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Textversion des Videos

Transkript Lichtgeschwindigkeit

In einer klaren Nacht kannst du eine Unmenge an Sternen am Himmel entdecken. Stellst du dir manchmal, vor in einem Raumschiff zu ihnen zu reisen und neue Welten zu entdecken? Wusstest du aber, dass viele der Sterne, die du am Himmel siehst, schon erloschen sind: Wenn wir zum Sternenhimmel schauen, schauen wir in die Vergangenheit. Warum das so ist, erfährst du in diesem Video zur Lichtgeschwindigkeit.

Videoübersicht

Dafür sprechen wir zunächst über Blitz und Donner und über die Messung der Lichtgeschwindigkeit. Dann erkläre ich dir das Phänomen der erloschenen Sterne, die wir aber noch leuchten sehen. Zum Abschluss klären wir, weshalb ein Weltraumtelefonat schwierig ist.

Die Lichtgeschwindigkeit

Das kennst du sicherlich: Bei einem Gewitter, siehst du erst den Blitz und dann hörst du den Donner. Vielleicht kennst du auch den Grund dafür: Der Schall muss sich erst bis zu uns ausbreiten. Beim Licht ist es genau so. Die Lichtgeschwindigkeit ist nur viel größer als die Schallgeschwindigkeit.

Wie kann man so eine große Lichtgeschwindigkeit messen? Hier sind wir im Arbeitszimmer von Hippolyte Fizeau. Es ist das Jahr 1848. Fizeau ist gerade dabei, seine neue Erfindung auszuprobieren: Eine Apparatur für die Messung der Lichtgeschwindigkeit. Um diese Apparatur zu verstehen, nutzen wir das Lichtstrahlenmodell.

Das Lichtstrahlenmodell

Von Fizeau’s Lichtquelle aus trifft ein Lichtstrahl auf einen halb durchlässigen Spiegel und wird umgelenkt. Dann läuft er durch ein Zahnrad. Je nachdem ob ein Zahn im Weg ist oder nicht, kann das Licht hindurch laufen. Dann läuft der Strahl durch das Fenster zu einem 9 Kilometer entfernten Spiegel. Vom Spiegel wird das Licht zurück geworfen. Beim Rückweg muss es auch wieder durch das Zahnrad laufen und landet erst dann in Fizeau’s Auge.

Fizeau´s Zahnrad

Während das Licht zum Spiegel und zurück läuft, dreht sich das Zahnrad weiter. Wenn Fizeau die Drehgeschwindigkeit des Zahnrads nun hoch genug wählt, trifft das Licht beim Rückweg auf einen Zahn. Es kommt dann also kein Licht bei Fizeau an. Aus dem Verhältnis von Weglänge und Laufzeit zwischen Lücke und Zahn des Zahnrads kann man die Geschwindigkeit des Lichtes bestimmen.

Man kommt zu dem Ergebnis, dass sich Licht mit einer Geschwindigkeit von etwa 300.000 Kilometern pro Sekunde ausbreitet. Das bedeutet, dass das Licht in einer Sekunde mehr als sieben mal um die Erde kreisen könnte.Wenn Fizeau seinen Spiegel auf dem Mond platziert hätte, könnte sich sein Zahnrad sehr langsam drehen. Für die Strecke hin zum Mond und zurück braucht das Licht schon fast drei Sekunden.

Die Apollo 11 Mission

Tatsächlich haben Wissenschaftler diesen Versuch gemacht. Dafür hat ein Raumschiff der Apollo 11 Mission einen Spiegel zum Mond gebracht. Mit einem Laser haben die Wissenschaftler einen Lichtpuls ausgesendet und die Zeit bis zu seiner Rückkehr gemessen. Das Ziel des Experimentes war aber nicht die Messung der Lichtgeschwindigkeit, sondern die genaue Bestimmung des Abstands zwischen Erde und Mond.

Die Lichtgeschwindigkeit können wir heute mit moderneren Methoden viel genauer als mit Fizeaus Methode bestimmen. Dadurch kann man auch die Lichtgeschwindigkeit in einem Medium wie Wasser relativ genau bestimmen. Die Lichtgeschwindigkeit ist nämlich abhängig vom Medium, in dem sich das Licht bewegt. In Luft beträgt sie etwa 300.000 Kilometer pro Sekunde. In Wasser nur etwa 225.000 Kilometer pro Sekunde.

Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist die größte mögliche Geschwindigkeit und eine Naturkonstante. Gerundet entspricht der Wert etwa dem Wert für die Lichtgeschwindigkeit in Luft. Kommen wir damit zurück zum Sternenhimmel und den erloschenen Sternen. Obwohl die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum so groß ist, kann das Licht von einem weit entfernten Stern Tausende oder sogar Millionen von Jahren unterwegs sein. Deshalb sind manche Sterne, die wir am Nachthimmel sehen, eigentlich schon längst erloschen. Licht und somit auch Signale können sich also nicht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten.

Zusammenfassung zur Lichtgeschwindigkeit

Wenn man zum Beispiel vom Mars eine Nachricht zur Erde schicken würde, müsste man deshalb mindestens 6 Minuten auf eine Antwort warten. Solche Verzögerungen machen jedes Weltraumtelefonat mit der Erde extrem nervenaufreibend. Fassen wir also noch einmal zusammen: Licht breitet sich mit Lichtgeschwindigkeit aus.

Diese ist vom Medium abhängig. In Wasser beträgt sie etwa 225.000 Kilometer pro Sekunde. In Luft und im Vakuum beträgt sie etwa 300.000 Kilometer pro Sekunde. Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist die größte bisher beobachtete Geschwindigkeit und eine Naturkonstante. Wenn du zum Sternenhimmel schaust, schaust du also in die Vergangenheit. Würden wir einen großen Spiegel irgendwo im Weltraum entdecken, könntest du vielleicht mit einem sehr guten Teleskop deine eigene Geburt beobachten. Eine interessante Vorstellung, oder?

Informationen zum Video
3 Kommentare
  1. Jannes redaktion

    @aura-gra Eine Naturkonstante ist eine Größe, die einen bestimmten Zahlenwert besitzt. Er ist nicht veränderbar sondern man kann nur versuchen, ihn möglichst genau zu berechnen.

    Beispiele sind neben der Lichtgeschwindigkeit die Gravitationskonstante, Elementarladung e und das plancksche Wirkungsquantum h.

    Von Jannes S., vor mehr als einem Jahr
  2. Default

    Was ist eine naturkonstante?

    Von Aura Gra, vor mehr als einem Jahr
  3. Default

    Ich wusste gar nicht wie schnell die Lichtgeschwindigkeit sein kann. Ich hätte nie gedacht das die 300.000 km pro sec. schafft. Nun weiß ich es . Daaaaaannnnkkkkeeeeee:-)

    Von Anjelimi, vor mehr als einem Jahr