Die Lichtgeschwindigkeit c im Vakuum wird nicht gemessen. Es hat einen exakten festen Wert in Standardeinheiten. Gemäß der internationalen Vereinbarung von 1983 ist ein Meter definiert als die Länge des Weges, den Licht im Vakuum in einer Zeit von 1/299792458 Sekunden zurücklegt. Die Lichtgeschwindigkeit beträgt genau 299.792.458 m / s. Ein Zoll ist definiert als 2,54 Zentimeter. Daher hat in nicht metrischen Einheiten auch die Lichtgeschwindigkeit einen genauen Wert. Eine solche Definition ist nur deshalb sinnvoll, weil die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum konstant ist und diese Tatsache experimentell bestätigt werden muss (siehe. Ist die Lichtgeschwindigkeit konstant?). Es ist auch notwendig, die Lichtgeschwindigkeit in Medien wie Wasser und Luft experimentell zu bestimmen.
Bis zum 17. Jahrhundert glaubte man, dass sich das Licht sofort ausbreitet. Dies wurde durch Beobachtungen der Mondfinsternis bestätigt. Bei einer endlichen Lichtgeschwindigkeit sollte es eine Verzögerung zwischen der Position der Erde relativ zum Mond und der Position des Erdschattens auf der Mondoberfläche geben, aber es wurde keine solche Verzögerung gefunden. Wir wissen jetzt, dass die Lichtgeschwindigkeit zu hoch ist, um eine Verzögerung zu bemerken. Galileo bezweifelte die Unendlichkeit der Lichtgeschwindigkeit. Er schlug einen Weg vor, dies zu messen, indem er eine mehrere Meilen entfernte Laterne schloss und öffnete. Es ist nicht bekannt, ob er ein solches Experiment versucht hat, aber aufgrund der sehr hohen Lichtgeschwindigkeit konnte die Messung nicht erfolgreich sein.
Die erste erfolgreiche Messung von c wurde 1676 von Olaf Roemer durchgeführt. Er bemerkte, dass die Zeit zwischen den Finsternissen von Jupiters Satelliten kürzer ist, wenn die Entfernung von der Erde zum Jupiter abnimmt, und länger, wenn diese Entfernung zunimmt. Er erkannte, dass dies auf eine Änderung der Zeit zurückzuführen ist, die Licht benötigt, um vom Jupiter zur Erde zu gelangen, wenn sich der Abstand zwischen ihnen ändert. Er berechnete eine Lichtgeschwindigkeit von 214.000 km / s. Die Ungenauigkeit ist darauf zurückzuführen, dass die Abstände zwischen den Planeten zu diesem Zeitpunkt noch nicht genau definiert waren.
Im Jahr 1728 schätzte James Bradley die Größe der Lichtgeschwindigkeit durch Beobachtung der Aberration von Sternen (eine Änderung der scheinbaren Position eines Sterns, die durch die Bewegung der Erde um die Sonne verursacht wird). Er beobachtete einen der Sterne im Sternbild Draco und stellte fest, dass sich seine scheinbare Position im Laufe des Jahres ändert. Dieser Effekt wirkt sich auf alle Sterne aus, im Gegensatz zur Parallaxe, die sich bei nahegelegenen Sternen stärker bemerkbar macht. Die Aberration ähnelt der Auswirkung der Bewegung auf den Einfallswinkel von Regentropfen. Wenn Sie stehen und kein Wind weht, fallen Tropfen senkrecht auf Ihren Kopf. Wenn Sie rennen, stellt sich heraus, dass der Regen schräg kommt und auf Ihr Gesicht trifft. Bradley maß diesen Winkel für das Sternenlicht. Er kannte die Geschwindigkeit der Erdbewegung um die Sonne und stellte fest, dass die Lichtgeschwindigkeit 301.000 km / s beträgt.
Die erste Messung von c auf der Erde wurde 1849 von Armand Fizeau durchgeführt. Er nutzte die Lichtreflexion eines 8 km entfernten Spiegels. Ein Lichtstrahl trat durch einen Spalt zwischen den Zähnen eines schnell rotierenden Rades. Die Rotationsgeschwindigkeit wurde erhöht, bis der reflektierte Strahl in der nächsten Lücke sichtbar wurde. Der berechnete Wert von c betrug 315.000 km / s. Ein Jahr später verbesserte Leon Foucault diese Methode mit einem rotierenden Spiegel und erzielte einen viel genaueren Wert von 298.000 km / s. Die verbesserte Methode war genau genug, um festzustellen, dass die Lichtgeschwindigkeit in Wasser langsamer ist als in Luft.
Nachdem Maxwell seine Theorie des Elektromagnetismus veröffentlicht hatte, wurde es möglich, die Lichtgeschwindigkeit indirekt aus den Werten der magnetischen und elektrischen Permeabilität zu bestimmen. Weber und Kohlrausch waren die ersten, die dies 1857 taten. 1907 erreichten Rose und Dorsey auf die gleiche Weise 299.788 km / s. Zu dieser Zeit war dies der genaueste Wert.
Anschließend wurden zusätzliche Maßnahmen zur Verbesserung der Genauigkeit angewendet. Beispielsweise wurde der Brechungsindex von Licht in Luft berücksichtigt. 1958 erreichte Froome mit einem Mikrowelleninterferometer und einem elektrooptischen Kerr-Verschluss einen Wert von 299792,5 km / s. Nach 1970 wurden mit einem hochstabilen Laser und präzisen Cäsiumuhren noch genauere Messungen möglich. Bis zu diesem Zeitpunkt war die Genauigkeit des Standardmessgeräts höher als die Genauigkeit der Messung der Lichtgeschwindigkeit. Und jetzt wurde die Lichtgeschwindigkeit mit einer Genauigkeit von plus oder minus 1 m / s bekannt. Es ist jetzt praktischer, die Lichtgeschwindigkeit zur Bestimmung des Messgeräts zu verwenden. Der 1-Meter-Distanzstandard wird nun mit einer Atomuhr und einem Laser ermittelt.
Die Tabelle zeigt die Hauptstufen der Messung der Lichtgeschwindigkeit (Froome und Essen):
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| Datum | Autoren | Methode | km / s | Error |
|---|---|---|---|---|
| 1676 | Olaus Roemer | Monde des Jupiter | 214.000 | |
| 1726 | James Bradley | Aberration der Sterne | 301.000 | |
| 1849 | Armand Fizeau | Ausrüstung | 315.000 | |
| 1862 | Leon Foucault | Drehspiegel | 298.000 | ± 500 |
| 1879 | Albert michelson | Drehspiegel | 299.910 | ± 50 |
| 1907 | Rosa, Dorsay | EM-Konstanten | 299 788 | ± 30 |
| 1926 | Albert michelson | Drehspiegel | 299 796 | ± 4 |
| 1947 | Essen, Gorden-Smith | Resonanzresonator | 299 792 | ± 3 |
| 1958 | KDFroome | Funkinterferometer | 299 792,5 | ± 0,1 |
| 1973 | Evanson et al | Laserinterferometer | 299 792.4574 | ± 0,001 |
| 1983 | CGPM | Akzeptierter Wert | 299 792.458 | 0 |
