Messung der Lichtgeschwindigkeit

1. Bestimmung durch astronomische Beobachtung

Jupitermond Einen ersten Hinweis auf die Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit fand Olaf (Ole, Olaus) Römer im Jahre 1676. Olaf Römer beobachtete das Verschwinden eines Jupitermondes im Schatten des Jupiter. (Verfinsterung des Jupitermondes Io.)
Jupiter 1 In der Nahestellung des Jupiters zur Erde (Opposition des Jupiters zur Sonne) bestimmte Olaf Römer die Zeit zwischen zwei Verfinsterungen des Jupitermondes zu 42,5 h.
Nach 103 Verfinsterungen (ungefähr ein halbes Jahr später) sollte die 104. Verfinsterung nach 103.42,5 h = 4377,5 h eintreten. Tatsächlich trat die Verfinsterung aber erst rund eine Viertelstunde später als erwartet ein.
Jupiter 2
Er stellte dazu eine Tabelle auf (1/2 Jahr später):
Verspätung Deltat = 1000s
Setzen wir für den Erdbahndurchmesser Deltas = 3.1011 m und für die Verspätung der Jupitermondverfinsterung Deltat = 103 s ein, so erhalten wir daraus den Wert der Lichtgeschwindigkeit c = 300000 km/s.
Genaugenommen bestimmte Olaf Römer mit seiner Methode die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Die Lichtgeschwindigkeit im stoffgefüllten Raum ist kleiner als im Vakuum.

Tatsächlich maß er als Verspätung 1450s und nahm als Erdbahndurchmesser 3,11.1011m an. Dadurch erhielt er für die Lichtgeschwindigkeit c = 214000 km/s.

2. Bestimmung mit der Zahnradmethode

Fizeau

Grafik nach Jaros u. a., Basiswissen 2.

Aus der Zeit t, in der eine Lücke der nächsten Lücke folgte, und aus der Entfernung s des Spiegels vom Zahnrad errechnete sich die Lichtgeschwindigkeit zu
c = 2s / t
c ...Lichtgeschwindigkeit
2s ...Weg für Hin- und Hergang
t ...Zeit für Hin- und Hergang

Erst 180 Jahre später gelang es, die Lichtgeschwindigkeit auf der Erde beziehungsweise im Labor mit verschiedenen Methoden sehr genau zu bestimmen. Eine aufwendige Versuchsanordnung, die großes experimentellen Geschick erfordert, stammt von Fizeau aus dem 19. Jhdt. Dabei mußte wegen des bekannten großen Werkes der Lichtgeschwindikeit ein möglichtst großer Lichtweg hergestellt werden.
Zunächst verstetzt man das Zahnrad in raschen Rotation. Während des Zunehmens der Rotationsgeschwindigkeit stellte man zuerst eine Abschwächung der Intensität des reflektierten Lichtstrahls fest, weil er durch die Zahnlücke ging und dann durch den folgenden Zahn verdeckt wurde. Aus der Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit trat wieder ein Maximum an Helligkeit ein (ging durch Zahnlücken). Dreht sich das Zahnrad genau um einen Zahn weiter, während der Lichtstrahl zum Spiegel und wieder zurück gelaufen ist, so fällt der Lichtstrahl durch zwei Lücken.

 

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Letzte Änderung / Last update: 12. 5. 2001