Erfahren Sie mehr über die wahre Lichtgeschwindigkeit und deren Verwendung

Licht bewegt sich mit der schnellsten Geschwindigkeit, die Astronomen messen können, durch das Universum. Tatsächlich ist die Lichtgeschwindigkeit ein kosmisches Tempolimit und es ist nicht bekannt, dass sich etwas schneller bewegt. Wie schnell bewegt sich Licht? Diese Grenze kann gemessen werden und hilft auch dabei, unser Verständnis der Größe und des Alters des Universums zu definieren.

Was ist Licht: Welle oder Teilchen?

Licht bewegt sich schnell mit einer Geschwindigkeit von 299, 792, 458 Metern pro Sekunde. Wie kann es das machen? Um das zu verstehen, ist es hilfreich zu wissen, was Licht tatsächlich ist, und das ist größtenteils eine Entdeckung des 20. Jahrhunderts.

Die Natur des Lichts war jahrhundertelang ein großes Rätsel. Die Wissenschaftler hatten Probleme, das Konzept der Wellen- und Teilchennatur zu erfassen. Wenn es eine Welle war, durch was hat sie sich ausgebreitet? Warum schien es sich mit der gleichen Geschwindigkeit in alle Richtungen zu bewegen? Und was kann uns die Lichtgeschwindigkeit über den Kosmos sagen? Erst als Albert Einstein 1905 diese Relativitätstheorie beschrieb, geriet alles in den Fokus. Einstein argumentierte, dass Raum und Zeit relativ waren und dass die Lichtgeschwindigkeit die Konstante war, die die beiden verband.

Was ist die Lichtgeschwindigkeit??

Es wird oft behauptet, dass die Lichtgeschwindigkeit konstant ist und nichts sich schneller als die Lichtgeschwindigkeit fortbewegen kann. Das ist es nicht vollständig genau. Der Wert von 299.792.458 Metern pro Sekunde (186.282 Meilen pro Sekunde) entspricht der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Tatsächlich verlangsamt sich das Licht jedoch, wenn es durch verschiedene Medien läuft. Wenn es sich beispielsweise durch Glas bewegt, verlangsamt es sich im Vakuum auf etwa zwei Drittel seiner Geschwindigkeit. Auch in der Luft, was ist fast ein Vakuum, Licht verlangsamt sich leicht. Auf seinem Weg durch den Weltraum stößt er auf Gas- und Staubwolken sowie auf Gravitationsfelder, die die Geschwindigkeit geringfügig verändern können. Die Gas- und Staubwolken absorbieren auch einen Teil des Lichts, wenn es hindurchgeht.

Dieses Phänomen hat mit der Natur des Lichts zu tun, das eine elektromagnetische Welle ist. Während es sich durch ein Material ausbreitet, "stören" seine elektrischen und magnetischen Felder die geladenen Teilchen, mit denen es in Kontakt kommt. Diese Störungen bewirken dann, dass die Teilchen Licht mit der gleichen Frequenz, jedoch mit einer Phasenverschiebung ausstrahlen. Die Summe aller dieser durch die "Störungen" erzeugten Wellen führt zu einer elektromagnetischen Welle mit der gleichen Frequenz wie das ursprüngliche Licht, jedoch mit einer kürzeren Wellenlänge und damit einer langsameren Geschwindigkeit.

Interessanterweise kann sein Weg, so schnell sich das Licht bewegt, gebogen werden, während er durch Regionen im Weltraum mit intensiven Gravitationsfeldern verläuft. Dies ist ziemlich leicht in Galaxienhaufen zu sehen, die viel Materie (einschließlich dunkler Materie) enthalten, die den Lichtweg von weiter entfernten Objekten wie Quasaren verzerrt.

Gravitationslinsen und wie es funktioniert. Licht von einem entfernten Objekt passiert ein näheres Objekt mit einer starken Anziehungskraft. Das Licht wird gebogen und verzerrt und erzeugt "Bilder" des weiter entfernten Objekts. NASA

Lichtgeschwindigkeit und Gravitationswellen

Aktuelle physikalische Theorien sagen voraus, dass sich Gravitationswellen ebenfalls mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Dies wird jedoch noch immer bestätigt, da Wissenschaftler das Phänomen der Gravitationswellen von kollidierenden Schwarzen Löchern und Neutronensternen untersuchen. Ansonsten gibt es keine anderen Objekte, die so schnell fahren. Theoretisch können sie bekommen nahe bei die Lichtgeschwindigkeit, aber nicht schneller.

Eine Ausnahme hiervon kann die Raumzeit selbst sein. Es scheint, dass ferne Galaxien sich schneller als mit Lichtgeschwindigkeit von uns entfernen. Dies ist ein "Problem", das Wissenschaftler immer noch zu verstehen versuchen. Eine interessante Folge davon ist jedoch, dass ein Fahrsystem auf der Idee eines Warp-Antriebs basiert. In einer solchen Technologie befindet sich ein Raumfahrzeug relativ zum Weltraum in Ruhe, und tatsächlich ist dies der Fall Raum Das bewegt sich wie ein Surfer, der eine Welle auf dem Meer reitet. Theoretisch könnte dies einen überluminalen Weg ermöglichen. Natürlich gibt es andere praktische und technologische Einschränkungen, die im Weg stehen, aber es ist eine interessante Science-Fiction-Idee, die wissenschaftliches Interesse weckt. 

Fahrzeiten für Licht

Eine der Fragen, die Astronomen von Mitgliedern der Öffentlichkeit erhalten, lautet: "Wie lange würde es dauern, bis Licht von Objekt X zu Objekt Y gelangt?" Licht gibt ihnen eine sehr genaue Möglichkeit, die Größe des Universums zu messen, indem Entfernungen definiert werden. Hier sind einige der häufigsten Entfernungsmessungen:

• Die Erde zum Mond: 1,255 Sekunden
• Die Sonne zur Erde: 8,3 Minuten
• Unsere Sonne zum nächstgelegenen Stern: 4,24 Jahre
• Über unsere Milchstraße: 100.000 Jahre
• Zur nächsten Spiralgalaxie (Andromeda): 2,5 Millionen Jahre
• Grenze des beobachtbaren Universums zur Erde: 13,8 Milliarden Jahre

Interessanterweise gibt es Objekte, die wir nicht sehen können, nur weil sich das Universum ausdehnt, und einige befinden sich "über dem Horizont", über den wir hinaus nicht sehen können. Sie werden niemals in unsere Sicht kommen, egal wie schnell sich ihr Licht bewegt. Dies ist einer der faszinierenden Effekte des Lebens in einem expandierenden Universum. 

Herausgegeben von Carolyn Collins Petersen