak, bilginin ya da enerjinin c'den daha hızlı hareket etmesi imkansızdır. Bunun bir argümanı, özel göreliliğin eşzamanlılık göreliliği olarak bilinen mantık dışı

bir çıkarımını takip eder. Eğer A ve B olayları arasındaki mesafe, aralarındaki zaman aralığının c ile çarpımından büyükse, aralarında A'nın B'yi takip ettiği ya da B'nin A'yı

takip ettiği referans çerçeveleri vardır ve bazılarında A ve B eşzamanlıdır. Bunun sonucu olarak, eğer bir şey hareketsiz bir referans çerçevesine göre c'den daha hızlı hareket

ediyorsa başka bir çerçeveye göre zamanda geriye doğru hareket ediyor olur ve nedensellik bozulmuş olur. Böyle bir bir referans çerçevesinde bir etki nedeninden önce

gerçekleşebilir. Nedenselliğin bu şekilde bozulması henüz kayıtlara geçmemiştir.[12]
Işıktan hızlı deneyler ve gözlemler

Bazı durumlarda enerji, cisimler ya da bilgi ışıktan hızlı hareket ediyormuş gibi gözükse de etmezler. Örneğin; aşağıdaki "ışığın bir çevrede yayılması"nda bazı dalgaların hızı

c'yi geçebilir. Örneğin, x-ray ışınlarının çoğu camdaki faz hızı c'yi geçmektedir ancak faz hızı dalgaların bilgiyi yayma hızını göstermez.[13]

Eğer bir lazer ışını uzaktaki bir nesne üzerinde hızlıca gezdirilirse, ışık noktasının ilk hareketi ışığın uzaktaki nesneye ulaşma süresi nedeniyle gecikse de, ışık noktası

c'den hızlı hareket edebilir. Ancak, yalnızca hareket eden fiziksel varlıklar lazer ve onun yaydığı ışıktır ve lazerden değişik noktalara ışık hızında hareket ederler. Benzer

olarak, uzaktaki bir gölge de zamanda bir gecikmeden sonra ışıktan hızlı hareket ettirilebilir. İki durumda da herhangi bir madde, enerji ya da bilgi ışıktan hızlı hareket

etmez.[14]

Hareket eden iki referans çerçevesi arasındaki mesafenin değişme oranı c'nin üzerinde bir değere sahip olabilir. Ancak, bu hareketsiz bir çerçeve içinde ölçülen herhangi bir

cisimin hızını yansıtmaz.[14]

Bazı quantum etkileri, EPR paradox'unda olduğu gibi, anında, yani c'den hızlı olarak aktarılıyormuş gibi gözükebilir. Bir örnek birbirine girmiş iki parçacığın quantum

durumlarını içermektedir. İki parçacıktan herhangi biri incelenene kadar parçacıklar üst üste gelmiş iki quantum durumu içinde var olurlar. Eğer parçacıklar ayrılıp birinin

quantum durumu incelenirse ötekinin quantum durumu anında belirlenmiş olur. Ancak, ilk parçacığın gözlemlendiğinde hangi quantum durumunu kontrol etmek mümkün olmadığı için

bilgi bu yolla yayılamaz.  [14][15]

Işıktan hızlı hızları tahmin eden başka bir quantum etkisi de Hartman Etkisi'dir. Belirli koşullar altında, yapay bir parçacığın bir bariyerden geçmesi için gereken zaman,

bariyerin kalınlığı ne olursa olsu, sabittir. Bu, yapay parçacığın geniş bir boşluğu ışıktan hızlı bir şekilde geçmsiyle sonuçlanabilir. Ancak, bu etki kullanılarak herhengi bir

bilgi gönderilemez.[16]

Sözde ışıktan hızlı hareket, radyogalakilserin göreceli jetleri, yıldızsı gök cisimleri gibi astronomik nesnelerde gözlemlenebilir. Ancak, bu jetler ışıktan hızlı hareket

etmemektedir. Göze ışıktan hızlı gelen hareket cismin ışık hızına yaklaşmasının ve dünyaya düşük bir görüş açısıyla yaklaşmasının sonucudur.[17]

Genişleyen evrenin modellerinde galaksiler ne kadar uzaklarsa birbirlerinden o kadar hızlı uzaklaşırlar. Ayrılma uzaydaki hareketin değil, uzayın genişlemesinin sonucudur.

Örneğin, dünyaya uzak olan galaksiler dünyaya olan uzaklarıyla orantısal bir hızla uzaklaşırlar. [18]

[Image: 148108077828181.jpg]

CERN’deki uluslararası araştırma grubunun sözcüsü, Antonio Ereditato, ışık hızını aşmayı başardıklarını söyledi.

İSVİÇRE’nin Cenevre kentinde bulunan Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi (  CERN) bilim adamları, üç yıl süren deneylerin son aşamasında atomdan küçük nanopartikülleri ışık

hızından daha hızlı seyahat ettirmeyi başardıklarını açıkladı.

CERN’in sözcüsü Antonio Ereditato, Cenevre’den İtalya’nın Gran Sasso kentine nötrinoları (  kütlesi olmayan temel parçacıklar) saniyede 300 bin km olan ışık hızından 60

nanosaniye daha hızlı göndermeyi başardıklarını belirtti.

CERN’deki bilim adamları, 2011 yılında yapılan deneylerde Alplerin kolu olan Apenin Dağları’nın altında bir laboratuvardan 700 kilometre ötedeki diğer laboratuvara nötrinoların

saniyenin milyarda birinden hızlı bir şekilde ulaştığını ve ışık hızının aşıldığını iddia etmişlerdi. Ancak daha sonra nötrinoların ışık hızından daha hızlı hareket ettiğini öne

süren anormal sonuçların makinede meydana gelen arızadan kaynaklandığı açıklanmıştı.

Sözcü Antonio Ereditato, bu kez sonuçlardan emin olduklarını söyledi. Albert Einstein’a göre hiçbir şey ışıktan daha hızlı hareket edemez. Ancak doğrulandığı takdirde bu deney,

Albert Einstein’ın Özel Görelilik Kuramı’nın bazı kısımlarını tersine çevirebilir, evrenin nasıl işlediğini açıklayan yasalar altüst olabilir.


Işığın yayılımı

Klasik fizikte ışık elektromanyetik dalga olarak sınıflandırılmıştır. Elektromanyetik alanların klasik hareketi Maxwell denklemleriyle tanımlanmıştır. Bu denklemlerde,

elektromanyetik dalgaların boşluktaki yayılma hızı olan c elektrik sabite ve manyetik sabite c = 1/√ε0μ0.[19] Modern kuantum fizikte elektromanyetik alan kuantum elektrodinamik

teorisiyle(  QED) tanımlanmaktadır. Bu teoride ışık, elektromanyetik alanın temel çıkışı olan fotonlarla tanımlanır. QED'ye göre fotonlar kütlesiz parçacıklardır ve boşlukta

ışık hızıyla hareket ederler.

QED'nin fotonun kütleye sahip olduğu genişlemeleri de düşünülmüştür. Böyle bir teoride fotonun hızı frekansına bağlı olur ve değişmez c hızı ışığın boşluktaki hızının üst limiti

olur. Işığın hızında testlerde herhangi bir değişim gözlenmemiştir ve bu da fotounun kütlesine sıkı bir limit koymaktadır. Elde edilen limit kullanılan modele göre değişebilir.

Işığın hızının frekansına bağlı olarak değişmesinin başka bir sebebi de, quantum yerçekimindeki bazı teorilerde tahmin edildiği gibi, özel göreliliğin gelişi güzel küçüklükteki

durumlarda uygulanamaması olabilir. 2009'da gamma ışını patlaması GB 090510'un gözlemlerinde farklı enerjilerdeki fotonların hızında bir değişme gözlemlenmemiştir, bu da Lorentz

değişmezinin en azından Planck Uzunluğu'nun 1.2'ye bölümüne kadar onaylanması demektir.  [20]
Ortam İçinde
Bir çevrede ışık genel olarak c'ye eşit bir hızda yayılmaz; daha da fazlası, değişik ışık dalgaları değişik hızlarda ilerleyebilir. Düz bir dalganın (  bir frekansla bütün

uzayı doldurabilen dalga) tavan ve taban yaparak yayıldığı hıza faz hızı denir. Ölçülebilir bir uzunluğu(  ışık nabzı) olan gerçek bir fiziksel işaret farklı bir hızda ilerler.

Nabzın en büyük bölümü grup hızında ilerlerken erken kısımları ön hızla ilerler.

[Image: 14810803565521.gif]


Faz hızı ışın bir maddede ya da bir maddeden ötekine nasıl ilerlediğini belilerken önemlidir. Kırılma endeksi olarak temsil edilir. Bir maddenin kırılma endeksi, c'nin maddedeki

faz hızına oranı olarak tanımlanır. Bir maddenin kırılma endeksi ışığın frekansına, yoğunluğuna, polarizasyonuna ya da yayılma yönüne bağlı olabilir ama çoğu durumlarda maddeye

bağlı bir sabit olarak görülebilir. Havanın kırılma endeksi yaklaşık olarak 1.0003'tür. Bose- Einstein Yoğuşuğu gibi egzotik maddelerde kırılma endeksi sıfıra yakın olabilir, bu

da ışığın hızını saniyede yalnızca birkaç metreye kadar düşürebilir. Ancak, bu atomlar arasındaki emilim ve tekrar yayılma geçikmesini temsil eder. Işığın maddede yavaşlamasını

ölmek için iki farklı fizikçi takımı ışığı rubidium elementinden yapılma bir Bose-Einstein Yoğuşuğu kullanarak durdurmayı denediler. Ancak bu denelerdeki "ışığın durması" tanımı

yalnızca ışığın atomun daha kararsız hallerinde depolanması ve daha sonra gelişi güzel bir zamanda tekrar yayılması şeklinde olmuştur. "Durduğu" sürede ışık olmayı bırakmıştır.

Bu tarz davranış genel olarak ışığı yavaşlatan tüm çevreler için doğrudur.

Şeffaf maddelerde kırılma endeksi genelde 1'den büyüktür, yani faz hızı c'den küçüktür. Öteki materyallerde kırılma endeksinin bazı frekanslarda 1'den küçük olması olasıdır;

bazı egzotik maddelerde kırılma endeksinin negatif olması dahi olasıdır. Nedenselliğin bozulmaması gereksinimi herhangi bir maddenin dieletrik sabitinin gerçek ve sanal

kısımlarının Kremars- Kronig ilişkisiyle bağlı olduğunu ima eder. Pratic olarak, kırılma endeksinin 1'den küçük olduğu maddelerde dalganın emilimi o kadar hızlıdır ki c'den daha

hızlı bir sinyal gönderilemez.

Farklı grup ve faz hızları olan bir nabız zaman içinde biter. Bu süreç ayrılım olarak bilinir. Bazı maddeler ışık dalgaları için çok düşük grup hızlarına sahiptir, yavaş ışık

olarak adlandırılan ve deneylerle onaylanmış bir fenomen. Tam tersi, c'yi aşan grup hızları, aynı zamanda deneylerde gözlemlenmiştir. Anlık ya da zamanda geriye doğru hareket

eden nabızlar için grup hızın sonsuz olması ya da negatif çıkması da mümkün olmalıdır.[21]

Ancak, bu seçeneklerin hiçbiri bilginin c'den daha hızlı aktarılmasını sağlamaz. Erken kısımlarından daha hızlı bir nabızla bilgi yollamak mümkün değildir. [21]

Bir parçacığın bir maddenin içinde o maddenin faz hızından daha hızlı ilerlemesi mümkündür. Yüklü bir parçacık bunu iletken olmayan bir maddenin içinde yaptığı zaman Cherenkov

Radyasyonu olarak bilinen bir şok dalgası yayılır. .[22]
Ölçülebilirliğin pratik etkileri

Işık hızı iletişimle alakalıdır :  Tek yönlü ve gidiş-geliş gecikmeleri sıfırdan büyüktür. Bu küçükten astronomik ölçülere kadar geçerlidir. Öteki yandan, mesafe ölçümü gibi

bazı teknikler ışığın ölçülebilir hızına da bağlı olabilir.
Küçük ölçekler

Süperbilgisayarda, ışık hızı bilgilerin işlemciler arasında ne kadar hızlı yollanabileceğine dair bir sınır oluştumaktadır. Eğer bir işlemci 1 gigahertz'den açılıyorsa bir

sinyal bir döngüde maximum 30 cm ilerleyebilir. Bu yüzden işlemciler iletim gecikmesini minimuma indirmek için birbirilerine yakın konmalıdırlar, bu da soğutma sorunlarına neden

olabilir. Eğer saat freanksları yükselmeye devam ederse ışık hızı tekil çiplerin tasarımında bir limit haline gelecektir.[23]
Dünya üzerinde büyük mesafeler

Örneğin, dünyanın 40075 km ve c'nin de 300000 km/s civarında olduğunu düşünürsek bilginin kürenin yarısını gezeceği en kısa süre 67 milisaniyedir. Işık dünyada optik bir iplikte

gezerken iletim süresi daha uzundur çünkü kırılma endeksine bağlı olarak ışık optik iplikte %35 civarıdna daha yavaş hareket eder. Ayrıca düz hatlar global iletişimlerde nadiren

kullanılır ve sinyal eletronik düğmeden ya da sinyal üreticiden geçerken yavaşlar.[24]


[Image: 148108041219621.gif]

Uzay uçuşları ve astronomi
The diameter of the moon is about one quarter of that of Earth, and their distance is about thirty times the diameter of Earth. A beam of light starts from the Earth and reaches

the Moon in about a second and a quarter.
A beam of light is depicted travelling between the Earth and the Moon in the time it takes a light pulse to move between them :  1.255 seconds at their mean orbital (  surface-

to-surface) distance. The relative sizes and separation of the Earth–Moon system are shown to scale.

Benzer şekilde dünya ve uzay araçları arasındaki iletişim de anlık değildir. Kaynakla alıcı arasındaki mesafe arttıkça daha da belirginleşen bir gecikme vardır. Apollo 8 ayın

yörüngesine giren ilk insanlı hava aracı olduğunda bu gecikme çok büyüktü :  Her sorunun cevabı için yer kontrol istasyonu 3 saniye beklemek zorundaydı. Dünya ve Mars arasındaki

gecikme 5-20 dakika arası değişebilir.

NASA Jüpeter'in yörüngesinde dolaşan bir probedan bilgi almak için saatlerce beklemek zorundadır. Bu da bir navigasyon hatası durumunda düzeltmenin zamanında yetişememesi

riskini ortaya çıkarmaktadır.

Daha uzaktaki astronomik kaynaklardan ışık ya da farklı sinyaller almak bundan da uzun sürebilir. Uzak nesnelerin ışığın ölçülebilir hızı nedeniyle daha genç gözükmeleri

astronomlara yıldızlarsın, galaksilerin hatta evrenin evrimini gözlemleme şansı vermiştir.

Bazen astronomik mesafeler, özellikle popüler bilim yayınlarında ve medyada ışık hızıyla ifade edilir. Işık yılı ışığın bir yılda katettiği mesafedir. Yaklaşık olarak bir ışık

yılı 10 trilyon km ya da 6 trilyon mildir. Dünyaya güneşten sonraki en yakın yıldız uaklaşık 4.2 ışık yılı uzaklıktadır.[25]
Mesafe ölçümü

Radyo sistemleri bir hedefe olan mesafeyi radyo dalgasının antenden yansıtıldıktan sonra hedeften dönmesinin aldığı zamana göre ölçer. Global pozisyonlama sistemi(  GPS) alıcısı

GPS uydusuna olan uzaklığını uydulardan gelen sinyallerin süresine göre hesaplar ve uydularla arasındaki mesafeden kendi yerini hesaplar. Lunar Lazer Menzilleme deneyi, radar

astronomisi ve Derin Uzay Ağı Ay'a, gezegenlere ve uzayaraçlarına olan mesafeleri sinyallerin gidiş-geliş sürelerine göre hesaplarlar.
Yüksek frekanslı alım satım

Işık hızı yüksek frekanslı alım-satımda giderek daha önemli hake gelmektedir. Tüccarlar mallarını birkaç saniye önce teslim ederek dakika avantajı sağlamaya çalışmaktadır.

Örneğin; tüccarlar mikrodalga iletişimi optik-fiber iletişime tercih ediyorlar çünkü optik-fiber sinayaller ışıktan %30-40 daha yavaş hareket ederken mikrodalgalar havada ışık

hızına yakın hızlarda hareket ederler.[26]
Ölçüm
c'nin değerini belirlemenin farklı yolları vardır. Bir yol, ışığın yayıldığı gerçek hızı hesaplamaktır ki değişik astronomik ve dünya temelli adımlarla yapılabilir. Ancak ε0 ve

μ0 gibi fiziksel değerlerin c ile bağlantısı kurularak da hesaplanabilir. Tarihte en isabetli ölçümler, ışığın dalgaboyu ve frekansı tek tek hesaplanıp sonuçlar c'ye eşitlenerek

elde edilmiştir.

[Image: 148108046285321.png]

[Image: 148108046287562.png]

Astronomik ölçümler
Jüpiter'in uydusu Io'nun tutulmasından faydalanılarak ışık hızının ölçümü

Dış uzay, büyük boyutu ve mükemmele yakın boyutu sayesinde c'yi ölçmek için son derece elverişlidir. Tipik olarak, birisi ışığın belirli bir referans sistemindeki mesafeyi

katetmesi için gerek zamanı ölçer. Tarihte bu tip ölçümler, referans uzaklığın dünya temelli birimlerle ne kadar isabetli olarak ölçüldülğüne göre, son derece isabetli olarak

yapılabilmiştir. Elde edilen sonuçlar gün başına Astronomik Birimerle(  AU) ifade edilir.

Ole Christensen Romer astronomik ölçümleri kullanarak ışığın mikratsal hızının ilk tahminlerini yapmıştır. Dünyadan ölçüldüğü zaman uyduların gezegenlerin etrafında dönme hızı

dünya gezegelere yaklaşırken, uzaklaşıkerkenki hızlarından daha fazladır. ışığın gezegenden dünyaya katettiği mesafe, dünya yörüngesinde o gezene en yakın konumundayken daha

kısadır, mesafedeki fark dünyanın Güneş etrafındaki yörüngesinin çapıdır. Uydunun periyorundaki değişim ışığın uzak ya da yakın mesafeyi katetmesindeki zaman farkından

oluşmaktadır.
A star emits a light ray which hits the objective of a telescope. While the light travels down the telescope to its eyepiece, the telescope moves to the right. For the light to

stay inside the telescope, the telescope must be tilted to the right, causing the distant source to appear at a different location to the right.
Işığın sapması  :  Uzak bir kaynaktan gelen ışık farklı bir yerden geliyormuş gibi görünür. Bunun sebebi ışığın hızının sonlu olmasıdır.

Bir başka metodsa 18. yy. da James Bradley tarafından keşfedilen "ışığın sapması"dır. Bu etki, uzaktaki bir kaynaktan ulaşan ışığın hızına gözlemcinin hızının vektör olarak

eklenmesiyle oluşur. Hareketli bir gözlemci ışığı farklı bir noktadan gelirken gözlemler ve kaynağın yerini farklı görür. Dünya Güneş'in etrafında döndükçe dünyanın hızının yönü

değiştiği için bu yıldızların hareket ettiği izlenimi verir. Yıldızların konumunun açısal farkından ışığın hızını dünyanın güneş etrafındaki hızı cinsinden yazmak mümkündür.

1729'da Bradley bu metodu kullanarak ışığın dünyanın yörüngedeki hızından 10,210 kat daha hızlı hareket ettiğini öne sürmüştür.  [27]
Astronomik Birim

AU yaklaşık olarak dünya ile güneş arasındaki mesafedir. 2012'de net olarak 149 597 870 700 m. olarak yeniden tanımlanmıştır. Daha önce AU SI birimleri ile değil, Güneş

tarafından uygulanan yerçekimi kuvvetinin klasik mekanik çerçevesindeki koşullarıyla ifade edilmiştir. Güncel tanım , AU'nun önceki tanımının tavsiye edilen şekilde metre ile

ifade edilmiş halini kullamaktadır. Bu yeniden tanımlama , ışık hızını saniye başına AU'da sabitlemiştir.

Daha önce c'nin tersi saniyede AU olarak ifade edilmiş ve radyo sinyallerinin Güneş Sistemin'deki araçlara ulaştığı zaman kullanılırak hesaplanmıştır. Bu tarz birçok hesaplama

birleştirilerek birim uzaklık başına ışık zamanı için en iyi değer elde edilebilir. Örneğin; 2009'da Uluslararası Astronomik Birlik tarafından kabul edilen en iyi tahmin : [28]

[29]

    Birim uzaklık başına ışık zamanı :  :  7002499004783836000♠499.004783836(  10) s
    c = 7008299792457999999♠0.00200398880410(  4) AU/s = 7002173144632674000♠173.144632674(  3) AU/day.

Bu hesaplardaki göreceli hesap hatası milyarda 0.02'dir. Metre belli bir zamanda ışık tarafından katedilen mesafe olarak tanımlandığı için, ışık zamanının önceki AU tanımı ile

ölçülmesi eski AU'nun metre ile ölçülmesi olarak yorumlanabilir.[Note 7]
Uçuş zamanı teknikleri
One of the last and most accurate time of flight measurements, Michelson, Pease and Pearson's 1930–35 experiment used a rotating mirror and a one-mile (  1.6 km) long vacuum

chamber which the light beam traversed 10 times. It achieved accuracy of ±11 km/s
A light ray passes horizontally through a half-mirror and a rotating cog wheel, is reflected back by a mirror, passes through the cog wheel, and is reflected by the half-mirror

into a monocular.
Fizeau aletinin diyagramı

Işık hızını ölçmenin bir metodu da ışığın bilinen bir noktaki bir aynaya gitme ve geri dönme hızının hesaplanmasıdır. Bu Fizeau-Foucault düzeneğinin arkasındaki prensiptir ve

Hippolyte Fizeau ve Leon Foucault tarafından geliştirilmiştir.

Fizeu tarafından kullanılan bu düzenek 8 kilometre uzaklıktaki bir aynaya gönderilen bir ışık huzmesinden oluşur. Kaynaktan aynaya giderken huzme dönen dişli bir çarktan geçer.

Belli bir dönme hızında huzme giderken bir boşluktan ve dönerken başka bir boşluktan geçer ancak biraz düşük ya da yüksek dönme hızlarında huzme dişlerden birine çarpar ve

çarktan geçemez. Dişliyle ayna arasındaki mesafeyi, çarktaki diş sayısını ve dönme hızını bilerek ışığın hızı hesaplanabilir.  [14]

The method of Foucault replaces the cogwheel by a rotating mirror. Because the mirror keeps rotating while the light travels to the distant mirror and back, the light is

reflected from the rotating mirror at a different angle on its way out than it is on its way back. From this difference in angle, the known speed of rotation and the distance to

the distant mirror the speed of light may be calculated.[30]

Bu günlerde bir nanosaniyeden az zaman çözünürlüğü olan salınım izlerler sayesinde ışığın hızı bir lazer ya da LED'den gelen ışık nabızının aynadan yansımasının zamanı ile direk

olarak ölçülebilir. Bu metod diğer modern teknşklerkadar isabetli değildir anca bazı üniversite fizik sınıflarında labaratuvar deneyi olarak kullanılır..[31][32][33]
Elektromanyetik sabitler

C'yi elektromanyetik dalgaların yayılımına bağlı olmadan hesaplamanın bir yolu Maxwell'in teorisinde kullanılan c, ε0 ve μ0 arasındaki ilişkişkiyi kullanmaktır.  ε0 kapasitans

ve kapasitörün boyutları hesaplanarak bulunabilir. μ0 ise 4π×10−7 H·m−1 olarak sabittir. 1907'de Rosa ve Dorsey bu metodu kullanarak 299710±22 km/s değerini bulmuşlardır.[34]

[35]
Boşluk rezonansı
A box with three waves in it; there are one and a half wavelength of the top wave, one of the middle one, and a half of the bottom one.
Boşluktaki durağan elektromanyetik dalgalar

Işık hızını ölçmenin başka bir yolu da elektromanyetik bir dalganın boşluktaki frekansını ve dalgaboyunu ayrı ayrı ölçmektir. c'nin değeri c=fλ eşitliği ile bulunabilir. Bir

seçenek de boşluk rezonansının rezonans frekansını ölçmektir. Eğer rezonans boşluğunun boyutları biliniyorsa dalganın dalgaboyunu bulmak için kullanılabilir. 1946'da Louis Essen

ve A.C Gordon-Smith, boyutları bilinnen bir mikrodalga boşluğunun mikrodalgalarının normal modlarının farklılıkları için bir frekans bulmuşlardır. Modların dalgaboyları boşluğun

geometirisi ve eletromanyetik teorisiden bilindiği için ilgili frekansların bilinmesi ışık hızının hesaplanmasına yardımcı olmuştur.[34][36]

Essen–Gordon-Smith sonucu,299792±9 km/s, optik tekniklerle bulunanlardan çok daha isabetliydi. 1950 yılına kadar Essen tarafından yapılan tekrarlı ölçümler 299792.5±3.0 km/s

sonucunu vermiştir.  [37]

Bu teknik evde mikrodalga fırın ve marşmelov ya da margarin gibi yemek yardımıyla da gözlemlenebilir :  eğer dönermasa kaldırılırsa yemek hareket etmez , en hızlı olarak

antidotlarda pişer ve erimeye başlar. Böyle iki nokta arasındaki mesafe mikrodalganın dalgaboyunun yarısıdır; bu mesafeyi ölçüp dalgaboyunu mikrodalga frekansıyla çarparak c

genelde 5% den daha az bir hatayla hesaplanabilir.

[Image: 148108054593091.png]

[Image: 148108054595162.png]

Boşluk rezonansı
A box with three waves in it; there are one and a half wavelength of the top wave, one of the middle one, and a half of the bottom one.
Boşluktaki durağan elektromanyetik dalgalar

Işık hızını ölçmenin başka bir yolu da elektromanyetik bir dalganın boşluktaki frekansını ve dalgaboyunu ayrı ayrı ölçmektir. c'nin değeri c=fλ eşitliği ile bulunabilir. Bir

seçenek de boşluk rezonansının rezonans frekansını ölçmektir. Eğer rezonans boşluğunun boyutları biliniyorsa dalganın dalgaboyunu bulmak için kullanılabilir. 1946'da Louis Essen

ve A.C Gordon-Smith, boyutları bilinnen bir mikrodalga boşluğunun mikrodalgalarının normal modlarının farklılıkları için bir frekans bulmuşlardır. Modların dalgaboyları boşluğun

geometirisi ve eletromanyetik teorisiden bilindiği için ilgili frekansların bilinmesi ışık hızının hesaplanmasına yardımcı olmuştur.[34][36]

Essen–Gordon-Smith sonucu,299792±9 km/s, optik tekniklerle bulunanlardan çok daha isabetliydi. 1950 yılına kadar Essen tarafından yapılan tekrarlı ölçümler 299792.5±3.0 km/s

sonucunu vermiştir.  [37]

Bu teknik evde mikrodalga fırın ve marşmelov ya da margarin gibi yemek yardımıyla da gözlemlenebilir :  eğer dönermasa kaldırılırsa yemek hareket etmez , en hızlı olarak

antidotlarda pişer ve erimeye başlar. Böyle iki nokta arasındaki mesafe mikrodalganın dalgaboyunun yarısıdır; bu mesafeyi ölçüp dalgaboyunu mikrodalga frekansıyla çarparak c

genelde 5% den daha az bir hatayla hesaplanabilir. [38][39]
İnterferometre
Schematic of the working of a Michelson interferometer.
An interferometric determination of length. Left :  constructive interference; Right :  destructive interference.

İnterferometre elektromanyetik radyasyonun dalgaboyunu bularak ışık hızını hesaplamanın başka bir yoludur. Frekansı bilinen uyumlu bir ışık huzmesi iki yolu izlemesi için

bölünür ve tekrar birleşir. Etki düzlemini gözlemlerken yolun uzunğunu ayarlayarak ve yol uzunluğundaki değişimi dikkatlice ölçerek ışığın dalgaboyu bulunabilir. Sonra ışık hızı

c = λf denklemi ile hesaplanır.

Lazer teknolojisinin gelişmesinden önce uyumlu radyo kaynakları ışık hızının interferometrik ölçümleri için kullanılırdı. Ancak; dalgaboylarının interferometrik hesaplanması

dalgaboyları ile birlikte daha isabetsiz hale gelmeye başladı ve bu yüzden deneyler radyodalgalarının uzun dalgaboyları(  ~0.4 cm) ile sınırlandı. Netlik kısa dalgaboyları ile

artırılabilir ama o zaman da ışığın frekansını direk olarak ölçmek zorlaşır. Bu sorunu çözmenin bir yolu, frekansı hesaplanabilen düşük frekanslı br sinyalle başlayıp bu

sinyalden giderek daha yüksek frekanslı sinyaller sentezlereyemektir. Daha sonra bir lazer frekansa sabitlenip dalgaboyu interferometre kullanılarak bulunabilir. 3.5×10−9.[40]

[41]
Tarih
C'nin ölçüm tarihi (  km/s) <1638 Galileo, covered lanterns inconclusive[Note 8]
<1667 Accademia del Cimento, covered lanterns inconclusive[Note 9]
1675 Rømer and Huygens, moons of Jupiter 220.000[42][43]
1729 James Bradley, aberration of light 301.000[14]
1849 Hippolyte Fizeau, toothed wheel 315.000[14]
1862 Léon Foucault, rotating mirror 298.000±500[14]
1907 Rosa and Dorsey, EM constants 299.710±30[34][35]
1926 Albert A. Michelson, rotating mirror 299.796±4[44]
1950 Essen and Gordon-Smith, cavity resonator 299.792.5±3.0[37]
1958 K.D. Froome, radio interferometry 299.792.50±0.10[45]
1972 Evenson et al., laser interferometry 299.792.4562±0.0011[41]
1983 17th CGPM, definition of the metre 299.792.458 (  exact)[46]

Modern periyodun erken bölümlerine kadar ışığın anlık mı yoksa son derece hızlı ölçülebilir bir hızla mı hareket ettiği bilinmiyordu. Bu olayın ilk ölçüldüğü olay antik

Yunanistandaydı. Antik Yunanlar, müslüman ve avrupalı bilimciler Romer ışık hızının ilk hesaplarını sağlayana kadar bunu tartıştılar. Einstein'ın İzafiyet Teorisi ışık hızının

referans çerçevesi ne olursa olsun sabit olduğunu göstermiştir. O zamandan bu yana bilimadamları giderek daha isabetli hale gelen ölçümler yapışlardır.
Erken Tarih

Empedocles ışığın ölçülebilir hızı olduğunu idda eden ilk kişiydi. Işığın hareket eden bir şey olduğunu dolayısıyla hareketinin zaman alması gerektiğini öne sürdü. Aristo ise

tam tersini öne sürüp "ışığın bir şeyin varlığından oluşutuğunu ve hareket etmediğini öne sürmüştür. Euclid ve Ptolemy Empedocles'in ışığın gözlerden emilierek görüşü sağladığı

yolundaki teorisini ilerletmişlerdir. Bu teoriye dayanarak Alexandrialı Heron yıldızlar gibi uzak nesneler gözümüzü açtığımız anda görülebildiği için ışığın hızının sonsuz

olduğunu ileri sürmüştür. Hindu Vedas'ta bahsedildiği üzere Sayana ışık hızının hesaplanması üzerine yorumlar yapmıştır. Eski İslam filozofları ilk başta Aristonun görüşlerine

katılmışlardır. 1021'de Alhazen Optik Kitabını yayınlayarak görüş teorisine karşı çıkmış ve ışığın nesnlerden göze geldiğini öne süren ve şimdi kabul edilmiş olan intromisyon

teorisini savunmuştur. Bu da Alhazen'i ışığın ölçülebilir hızı olduğunu öne sürmeye yönlendirmiştir. Işığın bir madde olduğunu, yayılmasının bizim hislerimiz tarafından fark

edilmese de zaman aldığını söylemiştir. Ayrıca 11.yy.da Abu Rayhan al Biruni de ışığın ölçülebilir hızı olduğunu söylemiş ve ışığın sesten çok daha hızlı olduğunu

gözlemlemiştir.[47]

13.yy.da Roger Bacon filozofik argümanları Alhazen ve Aristo'nun da yazdıklarıyla destekleyerek ışığın havadaki hızının sonsuz oladığını öne sürmüştür. 1270'lerde Witeloışığın

boşlukta sonsuz hızla hareket edip daha yoğun ortamlarda yavaşladığını düşünmüştür.[48]

17.yy başlarında Johannes Kepler boş uzay herhangi bir engel sunmadığı için ışık hızının sonsuz olduğuna inanmıştır. Rene Descartes eğer ışığın hızı ölçülebilir olsaydır Güneş,

Dünya ve Ay'ın bir aay tutulması sırasında düzen dışında olacağını öne sürdü. Böyle birdüzensizlik de gözlemlenmediği için Descartes ışık hızının sonsuz olduğunu varsaydı.

Descartes eğer ışığın hızının ölçülebilir olduğu keşfedilirse kendisinin bütün filozofi sisteminin yerle bir olacağını söyledi. Snell Yasası'nın Descartes derivasyonunda ışık

hızı anlık olmasına rağmen çevre ne kadar yoğunsa ışık o kadar yavaştır. Fermat da ölçülebilir ışık hızını savunmuştur. [49]
İlk ölçüm girişimleri

1629'da Isaac Beeckman bir kişinin ışık patlamasınının bir mil uzaklıktaki bir aynadan yansımasını gözlemlediği bir deney önermiştir. 1638'de Galileo Galilei bir feneri açıp bir

mesafedeki algısını gözlemleyeceği ve aradaki gecikmeden ışık hızını ölçebileceği bir deney ortaya atmıştır. Işığın anlık hareket edip etmediğini ayırt edememiştir ancak

etmiyorsa dahi inanılmaz hızlı olduğu sonucuna varmıştır. 1667'de Accademia del Cimento Galileo'nun deneyini 1 mil uzaklıktaki bir fenerle uyguladığını ve gecikme

gözlemlemediğini söylemiştir. Bu deneydeki gerçek gecikme 11 mikrosaniye civarında olurdu.
A diagram of a planet's orbit around the Sun and of a moon's orbit around another planet. The shadow of the latter planet is shaded.
Rømer'in gözlemi

Işık hızının ilk miktarsal tahmini 1676'da Romer tarafından yapılmıştır. Dünya Jüpitere yaklaşırken Jüpiter'in uydusu Io'nun uzaklaşırken gözüktüğünden daha kısa olduğunu

gözlemiş ve ışığın ölçülebilir hızının olduğu sonucuna vamıştır ve Dünya'nın yörüngesinin çapını 22 dakikada geçtiğini tahmin etmiştir. Christian Huygens butahmini Dünya'nın

yörüngesinin çapının bir tahiniyle birleştirmiş ve ışığın hızını yaklaşık 220000 km/sn olark bulmuştur. [43]

1704'te yayınladığı kitabı Optics'de Newton Romer'in hesaplarını yazmış ve ışığın Güneş'ten Dünya'ya ulaşma süresini 7 ya da 8 dakika olarak belirtmiştir. Newton Romer'in

tutulma gölgelerinin renkli olup olamdığını soruşturmuş ve olmadığını duyunca farklı renklerin aynı hızda hareket ettikleri sonucuna varmıştır. 1729'da James Bradlet yıldızsal

sapmayı keşfetti. Burdan yola çıkarak ışığın Dünya'nın yörüngesindeki hareketinden 10210 kere daha hızlı hareket ettiği sonucuna vardı.[27]
Elektromanyetizm ile bağlatılar

19.yy. de Hippolyte Fizeau Dünya'daki uçuş zamanlarına dayanarak ışık hızını hesaplamak için bir metod geliştirdi ve 315000 km/sn lik bir değer buldu. Metodu Leon

Foucault'un1862'de 298000 km/sn lik değer bulan metodundan geliştirilmişti.1856'da Wilhelm Eduard Weber ve Rudolf Kohlrausch eletromanyetik ve eletrostatik şarj birimleririni

bir Leyden kavanozunun şarjını boşaltarak ölçüp numarasal değerinin ışık hızına çok yakın olduğunu bulmuşlardır. Bir sonraki yıl Gustav Kirchoff dirençsiz bir telde elektrik

sinaylinin de bu hızda ilerlediğini bulmuştur. Erken 1860larda Maxwell üzerinde çalıştığı eletromanyetizm teorisine göre elektromanyetik dalgaların boş uzyda Weber/ Kohraush

oranında bulunan hızda hareket ettiğini bulmuştur.[50]
"Luminiferous aether"
Hendrik Lorentz (  sağda) ve Albert Einstein.

Zamanında boş uzayın arka planda Luminiferous aether adlı içinde elektromanyetik alan bulunduran bir nesneyle dolu oluduğu düşünülüyordu. Bazı fizikçiler aether'ı ışığın

yayılmasının tercih edilen referans çerçevesi olduğunu düşünmüştür ve dünyanın hareketini bu çevrede ölçülebileceğine inanmıştır. 1880lerden itibaren bunu tespit etmek için

çeşitli deneyler yapılmıştır. Bunların en meşhuru A.A.Michelson ve E.W Morley tarafından 1887de yapılmıştır. Tespit edilen hareket her zaman gözlemsel hatadan daha azdı. Modern

deneyler ışığın çiftyönlü hızının saniyede 6 nanometreye kadar izotopik olduğunu işaret etmektedir. Bu deney nedeniyle Lorentz teçhizatın aether içindeki hareketinin teçhizatın

hareketin yönündeki uzunluğunu daraltabileceğini öne sürmüş ve hareket halindeki sistemler için zaman değişkeninin de buna göre değişebileceğini varsaymıştır ve bu da Lorentz

değişimi formülüne yol açmıştır. Lorentz'in aether teorisinden yola çıkara Henri Poincare(  1900) yerel zamanın aether içinde hareket eden saatler tarafından gösterildiğini

göstermiştir. 1904te Lorentz'in teorilerinin doğrulanması halinde ışık hızının dinamikte sınırlayıcı bir faktör olabileceğini öne sürmüştür. 1905'te Lorentz'in aether teorisini

görelilik prensibiyle gözlemsel anlaşmaya getirmiştir.[51][52]

[Image: 148108061033261.jpg]

[Image: 148108061041312.jpg]

Özel Görelilik

1905'te Einstein ışığın boşlukta hızlanmayan bir gözlemci tarafından ölçülen hızının kaynaktan ya da gözlemciden bağımsız olduğunu öne sürmüştür. Bunu ve görelilik prensibini

kullanarak Özel Görelilik Kuramı'nı ortaya atmıştır. Bu da hareketsiz aether konseptini kullanışsız hale getirmiştir ve uzay ve zaman konseptlerinde devrim yaratmıştır.[53][54]
C'nin artan doğruluğu ve metre ile saniyenin yeniden tanımlanması

20.yy.nin ikinci yarısında ışık hızının ölçümünün daha isabetli olması konusunda, ilk önce boşluk rezonansı tekniği ile daha sonra da lazer interferometer teknikleriyle birçok

gelişme katedildi bunlara metre ve saniyenin yeni ve daha kesin tanımları da yardımcı oldu. 1950'de Louis Essen hızı boşluk rezonansını kullanarak 299792.5±1 km/sn olarak

hesapladı. Bu değer 12. Radyo-Bilimsel Genel buluşması tarafından kabul edildi. 1960'da metre krypton-86 spectral düzleminin belli bir dalgaboyuna göre yeniden tanımlandı ve

1967'de saniye caesium-133'ün ince geçiş frekansına göre yeniden tanımlandı.

1972de lazer interferometre metodu ve yeni tanımlar kullanılarak NBS Boulder, Colordo'da bir grup ışığın boşluktki hızını 299792456.2±1.1 m/sn olarak hesapladı. Bu daha önce

kabul edilen değerden 100 kat daha belirgin bir değerdi. Geri kalan belirsizlik çoğunlukla metrenin tanımına bağlıdır.  [55]
Işık hızını belirgin bir sabit olarak tanımlamak

1983 de 17. CGPM frkans ölçümlerindeki dalgaboylarının ve ışık hızı için geçerli değerin bir önceki standarttan daha tekrarlanabilir olduğunu bulmuştur. Saniyenin 1967'deki

tanımı sabit bıraktılar, bu nedenle caesium ince frekansı şu an hem metreyi hem de saniyeyi tanımlamaktadır. Bunu yapabilmek için metreyi "ışığın boşlukta saniyenin

1/299792458'inde aldığı mesafe"olarak tanımladılar. Bu tanımın bir sonucu olarak ışığın boşluktaki hızı tam olarak 299792458 m/sn'dir ve SI tarafından tanımlanan bir sabit

haline gelmiştir. ".[56][57]

2011'de CGPM bütün temel SI birimlerini "belirgin-sabit formülasyonunu" kullanarak yeniden tanımlamak niyetinde olduğunu belirtmiştir. Bu metrenin yeni ama tamamen denk bir

tanımını sunmuştur :  "metre, uzunluk birimi, ışığın boşluktaki hızının SI birimi s−1 ile yazılımında 299792458 olan büyüklüktür.
Notes

Lichtgeschwindigkeit

Unter der Lichtgeschwindigkeit c versteht man meist die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht im Vakuum. Neben Licht breiten sich auch alle anderen elektromagnetischen Wellen

wie auch Gravitationswellen mit dieser Geschwindigkeit aus. Sie ist eine fundamentale Naturkonstante, deren Bedeutung in der speziellen und allgemeinen Relativitätstheorie weit

über die Beschreibung der elektromagnetischen Wellenausbreitung hinausgeht.

In einem materiellen Medium ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts stets kleiner. Will man sich davon klar abgrenzen, spricht man von der Vakuumlichtgeschwindigkeit,

anderenfalls von der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht (  in einem Medium). In dispersiven Medien unterscheidet man zusätzlich zwischen der Phasen- und der

Gruppengeschwindigkeit.

Nach den Maxwellschen Gleichungen der Elektrodynamik hängt die Lichtgeschwindigkeit nicht von der Geschwindigkeit der Lichtquelle ab. Aus dieser Feststellung zusammen mit dem

Relativitätsprinzip folgt, dass die Lichtgeschwindigkeit auch nicht vom Bewegungszustand des zu ihrer Messung verwendeten Empfängers abhängt. Daraus entwickelte Albert Einstein

die Relativitätstheorie. Sie besagt unter anderem, dass die Vakuumlichtgeschwindigkeit c eine unüberwindbare Geschwindigkeitsgrenze für die Bewegung von Masse und für die

Übertragung von Energie und Information im Universum darstellt. Teilchen ohne Masse, wie die Photonen, bewegen sich stets mit dieser Grenzgeschwindigkeit, alle massebehafteten

Teilchen stets langsamer. Als Folge der speziellen Relativitätstheorie (  SRT) verbindet die Naturkonstante c die vorher unabhängigen Konzepte Energie E und Masse m in der

Äquivalenz von Masse und Energie E = m c 2 {\displaystyle E=mc^{2}} E=mc^{2}. Ort und Zeit werden durch c zur Raumzeit zusammengefasst und durch den Vierervektor (  ct,x,y,z) in

einem vierdimensionalen Raum beschrieben. Seit 1983 wird die Längeneinheit Meter als diejenige Strecke definiert, die das Licht im Vakuum in 1/299.792.458 Sekunde zurücklegt.

Die Lichtgeschwindigkeit ist so hoch, dass man lange Zeit annahm, dass das Entzünden eines Lichts überall gleichzeitig wahrgenommen werden kann. Im Jahr 1676 stellte Ole Rømer

fest, dass die beobachtete Umlaufzeit des Jupitermondes Io je nach Entfernung des Jupiters zur Erde eine regelmäßige Schwankung zeigt. Daraus folgerte er korrekt, dass sich

Licht mit einer endlichen Geschwindigkeit ausbreitet. Der von ihm ermittelte Wert hatte schon die richtige Größenordnung, wich aber noch um 30 Prozent vom tatsächlichen Wert ab.

Die Messmethoden zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit wurden in der Folgezeit immer genauer.

Das Formelzeichen c (  von lateinisch celeritas, Schnelligkeit) verwendet man in vielen Fällen auch für die abweichende Ausbreitungsgeschwindigkeit in Materialien wie Glas, Luft

oder elektrischen Leitungen. Wenn es sich nicht aus dem Zusammenhang ergibt, wird durch Wortzusätze deutlich gemacht, ob die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum oder im Material

gemeint ist. Auch der Index 0 (  →  c 0 {\displaystyle c_{0}} c_{0}) wird für die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum verwendet.

Inhaltsverzeichnis

    1 Wert
    2 Natürliche Einheiten
    3 Technische Bedeutung
    4 Lichtgeschwindigkeit und Elektrodynamik
        4.1 Ebene Welle oder Kugelwelle im Vakuum
        4.2 Ebene Welle oder Kugelwelle in einem Medium
        4.3 Transversal modulierte Welle im Vakuum
    5 Lichtgeschwindigkeit in Materie
    6 Lichtgeschwindigkeit und Teilchenphysik
    7 Überlichtgeschwindigkeit
    8 Historische Hintergründe
        8.1 Spekulationen über Endlichkeit
        8.2 Messung der Lichtgeschwindigkeit
        8.3 Zur Konstanz der Lichtgeschwindigkeit
            8.3.1 Erste Überlegungen
            8.3.2 Michelson-Morley-Experiment
            8.3.3 Unabhängigkeit von der Quelle
    9 Siehe auch
    10 Literatur
    11 Weblinks
    12 Einzelnachweise und Anmerkungen

Wert
Zeitgetreue Darstellung eines Lichtstrahls, der von der Erde zum Mond reist; Dauer :  etwa 1,3 Sekunden

Vor 1983 war der Meter als Vielfaches der Wellenlänge eines bestimmten atomaren Übergangs definiert. Die Lichtgeschwindigkeit war ein Ergebnis von Messungen, das in der

abgeleiteten Einheit Meter pro Sekunde angegeben wurde. Die 17. Generalkonferenz für Maß und Gewicht hat 1983 das Verhältnis zwischen Lichtgeschwindigkeit und Meterdefinition

umgekehrt. Seitdem wird der Zusammenhang zwischen der Wellenlänge des Übergangs und dem Meter als Ergebnis von Messungen betrachtet. Im Gegenzug konnte der Zusammenhang zwischen

dem Meter und der Lichtgeschwindigkeit durch eine Definition, d. h. ohne Messung, festgelegt werden.

    Ein Meter ist die Strecke, die Licht im Vakuum binnen des 299.792.458. Teils einer Sekunde zurücklegt.[1]

Nach dieser Festsetzung beträgt die Geschwindigkeit des Lichts im Vakuum exakt

    c = 299 792 458  Meter Sekunde , {\displaystyle c=299\,792\,458\ {\frac {\text{Meter}}{\text{Sekunde}}},} {\displaystyle c=299\,792\,458\ {\frac {\text{Meter}}{\text

{Sekunde}}},}

also etwa 300.000 Kilometer pro Sekunde oder etwas mehr als eine Milliarde Kilometer pro Stunde.

Der genaue Zahlenwert wurde so gewählt, dass er mit dem besten damaligen Messergebnis übereinstimmte. Er wird auch dann gültig bleiben, wenn genauere Geschwindigkeitsmessungen

möglich sind. Solche Messungen ergeben dann eine genauere Bestimmung für die Länge eines Meters.
Natürliche Einheiten

Viele Darstellungen der relativistischen Physik geben Längen durch Lichtlaufzeiten an oder umgekehrt Zeiten durch die Länge des Weges, den Licht während dieser Zeit durchläuft.

Ein Lichtjahr heißt dann kürzer ein Jahr. In diesen Maßeinheiten (  siehe Planck-Einheiten) gilt

    1  Lichtsekunde = 299 792 458  Meter {\displaystyle 1{\text{ Lichtsekunde}}=299\,792\,458{\text{ Meter}}} {\displaystyle 1{\text{ Lichtsekunde}}=299\,792\,458{\text{

Meter}}}

und Licht hat die dimensionslose Geschwindigkeit einer Sekunde pro Sekunde

    c = 1 {\displaystyle c=1} c=1.

Das Formelbild physikalischer Zusammenhänge vereinfacht sich durch diese Einheitenwahl, beispielsweise lautet der Zusammenhang von Energie E {\displaystyle E} E und Impuls p →

{\displaystyle {\vec {p}}} {\vec {p}} eines Teilchens der Masse m {\displaystyle m} m dann nicht mehr E 2 = m 2 c 4 + p → 2 c 2 {\displaystyle E^{2}=m^{2}c^{4}+{\vec {p}}^{\,2}

c^{2}} E^{2}=m^{2}c^{4}+{\vec {p}}^{\,2}c^{2} sondern E 2 = m 2 + p → 2 {\displaystyle E^{2}=m^{2}+{\vec {p}}^{\,2}} E^{2}=m^{2}+{\vec {p}}^{\,2}.

Wer aus einer Gleichung in natürlichen Einheiten die Gleichung im Internationalen Einheitensystem (  SI) zurückgewinnen will, muss jeden Summanden mit so vielen Faktoren c

{\displaystyle c} c multiplizieren, dass beide Seiten der Gleichung und jeder Summand gleiche SI-Einheiten haben. Beispielsweise hat im SI die Energie die Maßeinheit einer Masse

mal dem Quadrat einer Geschwindigkeit und ein Impuls die Maßeinheit einer Masse mal einer Geschwindigkeit. Damit in der Formel E 2 = m 2 + p → 2 {\displaystyle E^{2}=m^{2}+{\vec

{p}}^{\,2}} E^{2}=m^{2}+{\vec {p}}^{\,2} auf der rechten Seite im SI Größen von derselben Maßeinheit, Energie mal Energie, stehen wie auf der linken, muss daher das

Massenquadrat mit c 4 {\displaystyle c^{4}} c^{4} und das Impulsquadrat mit c 2 {\displaystyle c^{2}} c^{2} multipliziert werden. So erhält man die im SI gültige Gleichung E 2 =

m 2 c 4 + p → 2 c 2 . {\displaystyle E^{2}=m^{2}\,c^{4}+{\vec {p}}^{\,2}\,c^{2}.} E^{2}=m^{2}\,c^{4}+{\vec {p}}^{\,2}\,c^{2}.
Technische Bedeutung

Informationen in Telekommunikationsanlagen breiten sich mit 70 Prozent (  Glasfasern) bis 100 Prozent (  Vakuum, Weltraum) der Lichtgeschwindigkeit aus. Dadurch entstehen

gewisse Verzögerungszeiten, die sich nicht vermeiden lassen. Auf der Erde beträgt der maximale Abstand (  entlang der Oberfläche) zweier Orte etwa 20.000 km. Die Strecke lässt

sich in minimal 67 Millisekunden durchlaufen. Die tatsächliche Übertragungszeit ist allerdings länger. Bei atmosphärischer Übertragung wird die Welle in den verschiedenen

Schichten der Atmosphäre sowie am Erdboden reflektiert und hat so einen längeren Weg zurückzulegen. Bei der Übertragung in Glasfaserkabeln ist die Lichtgeschwindigkeit etwa 30

Prozent kleiner als im Vakuum.

Mikroprozessoren arbeiten heute mit Taktfrequenzen in der Größenordnung von 1 bis 4 GHz. Während eines Taktes legen elektrische Signale in Schaltkreisen mit Low-k-Dielektrikum

zwischen 5 und 20 cm zurück. Beim Design von Schaltkreisen sind diese Laufzeiten schon lange nicht mehr vernachlässigbar.

Geostationäre Satelliten befinden sich 35.786 Kilometer über dem Äquator. Um bei Telefon- oder Fernsehsignalen auf diesem Weg eine Antwort zu erhalten, muss das Signal

mindestens 144.000 Kilometer zurückgelegt haben :  vom Sender zum Satelliten, dann zum Empfänger, anschließend erfolgt die Antwort, und das Signal läuft den gleichen Weg zurück.

Diese Laufzeit beträgt etwa 480 Millisekunden.

Raumsonden befinden sich an ihren Zielorten oft viele Millionen oder Milliarden Kilometer von der Erde entfernt. Selbst mit Lichtgeschwindigkeit sind die Funksignale mehrere

Minuten bis Stunden zu ihnen unterwegs. Die Antwort braucht noch einmal genauso lange zurück zur Erde. Extraterrestrische Fahrzeuge, wie zum Beispiel der Mars-Rover Opportunity,

müssen daher in der Lage sein, sich selbst zu steuern und Gefahren zu erkennen, da die Bodenstation erst Minuten später auf Zwischenfälle reagieren kann.
Lichtgeschwindigkeit und Elektrodynamik

Aus den Maxwell-Gleichungen folgt, dass elektrische und magnetische Felder schwingen können und dabei Energie durch den leeren Raum transportieren. Dabei gehorchen die Felder

einer Wellengleichung, ähnlich der für mechanische Wellen und für Wasserwellen. Die elektromagnetischen Wellen übertragen Energie und Information, was in technischen Anwendungen

für Radio, Radar oder Laser genutzt wird.
Ebene Welle oder Kugelwelle im Vakuum

Die Geschwindigkeit von ebenen oder kugelförmigen elektromagnetischen Wellen im Vakuum ist den Maxwell-Gleichungen zufolge der Kehrwert der Wurzel des Produkts der elektrischen

Feldkonstanten ε 0 {\displaystyle \varepsilon _{0}} \varepsilon _{0} und der magnetischen Feldkonstanten μ 0  :  {\displaystyle \mu _{0} : } \mu _{0} :

    c = 1 ε 0 μ 0 {\displaystyle c={\frac {1}{\sqrt {\varepsilon _{0}\,\mu _{0}}}}} {\displaystyle c={\frac {1}{\sqrt {\varepsilon _{0}\,\mu _{0}}}}}

Daraus berechnete Maxwell 1865 mit den damals bekannten Werten für ε 0 {\displaystyle \varepsilon _{0}} \varepsilon _{0} und μ 0 {\displaystyle \mu _{0}} \mu _{0} den Wert von

310.740 km/s und folgerte :

    „Diese Geschwindigkeit ist so nahe an der Lichtgeschwindigkeit, so dass wir einen starken Grund zu der Annahme haben, dass das Licht selbst (  einschließlich Wärmestrahlung

und anderer Strahlung, falls es sie gibt), eine elektromagnetische Welle ist.“

Maxwells Annahme ist in allen Beobachtungen an elektromagnetischer Strahlung bestätigt worden. Mit den heutigen Werten für c , ε 0 {\displaystyle c,\,\varepsilon _{0}} c,\,

\varepsilon _{0} und μ 0 {\displaystyle \mu _{0}} \mu _{0} ist die Gleichung exakt erfüllt, denn c {\displaystyle c} c und μ 0 {\displaystyle \mu _{0}} \mu _{0} sind als

Bestandteil der Definition der physikalischen Grundeinheiten exakt festgelegt und ε 0 {\displaystyle \varepsilon _{0}} \varepsilon _{0} wird aus der Gleichung ermittelt.
Ebene Welle oder Kugelwelle in einem Medium

In einem Medium werden die beiden Feldkonstanten durch das Material geändert, was durch die Faktoren relative Permittivität ε r {\displaystyle \varepsilon _{\mathrm {r} }}

\varepsilon _{\mathrm {r} } und relative Permeabilität μ r {\displaystyle \mu _{\mathrm {r} }} \mu _{\mathrm {r} } berücksichtigt wird. Beide hängen von der Frequenz ab. Die

Lichtgeschwindigkeit im Medium ist dementsprechend

    c medium = 1 ε μ = 1 ε 0 ε r μ 0 μ r = c ε r μ r {\displaystyle c_{\text{medium}}={\frac {1}{\sqrt {\varepsilon \,\mu }}}={\frac {1}{\sqrt {\varepsilon _{0}\,\varepsilon _

{\mathrm {r} }\,\mu _{0}\,\mu _{\mathrm {r} }}}}={\frac {c}{\sqrt {\varepsilon _{\mathrm {r} }\,\mu _{\mathrm {r} }}}}} c_{\text{medium}}={\frac {1}{\sqrt {\varepsilon \,\mu

}}}={\frac {1}{\sqrt {\varepsilon _{0}\,\varepsilon _{\mathrm {r} }\,\mu _{0}\,\mu _{\mathrm {r} }}}}={\frac {c}{\sqrt {\varepsilon _{\mathrm {r} }\,\mu _{\mathrm {r} }}}}.

Das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit in Vakuum zu der in einem Medium ist der (  frequenzabhängige) Brechungsindex n {\displaystyle n} n des Mediums. Der Zusammenhang des

Brechungsindex mit der relativen Permittivität und der relativen Permeabilität heißt auch maxwellsche Relation :

    n = c c medium = ε r μ r {\displaystyle n={\frac {c}{c_{\text{medium}}}}={\sqrt {\varepsilon _{\mathrm {r} }\,\mu _{\mathrm {r} }}}} n={\frac {c}{c_{\text{medium}}}}={\sqrt

{\varepsilon _{\mathrm {r} }\,\mu _{\mathrm {r} }}}

Der rote Punkt bewegt sich mit der (  mittleren) Phasengeschwindigkeit, die grünen Punkte mit der Gruppengeschwindigkeit.

Wegen der im Allgemeinen gegebenen Abhängigkeit von ε r {\displaystyle \varepsilon _{\mathrm {r} }} \varepsilon _{\mathrm {r} } und μ r {\displaystyle \mu _{\mathrm {r} }} \mu

_{\mathrm {r} } von der Frequenz der Welle ist zu beachten, dass c m e d i u m {\displaystyle c_{\mathrm {medium} }} {\displaystyle c_{\mathrm {medium} }} die

Phasengeschwindigkeit im Medium bezeichnet, mit der Punkte gleicher Phase (  z. B. Minima oder Maxima) einer ebenen Welle mit konstanter Amplitude fortschreiten. Die Hüllkurve

eines räumlich begrenztes Wellenpakets pflanzt sich hingegen mit der Gruppengeschwindigkeit fort. In Medien weichen diese beide Geschwindigkeiten mehr oder weniger voneinander

ab. Insbesondere bedeutet ein Brechungsindex n < 1 {\displaystyle n<1} n<1 lediglich, dass sich die Wellenberge schneller als c ausbreiten. Wellenpakete, mit denen Information

und Energie transportiert werden, sind weiterhin langsamer als c.[2]
Transversal modulierte Welle im Vakuum

Nach den Maxwell-Gleichungen ergibt sich die von der Wellenlänge unabhängige Lichtgeschwindigkeit c = 1 / ε 0 μ 0 {\displaystyle c=1/{\sqrt {\varepsilon _{0}\,\mu _{0}}}} c=1/

{\sqrt {\varepsilon _{0}\,\mu _{0}}} u. a. für den Fall einer im Vakuum unendlich ausgedehnten ebenen Welle mit einer wohldefinierten Fortpflanzungsrichtung. Demgegenüber hat

jede praktisch realisierbare Lichtwelle immer ein gewisses Strahlprofil. Wird dies als Überlagerung von ebenen Wellen mit leicht veränderten Fortpflanzungsrichtungen

dargestellt, haben die einzelnen ebenen Wellen zwar alle die Vakuumlichtgeschwindigkeit c {\displaystyle c} c, jedoch gilt dies nicht notwendig für die durch die Überlagerung

entstehende Welle. Es resultiert eine leicht verlangsamte Welle. Das konnte an speziell geformten Bessel-Strahlen von Mikrowellen und sichtbarem Licht auch nachgewiesen werden,

sogar für die Geschwindigkeit einzelner Photonen.[3][4] Bei allen praktisch realisierbaren Lichtwellen, auch bei scharf gebündelten Laserstrahlen, ist dieser Effekt aber

vernachlässigbar klein.
Lichtgeschwindigkeit in Materie
Tscherenkow-Licht eines Triga-Reaktors

In Materie ist Licht langsamer als im Vakuum, und zwar gilt dort, wie oben hergeleitet wurde, c M e d i u m = c / n {\displaystyle c_{\,\mathrm {Medium} }={c}/{n}}

{\displaystyle c_{\,\mathrm {Medium} }={c}/{n}} mit einem Brechungsindex n, der größer als 1 ist.[5] Dies stimmt mit der Vorstellung überein, dass Photonen von den Molekülen

absorbiert und wieder ausgesendet werden. Zwar laufen sie zwischen den Molekülen so schnell wie im Vakuum, aber die Wechselwirkung mit den Molekülen, die wie effektive „Pausen“

wirkt, verlangsamt sie. Dieses anschauliche Bild kann allerdings nicht zur Berechnung der optischen Eigenschaften fester oder flüssiger Körper verwendet werden.

In bodennaher Luft ist die Lichtgeschwindigkeit etwa 0,28 ‰ geringer als im Vakuum (  also ca. 299.710 km/s), in Wasser beträgt sie etwa 225.000 km/s (  −25 %) und in Gläsern

mit hohem Brechungsindex bis hinab zu 160.000 km/s (  −47 %).

In manchen Medien wie Bose-Einstein-Kondensaten oder photonischen Kristallen herrscht für bestimmte Wellenlängen eine sehr große Dispersion. Licht breitet sich in ihnen deutlich

verlangsamt aus.[6] So konnte die Forschungsgruppe der dänischen Physikerin Lene Hau im Jahr 1999 Licht auf eine Gruppengeschwindigkeit von ungefähr 17 m/s bringen.[7]

Grenzen zwei durchsichtige Medien aneinander, so bewirkt die unterschiedliche Lichtgeschwindigkeit in beiden Medien die Brechung des Lichts an der Grenzfläche. Da die

Lichtgeschwindigkeit im Medium auch von der Wellenlänge des Lichtes abhängt, wird Licht unterschiedlicher Farbe unterschiedlich gebrochen und weißes Licht spaltet in seine

unterschiedlichen Farbanteile auf. Dieser Effekt lässt sich z. B. mit Hilfe eines Prismas direkt beobachten.

In einem Medium können Teilchen schneller sein als das Licht im selben Medium. Wenn sie elektrisch geladen sind, wie etwa Elektronen oder Protonen, tritt dabei der Tscherenkow-

Effekt auf :  Die Teilchen strahlen Licht ab, so wie ein überschallschnelles Flugzeug den Überschallknall hinter sich her schleppt. Dies ist beispielsweise in

Schwimmbadreaktoren beobachtbar. In ihnen befindet sich Wasser zwischen den Brennelementen. Die Betastrahlung der Spaltprodukte besteht aus Elektronen, die schneller sind als

die Lichtgeschwindigkeit im Wasser. Das von ihnen abgegebene Tscherenkow-Licht lässt das Wasser blau leuchten.

Der Tscherenkow-Effekt wird in Teilchendetektoren zum Nachweis schneller geladener Teilchen verwendet.
Lichtgeschwindigkeit und Teilchenphysik
Die Vakuum-Lichtgeschwindigkeit als Grenzgeschwindigkeit massiver Teilchen :  Wenn deren Geschwindigkeit gegen die Lichtgeschwindigkeit geht, wächst die Energie, also E (  v )

{\displaystyle E(  v)} E(  v), über alle Grenzen.

Teilchen ohne Masse bewegen sich immer und in jedem Inertialsystem mit Lichtgeschwindigkeit. Das bekannteste masselose Teilchen, das diese Eigenschaft zeigt, ist das Photon. Es

vermittelt die elektromagnetische Wechselwirkung, die einen großen Teil der Physik des Alltags bestimmt. Weitere masselose Teilchen sind im Standardmodell der Teilchenphysik die

Gluonen, die Vermittlerteilchen der starken Wechselwirkung. Teilchen mit einer von Null abweichenden Masse sind stets langsamer als das Licht. Wenn man sie beschleunigt, wächst

ihre Energie E (  v ) {\displaystyle E(  v)} E(  v) wegen der relativistischen Energie-Impuls-Beziehung gemäß

    E (  v ) = m c 2 1 − v 2 / c 2 . {\displaystyle E(  v)={\frac {m\,c^{2}}{\sqrt {1-{v}^{2}/c^{2}}}}.} {\displaystyle E(  v)={\frac {m\,c^{2}}{\sqrt {1-{v}^{2}/c^{2}}}}.}

Dabei ist v {\displaystyle v} v die Geschwindigkeit des Teilchens in Bezug auf das Inertialsystem, das für die Beschreibung des Vorgangs gewählt wird. Je näher der Betrag der

Teilchengeschwindigkeit v {\displaystyle v} v an der Lichtgeschwindigkeit c {\displaystyle c} c ist, desto mehr nähert sich der Quotient v 2 / c 2 {\displaystyle v^{2}/c^{2}}

v^{2}/c^{2} dem Wert 1 an und desto kleiner wird die Wurzel im Nenner. Insgesamt wird die Energie also umso größer, je mehr sich die Teilchengeschwindigkeit der

Lichtgeschwindigkeit nähert. Die zusätzliche Energie muss für die Beschleunigung aufgebracht werden. Mit endlich hoher Energie kann man also ein Teilchen zwar beliebig nahe an

die Lichtgeschwindigkeit beschleunigen, man kann diese jedoch nicht erreichen.

Der von der Relativitätstheorie vorhergesagte Zusammenhang von Energie und Geschwindigkeit wurde in verschiedenen Experimenten belegt.

Er hat u. a. Auswirkungen auf die Technik von Teilchenbeschleunigern. Die Umlaufzeit eines z. B. in einem Synchrotron kreisenden Pakets von Elektronen ändert sich bei weiterer

Beschleunigung kaum noch; die Synchronisation der einzelnen beschleunigenden Wechselfelder kann daher konstant sein. Dagegen muss sie bei schwereren Teilchen, die mit geringerer

Geschwindigkeit zugeführt werden, laufend der zunehmenden Geschwindigkeit angepasst werden.
Überlichtgeschwindigkeit
→ Hauptartikel :  Überlichtgeschwindigkeit

Es gibt Spekulationen über Teilchen, die sich schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Ein Beispiel sind als Tachyonen bezeichnete hypothetische Teilchen. Nach der

Relativitätstheorie könnten Tachyonen nicht mit normaler Materie wechselwirken :  sonst könnte man nicht, für alle Beobachter gleich, zwischen Ursache und Wirkung unterscheiden.

Die theoretischen Grundlagen des Tachyonen-Konzepts sind umstritten. Ein experimenteller Nachweis von Tachyonen gelang bisher nicht.

Darüber hinaus erregten in den vergangenen Jahren Veröffentlichungen besonderes Aufsehen, in denen die Beobachtung von Überlichtgeschwindigkeit behauptet wurde. Doch entweder

konnte gezeigt werden, dass die scheinbar überlichtschnelle Signalübermittlung durch eine Fehlinterpretation der Daten entstand (  überlichtschnelle Jets, superluminares

Tunneln), oder die Messungen konnten nicht reproduziert werden und stellten sich schließlich als fehlerhaft heraus (  siehe beispielsweise Messungen der

Neutrinogeschwindigkeit).
Historische Hintergründe
Spekulationen über Endlichkeit
Historisch vermutete Höhe der Lichtgeschwindigkeit Jahr (  etwa) Forscher Lichtgeschwindigkeit
450 v. Chr. Empedokles endlich
350 v. Chr. Aristoteles unendlich
100 Heron von Alexandria unendlich
1000 Avicenna/Alhazen endlich
1350 Sayana endlich
1600 Johannes Kepler unendlich
1620 René Descartes unendlich
1620 Galileo Galilei endlich

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. Licht legt

einen Kilometer in nur drei Mikrosekunden zurück. Mit den Beobachtungsmöglichkeiten der Antike ist somit unweigerlich ein Lichtstrahl scheinbar in dem Moment seines Entstehens

gleichzeitig bereits an seinem Ziel.

Trotzdem glaubte bereits Empedokles (  um 450 v. Chr.), 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 die Geschwindigkeit 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 das zum Sehen benötigte Licht vom Auge emittiert wird (  heute noch :  „das Augenlicht verlieren“ für erblinden). 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 für Licht kein Hindernis

darstelle. Hier scheint schon die Idee auf, dass die Geschwindigkeit eines Lichtstrahls vom durchquerten Medium abhängig sein könnte.

Francis Bacon argumentierte, dass das Licht nicht notwendigerweise unendlich schnell sein müsse, sondern vielleicht nur schneller als wahrnehmbar.

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 stehen 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.

Dem stehen um das Jahr 1700 die Theorien von Isaac Newton und Christiaan Huygens mit endlicher Lichtgeschwindigkeit gegenüber. Newton sah Licht als einen Strom von Teilchen an,

während Huygens Licht als eine Welle deutete. Beide konnten das Brechungsgesetz erklären, indem sie die Lichtgeschwindigkeit proportional (  Newton) bzw. umgekehrt proportional

(  Huygens) zum Brechungsindex ansetzten. Newtons Vorstellung galt als widerlegt, nachdem im 19. Jahrhundert Interferenz und Beugung beobachtet und die Geschwindigkeit in Medien

gemessen werden konnten.

Da es zu Huygens Zeit die erste Messung der Lichtgeschwindigkeit gab, die seiner Meinung nach viel zu hoch war, als dass Körper mit Masse diese erreichen könnten, schlug er mit

dem Äther ein elastisches (  weder sicht- noch messbares) Hintergrundmedium vor, das die Ausbreitung von Wellen gestatte, ähnlich dem Schall in der Luft.
Messung der Lichtgeschwindigkeit
Historische Werte für die Lichtgeschwindigkeit (  Auswahl) Jahr Forscher Methode Lichtgeschwindigkeit in km/s Weitere Resultate
etwa 1620 Galileo Galilei Zeitverzögerung der Beobachtung von Laternen, die mit der Hand abgedeckt wurden mindestens mehrere km/s
1676/78 Ole Rømer / Christiaan Huygens Zeitverzögerung bei astronomischen Beobachtungen 213.000 Nachweis einer endlichen Lichtgeschwindigkeit
1728 James Bradley Aberration 301.000 Messung der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit auf 1 %
etwa 1775 ? Venus-Transit 1769 etwa 285.000 AE wurde erstmals genau bestimmt
1834 Charles Wheatstone Drehspiegelmethode zur Messung der Geschwindigkeit von elektrischem Strom 402.336 el. Strom im Leiter
1838 François Arago Vorschlag der Drehspiegelmethode keine Messung
1849 Armand Fizeau Zahnradmethode 315 000
1851 Léon Foucault Drehspiegelmethode 298.000 ± 500
1865 James Clerk Maxwell Maxwellgleichungen 310.740 Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen bei bekannten
Feldkonstanten für elektrisches und magnetisches Feld
1875 Alfred Cornu Drehspiegelmethode 299.990
1879 Albert A. Michelson Drehspiegelmethode 299.910 ± 50
1888 Heinrich Hertz Frequenz- und Wellenlängenmessung von stehenden Radiowellen etwa 300 000 Nachweis der Natur des Lichts als elektromagnetische Welle
1926 Albert A. Michelson Drehspiegelmethode 299.796 ± 4
1947 Louis Essen, Albert Gordon-Smith elektrischer Hohlraumresonator 299.792 ± 3
1958 Keith Froome Interferometer 299.792,5 ± 0,1
1973 Boulder-Gruppe am NBS Lasermessung 299.792,4574 ± 0,001
1983 (  Definition der CGPM) Neudefinition des Meters 299.792,458 (  exakt) Keine Messung

Galileo Galilei versuchte um 1600 als Erster, die Geschwindigkeit des Lichts mit wissenschaftlichen Methoden zu messen, indem er sich und einen Gehilfen mit je einer

Signallaterne auf zwei Hügel mit bekannter Entfernung postierte. Der Gehilfe sollte Galileis Signal unverzüglich zurückgeben. Unter Abzug der Reaktionszeit seines Gehilfen

erhoffte er sich, die Lichtgeschwindigkeit zu messen, da er mit vergleichbarer Methode schon erfolgreich die Schallgeschwindigkeit gemessen hatte. Zu seinem Erstaunen verblieb

nach Abzug der Reaktionszeit des Gehilfen keine messbare Zeit mehr; was sich auch nicht (  messbar) änderte, als die Distanz bis auf maximal mögliche Sichtweite der Laternen

erhöht wurde. Isaac Beeckman schlug 1629 eine abgewandelte Version des Versuchs vor, bei der das Licht von einem Spiegel reflektiert werden sollte. Descartes kritisierte solche

Experimente als überflüssig, da bereits exaktere Beobachtungen mit Hilfe von Sonnenfinsternissen durchgeführt worden seien und ein negatives Ergebnis geliefert hätten.

Dennoch wiederholte die Accademia del Cimento in Florenz 1667 das Experiment Galileis, wobei die Lampen etwa eine Meile entfernt voneinander standen. Wieder konnte keine

Verzögerung beobachtet werden. Das bestätigte Descartes’ Annahme einer unendlich schnellen Lichtausbreitung; Galilei und Robert Hooke deuteten das Ergebnis dagegen so, dass die

Lichtgeschwindigkeit sehr hoch ist und mit diesem Experiment nicht bestimmt werden konnte.

Die erste erfolgreiche Abschätzung der Lichtgeschwindigkeit gelang dem dänischen Astronomen Ole Rømer im Jahr 1676. Er untersuchte die Bewegung des Jupitermonds Io mit seinem

Teleskop. Aus dem Ein- beziehungsweise Austreten aus Jupiters Schatten ließ sich die mittlere Umlaufzeit des Mondes zu etwa 42,5 Stunden ermitteln. Mit diesem Wert lässt sich

der Zeitpunkt der Verfinsterung des Mondes vorhersagen. Doch Rømer bemerkte, dass die berechneten Werte nicht genau mit den Zeitpunkten des Ein- bzw. Austritts aus dem Schatten

des Jupiters übereinstimmten :  Im Laufe eines Jahres ging der Mond erst zunehmend vor, dann zunehmend nach. Rømer deutete diese Zeitverschiebung durch eine unterschiedliche

Laufzeit des Lichtes abhängig vom jeweiligen Abstand zwischen Mond Io und der Erde. Er schloss daraus, dass das Licht sich nicht augenblicklich, sondern mit einer endlichen,

aber sehr hohen Geschwindigkeit ausbreitet. Er gab für den Erdbahndurchmesser eine Laufzeit des Lichtes von 22 min an. Der richtige Wert ist kürzer (  16 min 38 s). Rømer hatte

von seinen Messungen extrapolieren müssen (  ohne die dazu nötige Rechnung anzugeben), weil Jupiter und Io im Bereich der größten Entfernung von der Erde nicht beobachtbar sind,

weil die Sonne dazwischen steht. Da Rømer den Durchmesser der Erdbahn nicht kannte, hat er für die Geschwindigkeit des Lichtes keinen Wert angegeben. Dies tat zwei Jahre später

Christiaan Huygens als Erster. Er bezog die Laufzeitangabe von Rømer auf den von Cassini 1673 zufällig etwa richtig angegebenen Erdbahndurchmesser von 280 Millionen Kilometer

und kam so auf die Lichtgeschwindigkeit 213.000 km/s. Weil beide Werte ungenau waren, wich die berechnete Geschwindigkeit um etwa ein Viertel vom heutigen Wert ab.

James Bradley fand 1728 eine andere astronomische Methode, indem er die Schwankungen der Sternpositionen um einen Winkel von 20″ während des Umlaufs der Erde um die Sonne ( 

Aberration (  Astronomie)) bestimmte. Seine Messungen waren der Versuch, die Parallaxe von Fixsternen zu beobachten, um damit deren Entfernungen zu bestimmen. Daraus berechnete

Bradley, dass das Licht 10.210-mal schneller als die Erde bei ihrem Umlauf ist (  Messfehler 2 %). Seine Messung (  veröffentlicht im Jahr 1729) wurde damals als weiterer Beweis

für eine endliche Lichtgeschwindigkeit und – gleichzeitig – für das kopernikanische Weltsystem angesehen. Aus seinen Beobachtungen resultierte ein Wert von 301.000 km/s. Für die

Berechnung benötigte er die Bahngeschwindigkeit der Erde und für sie wieder den Erdbahnradius.
Versuchsaufbau des Experiments von Fizeau

Cassini hatte den Erdbahnradius aus der Marsparallaxe ermittelt. Das wurde damals von Edmund Halley kritisiert. Er schlug stattdessen vor, die Venusdurchgänge 1761 und 1769

dafür zu benutzen. Durch deren Auswertung wusste man erstmals die absolute Größe des Planetensystems (  siehe Astronomische Einheit) und konnte über bekannte „Lichtentfernungen“

die Lichtgeschwindigkeit auf etwa 5 % Genauigkeit berechnen.
Versuchsaufbau des Experiments von Foucault

Die erste irdische Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit gelang Armand Fizeau mit der Zahnradmethode. Er sandte 1849 Licht durch ein rotierendes 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 es gelangt wieder durch eine Lücke, und nur dann sieht man es. Fizeau kam damals auf einen um 5 % zu

großen Wert.

Léon Foucault verbesserte 1850 die Methode weiter, indem er mit der Drehspiegelmethode die Messstrecken deutlich verkürzte. Damit konnte er erstmals die Materialabhängigkeit der

Lichtgeschwindigkeit nachweisen :  Licht breitet sich in anderen Medien langsamer aus als in Luft. Im Experiment fällt Licht auf einen rotierenden Spiegel. Von diesem wird es

auf einen festen Spiegel abgelenkt, wo es zurück auf den rotierenden Spiegel reflektiert wird. Da sich der Drehspiegel aber inzwischen weiter gedreht hat, wird der Lichtstrahl

nun nicht mehr auf den Ausgangspunkt reflektiert. Durch Messung der Verschiebung des Punktes ist es bei bekannter Drehfrequenz und bekannten Abständen möglich, die

Lichtgeschwindigkeit zu bestimmen. Foucault veröffentlichte sein Ergebnis 1862 und gab c zu 298.000 Kilometern pro Sekunde an.

Simon Newcomb und Albert A. Michelson bauten wiederum auf Foucaults Apparatur auf und verbesserten das Prinzip nochmals. 1926 benutzte Michelson in Kalifornien ebenfalls

rotierende Prismenspiegel, um einen Lichtstrahl vom Mount Wilson zum Mount San Antonio und zurückzuschicken. Er erhielt 299.796 km/s, was fast genau dem heutigen Wert

entspricht; die Abweichung beträgt weniger als 0,002 %.
Zur Konstanz der Lichtgeschwindigkeit
Erste Überlegungen

James Bradley konnte mit seinen Untersuchungen zur Aberration von 1728 nicht nur die Lichtgeschwindigkeit selbst bestimmen, sondern auch erstmals Aussagen über ihre Konstanz

treffen. Er beobachtete, dass die Aberration für alle Sterne in der gleichen Blickrichtung während eines Jahres in identischer Weise variiert. Daraus schloss er, dass die

Geschwindigkeit, mit der Sternenlicht auf der Erde eintrifft, im Rahmen seiner Messgenauigkeit von etwa einem Prozent für alle Sterne gleich ist.

Um zu klären, ob diese Eintreffgeschwindigkeit davon abhängt, ob sich die Erde auf ihrem Weg um die Sonne auf einen Stern zu oder von ihm weg bewegt, reichte diese

Messgenauigkeit allerdings nicht aus. Diese Frage untersuchte zuerst François Arago 1810 anhand der Messung des Ablenkwinkels von Sternenlicht in einem Glasprisma. Nach der

damals akzeptierten Korpuskulartheorie des Lichtes erwartete er eine Veränderung dieses Winkels in einer messbaren Größenordnung, da sich die Geschwindigkeit des einfallenden

Sternenlichts zu der Geschwindigkeit der Erde auf ihrem Weg um die Sonne addieren sollte. Es zeigten sich jedoch im Jahresverlauf keine messbaren Schwankungen des Ablenkwinkels.

Arago erklärte dieses Ergebnis mit der These, dass Sternenlicht ein Gemisch aus verschiedenen Geschwindigkeiten sei, während das menschliche Auge daraus nur eine einzige

wahrnehmen könne. Aus heutiger Sicht kann seine Messung jedoch als erster experimenteller Nachweis der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit betrachtet werden.

Mit dem Aufkommen der Vorstellung von Licht als Wellenphänomen formulierte Augustin Fresnel 1818 eine andere Interpretation des Arago-Experiments. Danach schloss die Analogie

zwischen mechanischen Wellen und Lichtwellen die Vorstellung ein, dass sich Lichtwellen in einem gewissen Medium ausbreiten müssen, dem sogenannten Äther, so wie sich auch

Wasserwellen im Wasser ausbreiten. Der Äther sollte dabei den Bezugspunkt für ein bevorzugtes Inertialsystem darstellen. Fresnel erklärte das Ergebnis von Arago durch die

Annahme, dass dieser Äther im Inneren von Materie teilweise mitgeführt werde, in diesem Fall im verwendeten Prisma. Dabei würde der Grad der Mitführung in geeigneter Weise vom

Brechungsindex abhängen.
Michelson-Morley-Experiment
Schematischer Aufbau des Michelson-Morley-Experiments
→ Hauptartikel :  Michelson-Morley-Experiment und Geschichte der speziellen Relativitätstheorie

1887 führten Albert A. Michelson und Edward W. Morley ein bedeutsames Experiment zur Bestimmung der Geschwindigkeit der Erde relativ zu diesem angenommenen Äther durch. Dazu

wurde die Abhängigkeit der Lichtlaufzeiten vom Bewegungszustand des Äthers untersucht. Das Experiment ergab wider Erwarten stets die gleichen Laufzeiten. Auch Wiederholungen des

Experiments zu verschiedenen Phasen des Erdumlaufs um die Sonne führten stets zu demselben Ergebnis. Eine Erklärung anhand einer weiträumigen Äthermitführung durch die Erde als

Ganzes scheiterte daran, dass es in diesem Fall keine Aberration bei Sternen senkrecht zur Bewegungsrichtung der Erde gäbe.

Eine mit der maxwellschen Elektrodynamik verträgliche Lösung wurde mit der von George FitzGerald und Hendrik Lorentz vorgeschlagenen Längenkontraktion erreicht. Lorentz und

Henri Poincaré entwickelten diese Hypothese durch Einführung der Zeitdilatation weiter, wobei sie dies jedoch mit der Annahme eines hypothetischen Äthers kombinierten, dessen

Bewegungszustand prinzipiell nicht ermittelbar gewesen wäre. Das bedeutet, dass in dieser Theorie die Lichtgeschwindigkeit „real“ nur im Äthersystem konstant ist, unabhängig von

der Bewegung der Quelle und des Beobachters. Das heißt unter anderem, dass die maxwellschen Gleichungen nur im Äthersystem die gewohnte Form annehmen sollten. Dies wurde von

Lorentz und Poincaré jedoch durch die Einführung der Lorentz-Transformation so berücksichtigt, dass die „scheinbare“ Lichtgeschwindigkeit auch in allen anderen Bezugssystemen

konstant ist und somit jeder von sich behaupten kann, im Äther zu ruhen. (  Die Lorentz-Transformation wurde also nur als mathematische Konstruktion interpretiert, während

Einstein (  1905) auf ihrer Grundlage alle bisherigen Vorstellungen über die Struktur der Raumzeit revolutionieren sollte, siehe unten). Poincaré stellte noch 1904 fest, das

Hauptmerkmal der lorentzschen Theorie sei die Unüberschreitbarkeit der Lichtgeschwindigkeit für alle Beobachter, unabhängig von ihrem Bewegungszustand relativ zum Äther (  siehe

lorentzsche Äthertheorie). Das bedeutet, auch für Poincaré existierte der Äther.

Jedoch war eine Theorie, in der das Äthersystem zwar als existent angenommen wurde, aber unentdeckbar blieb, sehr unbefriedigend. Eine Lösung des Dilemmas fand Einstein (  1905)

mit der Speziellen Relativitätstheorie, indem er die konventionellen Vorstellungen von Raum und Zeit aufgab und durch das Relativitätsprinzip und die Lichtkonstanz als

Ausgangspunkte bzw. Postulate seiner Theorie ersetzte. Diese Lösung war formal identisch mit der Theorie von H. A. Lorentz, jedoch kam sie wie bei einer Emissionstheorie ganz

ohne „Äther“ aus. Die Lichtkonstanz entnahm er dem lorentzschen Äther, wie er 1910 ausführte, wobei er im Gegensatz zu Poincaré und Lorentz erklärte, dass gerade wegen der

Gleichberechtigung der Bezugssysteme und damit der Unentdeckbarkeit des Äthers der Ätherbegriff überhaupt sinnlos sei.[8] 1912 fasste er dies so zusammen : [9]

    „Es ist allgemein bekannt, dass auf das Relativitätsprinzip allein eine Theorie der Transformationsgesetze von Raum und Zeit nicht gegründet werden kann. Es hängt dies

bekanntlich mit der Relativität der Begriffe „Gleichzeitigkeit“ und „Gestalt bewegter Körper“ zusammen. Um diese Lücke auszufüllen, führte ich das der H. A. Lorentzschen Theorie

des ruhenden Lichtäthers entlehnte Prinzip der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit ein, das ebenso wie das Relativitätsprinzip eine physikalische Voraussetzung enthält, die nur

durch die einschlägigen Erfahrungen gerechtfertigt erschien (  Versuche von Fizeau, Rowland usw.).“

Die Unabhängigkeit der Lichtgeschwindigkeit von der Geschwindigkeit des gleichförmig bewegten Beobachters ist also Grundlage der Relativitätstheorie. Diese Theorie ist seit

Jahrzehnten aufgrund vieler sehr genauer Experimente allgemein akzeptiert.
Unabhängigkeit von der Quelle
→ Hauptartikel :  Emissionstheorie

Mit dem Michelson-Morley-Experiment wurde zwar die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit für einen mit der Lichtquelle mitbewegten Beobachter bestätigt, jedoch keineswegs für einen

nicht mit der Quelle mitbewegten Beobachter. Denn das Experiment kann auch mit einer Emissionstheorie erklärt werden, wonach die Lichtgeschwindigkeit in allen Bezugssystemen

lediglich konstant relativ zur Emissionsquelle ist (  das heißt, in Systemen, wo sich die Quelle mit ±v bewegt, würde sich das Licht folglich mit c ± v ausbreiten). Auch Albert

Einstein zog vor 1905 eine solche Hypothese kurz in Betracht,[10] was auch der Grund war, dass er in seinen Schriften das MM-Experiment zwar immer als Bestätigung des

Relativitätsprinzips, aber nicht als Bestätigung der Lichtkonstanz verwendete.[11]

Jedoch würde eine Emissionstheorie eine völlige Reformulierung der Elektrodynamik erfordern, wogegen der große Erfolg von Maxwells Theorie sprach. Die Emissionstheorie wurde

auch experimentell widerlegt. Beispielsweise müssten die von der Erde aus beobachteten Bahnen von Doppelsternen bei unterschiedlichen Lichtgeschwindigkeiten verzerrt ausfallen,

was jedoch nicht beobachtet wurde. Beim Zerfall von sich mit annähernd c bewegenden π0-Mesonen hätten die dabei entstehenden Photonen die Geschwindigkeit der Mesonen übernehmen

und sich annähernd mit doppelter Lichtgeschwindigkeit bewegen sollen, was jedoch nicht der Fall war. Auch der Sagnac-Effekt demonstriert die Unabhängigkeit der

Lichtgeschwindigkeit von der Bewegung der Quelle. Alle diese Experimente finden ihre Erklärung in der Speziellen Relativitätstheorie, die u. a. aussagt :  Licht überholt nicht

Licht.
Siehe auch

    Einweg-Lichtgeschwindigkeit
    Scharnhorst-Effekt

Literatur

Historische Arbeiten

    Subhash Kak :  The Speed of Light and Puranic Cosmology. Annals Bhandarkar Oriental Research Institute 80, 1999, S. 113–123, arxiv : physics/9804020.
    Ole Rømer :  Démonstration touchant le mouvement de la lumière. In :  Journal des Sçavans. de Boccard, Paris 1676 (  PDF Engl. Version (  Memento vom 21. Dezember 2008 im

Internet Archive)).
    S. Débarbat, C. Wilson :  The galilean satellites of Jupiter from Galileo to Cassini, Römer and Bradley. In :  René Taton (  Hrsg.) :  Planetary astronomy from the

Renaissance to the rise of astrophysics. Part A :  Tycho Brahe to Newton. Univ. Press, Cambridge 1989, ISBN 0-521-24254-1, S. 144–157.
    G. Sarton :  Discovery of the aberration of light (  with facsimile of Bradley’s letter to Halley 1729). In :  Isis. Band 16, Nr. 2. Univ. Press November 1931, ISSN 0021-

1753, S. 233–248.
    Edmund Halley :  Monsieur Cassini, his New and Exact Tables for the Eclipses of the First Satellite of Jupiter, reduced to the Julian Stile and Meridian of London. In : 

Philosophical Transactions. Band 18. London 1694, S. 237–256 (  archive.org).
    H. L. Fizeau :  Sur une expérience relative à la vitesse de propagation de la lumière. In :  Comptes Rendus. Band 29. Gauthier-Villars, Paris 1849 (  academie-sciences.fr

[PDF]).
    J. L. Foucault :  Détermination expérimentale de la vitesse de la lumière, parallaxe du Soleil. In :  Comptes Rendus. Band 55. Gauthier-Villars 1862, ISSN 0001-4036.
    A. A. Michelson :  Experimental Determination of the Velocity of Light. In :  Proceedings of the American Association for the Advancement of Science. Philadelphia 1878 ( 

Projekt Gutenberg).
    Simon Newcomb :  The Velocity of Light. In :  Nature. London 13. Mai 1886.
    Joseph Perrotin :  Sur la vitesse de la lumière. In :  Comptes Rendus. Nr. 131. Gauthier-Villars 1900, ISSN 0001-4036.
    A. A. Michelson, F. G. Pease, F. Pearson :  Measurement of the Velocity of Light In a Partial Vacuum. In :  Astrophysical Journal. Band 81. Univ. Press 1935, ISSN 0004-637X,

S. 100–101.

Moderne Arbeiten

    George F.R. Ellis, Jean-Philippe Uzan :  ‘c’ is the speed of light, isn’t it? In :  Am J Phys. 73, 2005, S. 240–247, doi : 10.1119/1.1819929, arxiv : gr-qc/0305099.
    Jürgen Bortfeldt :  Units and fundamental constants in physics and chemistry, Subvolume B. In :  B. Kramer, Werner Martienssen (  Hrsg.) :  Numerical data and functional

relationships in science and technology. Band 1. Springer, Berlin 1992, ISBN 3-540-54258-2.

Weblinks
Wiktionary :  Lichtgeschwindigkeit – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
Commons :  Lichtgeschwindigkeit – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

    Flug durch Stonehenge.
    Fast lichtschnell durch die Stadt. Eine Spritztour durch die Tübinger Altstadt bei simulierter Beinahe-Lichtgeschwindigkeit.
    Gibt es Überlichtgeschwindigkeit? aus der Fernseh-Sendereihe alpha-Centauri (  ca. 15 Minuten). Erstmals ausgestrahlt am 7. Juli 2004.
    Kann man mit Lichtgeschwindigkeit reisen? aus der Fernseh-Sendereihe alpha-Centauri (  ca. 15 Minuten). Erstmals ausgestrahlt am 5. Jan. 2005.

Einzelnachweise und Anmerkungen

Resolution zur Definition des Meters als Ergebnis der 17th CGPM-Tagung. „The metre is the length of the path travelled by light in vacuum during a time interval of 1/299 792 458

of a second.“
Die Beziehungen für die Phasengeschwindigkeit bzw. die Gruppengeschwindigkeit werden mathematisch besonders einfach, wenn man statt der Frequenz f die Kreisfrequenz ω =2πf und

statt der Wellenlänge λ die reziproke Größe k : =2π/λ benutzt, die sogenannte „Wellenzahl“ :  Dann ist die Phasengeschwindigkeit durch den Quotienten v P = ω / k {\displaystyle

v_{P}=\omega /k} v_{P}=\omega /k gegeben, die Gruppengeschwindigkeit v G = d ω / d k {\displaystyle v_{G}=\mathrm {d} \omega /\mathrm {d} k} {\displaystyle v_{G}=\mathrm {d}

\omega /\mathrm {d} k} durch die Ableitung der Funktion ω (  k ) . {\displaystyle \omega (  k).} {\displaystyle \omega (  k).}
D. Giovannini u. a. :  Spatially structured photons that travel in free space slower than the speed of light. Auf :  sciencemag.org. 22. Januar 2015. doi :

10.1126/science.aaa3035.
Lichtquanten trödeln im Vakuum. Auf :  pro-physik.de. 22. Januar 2015.
Genau genommen wird dabei vorausgesetzt, dass Einschwingvorgänge bereits abgeklungen sind und man es mit stationären Verhältnissen zu tun hat. Interessanterweise gelten

jedenfalls in Materie analoge Formeln für die sog. retardierten Potential- und Vektorpotentiale wie im Vakuum, d. h., auch dort erfolgt die Retardierung mit der Vakuum-

Lichtgeschwindigkeit :  Die Polarisationseffekte der Materie stecken nur in den zweiten Termen der zu retardierenden effektiven Ladungs- und Stromdichten ρ E (  = d i v (  D −

P ) ) {\displaystyle \rho _{E}\,\,(  =\mathrm {div} \,\,(  \mathbf {D-P} ))} \rho _{E}\,\,(  =\mathrm {div} \,\,(  \mathbf {D-P} )) und j B (  = r o t (  H + M ) ) .

{\displaystyle \mathbf {j} _{B}\,\,(  =\mathrm {rot\,\,} (  \mathbf {H+M} )).} {\displaystyle \mathbf {j} _{B}\,\,(  =\mathrm {rot\,\,} (  \mathbf {H+M} )).} Dies entspricht

präzise dem folgenden Text.
Langsames Licht in photonischen Resonanzen.
Light speed reduction to 17 metres per second in an ultracold atomic gas. Artikel in Nature zur Verlangsamung von Licht in einem Bose-Einstein-Kondensat.
A. Einstein :  Über die Entwicklung unserer Anschauungen über das Wesen und die Konstitution der Strahlung. In :  Physikalische Zeitschrift. Band 10, Nr. 22, 1909, S. 817–825 ( 

WikiSource (  englisch), PDF (  deutsch)).
A. Einstein :  Relativität und Gravitation. Erwiderung auf eine Bemerkung von M. Abraham. In :  Annalen der Physik. Band 38, 1912, S. 1059–1064, doi : 10.1002/andp.19123431014 (

PDF (  deutsch)).
J. D. Norton :  Einstein’s Investigations of Galilean Covariant Electrodynamics prior to 1905. In :  Archive for History of Exact Sciences. Band 59, 2004, S. 45–105, doi :

10.1007/s00407-004-0085-6 (  pitt.edu).
J. Stachel :  Einstein and Michelson :  the Context of Discovery and Context of Justification. In :  Astronomische Nachrichten. Band 303, Nr. 1, 1982, S. 47–53, doi :

10.1002/asna.2103030110.



Kaynakça

    ^ Uzan, J-P; Leclercq, B (  2008 ).
    ^ International Bureau of Weights and Measures (  2006), The International System of Units (  SI) (  PDF) (  8th ed.), p. 112, ISBN 92-822-2213-6
    ^ Gibbs, P (  2004) [1997].
    ^ Mendelson, KS (  2006).
    ^ See for example :
    ^ Gibbs, P (  1997) [1996].
    ^ Uzan, J-P (  2003).
    ^ Amelino-Camelia, G (  2008 ).
    ^ Herrmann, S; et al. (  2009).
    ^ Lang, KR (  1999).
    ^ Fowler, M (  March 2008 ).
    ^ Tolman, RC (  2009) [1917].
    ^ Quimby, RS (  2006).
    ^ a b c d e f g Gibbs, P (  1997).
    ^ Sakurai, JJ (  1994).
    ^ Wynne, K (  2002).
    ^ Chase, IP.
    ^ Harrison, ER (  2003).
    ^ Panofsky, WKH; Phillips, M (  1962).
    ^ Amelino-Camelia, G (  2009).
    ^ a b Milonni, PW (  2004). "2".
    ^ Cherenkov, Pavel A. (  1934).
    ^ Parhami, B (  1999).
    ^ "Theoretical vs real-world speed limit of Ping".
    ^ Further discussion can be found at "StarChild Question of the Month for March 2000".
    ^ "Time is money when it comes to microwaves".
    ^ a b Bradley, J (  1729).
    ^ Pitjeva, EV; Standish, EM (  2009).
    ^ IAU Working Group on Numerical Standards for Fundamental Astronomy.
    ^ Fowler, M. "The Speed of Light".
    ^ Cooke, J; Martin, M; McCartney, H; Wilf, B (  1968 ).
    ^ Aoki, K; Mitsui, T (  2008 ).
    ^ James, MB; Ormond, RB; Stasch, AJ (  1999).
    ^ a b c Essen, L; Gordon-Smith, AC (  1948 ).
    ^ a b Rosa, EB; Dorsey, NE (  1907).
    ^ Essen, L (  1947).
    ^ a b Essen, L (  1950).
    ^ Stauffer, RH (  April 1997).
    ^ "BBC Look East at the speed of light".
    ^ Sullivan, DB (  2001).
    ^ a b Evenson, KM; et al. (  1972).
    ^ "Touchant le mouvement de la lumiere trouvé par M. Rŏmer de l'Académie Royale des Sciences" (  PDF).
    ^ a b Huygens, C (  1690).
    ^ Michelson, A. A. (  1927).
    ^ Froome, KD (  1958 ).
    ^ "Resolution 1 of the 17th CGPM".
    ^ O'Connor, JJ; Robertson, EF.
    ^ Marshall, P (  1981).
    ^ Carl Benjamin Boyer, The Rainbow :  From Myth to Mathematics (  1959)
    ^ O'Connor, JJ; Robertson, EF (  November 1997).
    ^ Darrigol, O (  2000).
    ^ Galison, P (  2003).
    ^ Miller, AI (  1981).
    ^ Pais, A (  1982).
    ^ "Resolution 2 of the 15th CGPM".
    ^ Adams, S (  1997).
    ^ Rindler, W (  2006).





Signing of RasitTunca
[Image: attachment.php?aid=107929]
Kar©glan Başağaçlı Raşit Tunca
Smileys-2
Reply


Forum Jump:


Users browsing this thread: 1 Guest(s)