Vad är ljusets hastighet och hur räknade man ut den?
Att ljuset har en hastighet har varit känt länge. Hur fick man reda på att det förhöll sig så? Och hur mätte man ljusets hastighet första gången?
Vad är ljusets hastighet?
Ljus är elektromagnetiska vågor, vilket innebär att ljusets hastighet därmed betecknar hur snabbt elektromagnetiska vågor sprids. När manpratar om ljusets hastighet syftar man oftast på ljusets hastighet i vakuum, där ljusets hastighet är som högst.
Utifrån sina observationer räknade Ole Rømer år 1676 ut ljusets hastighet till 227 000 km/s. Det korrekta värdet är 299 792 km/s. Ljusets hastighet är exakt 299 792,458 kilometer per sekund.
Ljusets hastighet i vatten är 2,24*108 , vilket vill säga att det är 1,3 gånger lägre än det är i vakuum. Ljuspartiklarnas hastighet minskar alltså när de rör sig från luft till ett glas vatten, medan det motsatta sker när ljuspartiklarna förflyttar sig från ett glas vatten till luft.
Ole Rømer studerade ljusets hastighet i universum
Ljusets hastighet uppmättes första gången av den danske astronomen Ole Rømer.
År 1672 kom han till Paris, där han studerade de fyra stora månarna runt Jupiter. Månarna förmörkas med visst mellanrum, när Jupiter skymmer solljuset. Rømer observerade att månen Ios förmörkelse varar cirka 17 minuter längre, när Jupiter – och Io – är på väg bort från jorden, än när planeten är på väg mot jorden.
LÄS OCKSÅ: 8 uppfinningar du kan tacka Einstein för
Ole Rømers geniala slutsats var att effekten beror på att ljuset har en ändlig, konstant hastighet – och inte förflyttar sig oändligt fort, som man trodde.
När Jupiter är på väg bort, måste ljuset från Io tillryggalägga ett större avstånd till jorden efter en förmörkelse än tidigare, eftersom Io under tiden rört sig bortåt. Effekten är att förmörkelsen varar längre sedd från jorden.
Einsteins observationer av ljusets hastighet
Ole Rømer är inte den ende som har ägnat sig åt ljusets hastighet. Fysikern Albert Einstein utvecklade relativitetsteorin år 1905, som är baserad på idén att ljusets hastighet i vakuum hela tiden är oförändrat.
Einstein tog utgångspunkt i forskaren Maxwells teori om att en ljusstråle rör sig framåt genom att det bildas en aning elektrictet. Genom elektricitetens framåtrörelse bildas ett magnetiskt fält som följer med och i sin tur skapar ny elektricitet – lite som om de hoppade bock över varandra.
Maxwell utvecklade dock aldrig någon teori om hur ljus kunde förflytta sig snabbare ellerl ångsammare. Därför vidareutvecklade Einstein Maxwells teori och lade till en helt ny idé. Nämligen att ljus alltid rör sig med samma hastighet. Helt oberoende av om det skickas ut från en punkt i rörelse eller ej.
Einstein föreslog dessutom att på grund av att elektriciteten alltid skjuts framåt av den magnetism som uppstår kommer det vara snabbare än alla som följer efter. Ljusvågor hoppar i väg med den ultimata fysiska hastigheten i universum.
Kan man lura ljusets hastighet?
Faktum är att fysikerna ända fram till slutet av 1800-talet trodde att ljusets hastighetskulle vara beroende av iakttagarens rörelse. Så är det till exempel med ljudet, vars hastighet alltid är den samma i förhållande till luften. Om man själv rör sig framåt och skickar ut en ljudvåg, kommer man att mäta dess hastighet till ett värde under normala cirka 300 meter per sekund.
Fysikerna ansåg att samma sak gäller ljuset, eftersom de trodde att det bredde ut sig i ett hypotetiskt medium, som kallades etern. Man tänkte även ut ett snillrikt sätt att bevisa det på. Man visste att jorden rör sig runt solen med 30 kilometer i sekunden.
Därmed borde det vara skillnad på den hastighet som ljuset breder ut sig med i olika riktningar. Skillnaden var emellertid så liten att man först 1881 hade tillräckligt exakt utrustning för att kunna mäta den. Helt oväntat visade det sig emellertid att ljuset breder ut sig med samma hastighet i alla riktningar, oavsett var källan befinner sig och oavsett dess hastighet.
Det betyder att om man kör bil kommer ljuset från framlyktorna att uppmätas till 299792 kilometer i sekunden – även om bilen är en snabb racerbil som kan framföras i imponerande 299791 kilometer i sekunden. Det var just erkännandet av ljusets absoluta hastighet som låg till grund för Einsteins relativitetsteori och hela 1900-talets fysik. Einstein insåg att ljuset – i motsats till vad man kan tro – inte rör sig i förhållande till ett absolut rum. Ljusets hastighet är alltid konstant, och därmed var det värdigt att få den centrala placeringen i relativitetsteorin.