Hva er lysets hastighet og hvordan fant man den?
At lyset har en hastighet, har man visst lenge. Men hvordan fant man ut at det var slik? Og hvordan målte man første gang lysets hastighet?
Hva er lysets hastighet?
Lys er elektromagnetiske bølger, så lysets hastighet dermed er farten på elektromagnetiske bølger. I forbindelse med lysets hastighet snakker man som regel om hastigheten i vakuum, der lysets hastighet er høyest.
Ut fra sine observasjoner beregnet Ole Rømer i 1676 lysets hastighet til 227 000 km/s. Den korrekte verdien er 299.792 km/s. Helt presist er lysets hastighet i vakuum 299 792 kilometer per sekund.
Lysets hastighet i vann er 2,24*108, noe som vil si at det er 1,3 ganger lavere enn det er i vakuum. Lyspartiklenes hastighet går altså nedover når de beveger seg fra luft til et glass vann, mens det omvendte skjer når lyspartiklene beveger seg fra et glass vann til luft.
Ole Rømer studerte lysets hastighet i universet
Lysets hastighet ble første gang målt av den danske astronomen Ole Rømer.
I 1672 kom han til Paris, der han studerte de fire store månene til Jupiter. Månene formørkes fra tid til annen av Jupiter som skygger for sollyset. Rømer så at formørkelsen på månen Io varte ca. 17 minutter lenger når Jupiter – og dermed Io – var på vei bort fra Jorden, enn når planetene beveget seg den andre veien.
Ole Rømers geniale konklusjon var at effekten skyldtes at lyset har konstant hastighet – og ikke beveger seg med varierende fart slik man trodde da.
Er Jupiter på vei bort, må lyset fra Io tilbakelegge en større avstand til Jorden etter en formørkelse enn før fordi Io i mellomtiden har fjernet seg. Resultatet er at formørkelsen varer lenger observert fra Jorden.
Einsteins observasjoner av lysets hastighet
Ole Rømer er ikke den eneste som var opptatt av lysets hastighet.
Fysikeren Albert Einstein utviklet relativitetsteorien i år 1905, som er basert på tanken om at lysets hastighet i vakuum alltid er den samme.
Einstein tok utgangspunkt i forskeren Maxwells teori om at en lysstråle beveger seg framover ved at det dannes en liten smule elektrisitet, som ved bevegelsen framover danner et magnetisk felt som følger med og danner ny elektrisitet. Slik fortsetter det.
Maxwell utviklet imidlertid aldri en teori om hvordan lys kunne bevege seg raskere eller langsommere. Derfor videreutviklet Einstein Maxwells teori og la til en helt ny tanke. Nemlig at lys alltid beveger seg med samme fart, helt uavhengig av om det sendes ut fra et punkt i fart eller ikke.
Einstein foreslo dessuten at fordi elektrisiteten alltid blir skjøvet fremover av den magnetismen som oppstår, vil den være raskere enn alle forfølgerne. Lysbølger farer av sted med den ultimate fysiske farten i universet.
Kan man lure lyshastigheten?
Frem til slutten av 1800- tallet trodde fysikerne faktisk at lysets hastighet var avhengig av iakttakerens bevegelse. Slik er det for eksempel med lyden, som alltid har samme hastighet i forhold til luften. Hvis vi selv beveger oss fremover og sender ut en lydbølge, kan farten bli målt til en verdi på under de normale 300 meter i sekundet.
Fysikerne antok at det samme gjorde seg gjeldende for lyset, idet de trodde at lyset bredte seg i et hypotetisk medium kalt eteren. Det ble også uttenkt en smart måte å bevise det på: Man visste at Jorden beveget seg rundt Solen med en fart på 30 kilometer i sekundet. Dermed burde det være forskjell på hastigheten lyset bredte seg med i forskjellige retninger.
Forskjellen ville imidlertid være så liten at man først i 1881 hadde tilstrekkelig nøyaktig utstyr å måle den med. Helt uventet viste det seg at lyset brer seg med samme hastighet i alle retninger, uansett hvor iakttakeren og kilden befinner seg, og uansett hvilken hastighet de beveger seg med.
Det vil si at kjører vi i en bil, vil lysbølgen fra frontlysene bli målt til 299 792 kilometer i sekundet – også hvis det er en racerbil som kan gjøre den fantastiske farten på 299 791 kilometer i sekundet. Det var nettopp erkjennelsen av lysets absolutte hastighet som lå til grunn for Einsteins relativitetsteori og hele det 20. århundrets fysikk. Einstein innså at lyset – i motsetning til hva man kunne tro – ikke beveger seg i forhold til et absolutt rom. Lyshastigheten er faktisk alltid konstant, og derfor fikk begrepet naturlig nok en sentral plassering i relativitetsteorien.