Die Geschwindigkeit des Lichtes im Vakuum, das gewöhnlich durch c angezeigt ist, ist eine universale physische in vielen Gebieten der Physik wichtige Konstante. Sein Wert ist 299,792,458 Meter pro Sekunde, eine Zahl, die genau ist, da die Länge des Meters von dieser Konstante und dem internationalen Standard für die Zeit definiert wird. In Reichseinheiten ist diese Geschwindigkeit etwa 186,282 Meilen pro Sekunde.

Gemäß der speziellen Relativität ist c die Höchstgeschwindigkeit, an der die ganze Energie, Sache und Information im Weltall reisen können. Es ist die Geschwindigkeit, mit der alle massless Partikeln und verbundene Felder (einschließlich der elektromagnetischen Radiation wie Licht) im Vakuum reisen. Es ist auch die Geschwindigkeit des Ernstes (d. h. Gravitationswellen) vorausgesagt durch aktuelle Theorien. Solche Partikeln und Wellen reisen an c unabhängig von der Bewegung der Quelle oder dem Trägheitsbezugssystem des Beobachters. In der Relativitätstheorie bringt c Zeit und Raum zueinander in Beziehung, und erscheint auch in der berühmten Gleichung der Massenenergie-Gleichwertigkeit E = mc.

Die Geschwindigkeit, mit der sich Licht durch durchsichtige Materialien, wie Glas oder Luft fortpflanzt, ist weniger als c. Das Verhältnis zwischen c und der Geschwindigkeit v, an dem leichtem Reisen in einem Material den Brechungsindex n des Materials (n = c / v) genannt wird. Zum Beispiel für das sichtbare Licht ist der Brechungsindex des Glases normalerweise ungefähr 1.5, dass Licht im Glasreisen daran bedeutend; der Brechungsindex von Luft für das sichtbare Licht ist ungefähr 1.0003, so ist die Geschwindigkeit des Lichtes in Luft über langsamer als c.

In den meisten praktischen Fällen kann von Licht als bewegend "sofort" gedacht werden, aber für lange Entfernungen und sehr empfindliche Maße hat die begrenzte Geschwindigkeit des Lichtes erkennbare Effekten. Im Kommunizieren mit entfernten Raumsonden kann es Minuten in Stunden für eine Nachricht bringen, um von der Erde bis das Raumfahrzeug oder umgekehrt zu kommen. Das Licht, das wir von Sternen sehen, hat sie vor vielen Jahren verlassen, uns erlaubend, die Geschichte des Weltalls durch das Schauen auf entfernte Gegenstände zu studieren. Die begrenzte Geschwindigkeit des Lichtes beschränkt auch die theoretische Höchstgeschwindigkeit von Computern, da Information innerhalb des Computers vom Span bis Span gesandt werden muss. Schließlich kann die Geschwindigkeit des Lichtes mit der Zeit von Flugmaßen verwendet werden, um große Entfernungen zur hohen Präzision zu messen.

Ole Rømer hat zuerst 1676 demonstriert, dass Licht mit einer begrenzten Geschwindigkeit (im Vergleich mit sofort) durch das Studieren der offenbaren Bewegung von Mondio von Jupiter gereist ist. 1865 hat James Clerk Maxwell vorgeschlagen, dass Licht eine elektromagnetische Welle war, und deshalb mit der Geschwindigkeit c gereist ist, in seiner Theorie des Elektromagnetismus erscheinend. 1905 hat Albert Einstein verlangt, dass die Geschwindigkeit des Lichtes in Bezug auf jeden Trägheitsrahmen der Bewegung der leichten Quelle unabhängig ist, und die Folgen dieses Postulates durch das Abstammen der speziellen Relativitätstheorie und die Vertretung erforscht hat, dass der Parameter c Relevanz außerhalb des Zusammenhangs des Lichtes und Elektromagnetismus hatte. Nach Jahrhunderten von immer genaueren Maßen, 1975, wie man bekannt, war die Geschwindigkeit des Lichtes mit einer Maß-Unklarheit von 4 Teilen pro Milliarde. 1983 wurde der Meter im Internationalen System von Einheiten (SI) wiederdefiniert, als die Entfernung durch das Licht im Vakuum in einer Sekunde gereist ist. Infolgedessen wird der numerische Wert von c in Metern jetzt pro Sekunde genau durch die Definition des Meters befestigt.

Numerischer Wert, Notation und Einheiten

Die Geschwindigkeit des Lichtes im Vakuum wird gewöhnlich durch c, für "den unveränderlichen" oder das Latein (Bedeutung "der Schnelligkeit") angezeigt. Ursprünglich wurde das Symbol V verwendet, von James Clerk Maxwell 1865 eingeführt. 1856 haben Wilhelm Eduard Weber und Rudolf Kohlrausch c für eine Konstante verwendet, die später zu gleichen Zeiten die Geschwindigkeit des Lichtes im Vakuum gezeigt ist. 1894 hat Paul Drude c mit seiner modernen Bedeutung wiederdefiniert. Einstein hat V in seinen ursprünglichen Zeitungen der Deutschen Sprache auf der speziellen Relativität 1905 verwendet, aber 1907 hat er auf c umgeschaltet, der bis dahin das Standardsymbol geworden war.

Manchmal wird c für die Geschwindigkeit von Wellen in jedem materiellen Medium und c für die Geschwindigkeit des Lichtes im Vakuum verwendet. Diese subscripted Notation, die in der offiziellen SI-Literatur gutgeheißen wird, hat dieselbe Form wie andere zusammenhängende Konstanten: nämlich, μ für die Vakuumdurchdringbarkeit oder magnetische Konstante, ε für das Vakuum permittivity oder die elektrische Konstante, und Z für den Scheinwiderstand des freien Raums. Dieser Artikel verwendet c exklusiv für die Geschwindigkeit des Lichtes im Vakuum.

Im Internationalen System von Einheiten (SI) wird der Meter als das Entfernungslicht-Reisen im Vakuum in von einer Sekunde definiert. Diese Definition befestigt die Geschwindigkeit des Lichtes im Vakuum an genau.

Als eine dimensionale physische Konstante ist der numerische Wert von c für verschiedene Einheitssysteme verschieden.

In Zweigen der Physik, in der c häufig, solcher als in der Relativität erscheint, ist es üblich, Systeme von natürlichen Einheiten des Maßes in der zu verwenden. Mit diesen Einheiten erscheint c ausführlich nicht, weil Multiplikation oder Abteilung durch 1 das Ergebnis nicht betreffen.

Grundsätzliche Rolle in der Physik

Die Geschwindigkeit, mit der sich leichte Wellen im Vakuum fortpflanzen, ist beide der Bewegung der Welle-Quelle und vom Trägheitsbezugssystem des Beobachters unabhängig. Dieser invariance der Geschwindigkeit des Lichtes wurde von Einstein 1905 verlangt, durch die Theorie von Maxwell des Elektromagnetismus und den Mangel an Beweisen für den luminiferous Narkoseäther motiviert; es ist durch viele Experimente seitdem durchweg bestätigt worden. Es ist nur möglich, experimentell nachzuprüfen, dass die Zweiwegegeschwindigkeit des Lichtes (zum Beispiel, von einer Quelle zu einem Spiegel und zurück wieder) rahmenunabhängig ist, weil es unmöglich ist, die Einweggeschwindigkeit des Lichtes (zum Beispiel, von einer Quelle zu einem entfernten Entdecker) ohne eine Tagung betreffs zu messen, wie Uhren an der Quelle und am Entdecker synchronisiert werden sollten. Jedoch, durch das Übernehmen der Synchronisation von Einstein für die Uhren, wird die Einweggeschwindigkeit des Lichtes gleich der Zweiwegegeschwindigkeit des Lichtes definitionsgemäß. Die spezielle Relativitätstheorie erforscht die Folgen dieses invariance von c in der Annahme, dass die Gesetze der Physik dasselbe in allen Trägheitsbezugssystemen sind. Eine Folge ist, dass c die Geschwindigkeit ist, mit der alle massless Partikeln und Wellen, einschließlich des Lichtes, im Vakuum reisen müssen.

Spezielle Relativität hat viele gegenintuitive und experimentell nachgeprüfte Implikationen. Diese schließen die Gleichwertigkeit der Masse und Energie ein, Länge-Zusammenziehung (Gegenstände bewegend, werden kürzer), und Zeitausdehnung (laufen bewegende Uhren langsamer). Der Faktor γ, durch den sich Länge-Vertrag und Zeiten ausdehnt, ist als der Faktor von Lorentz bekannt und wird dadurch gegeben, wo v die Geschwindigkeit des Gegenstands ist. Der Unterschied von γ von 1 ist für Geschwindigkeiten viel langsamer unwesentlich als c, wie die meisten täglichen Geschwindigkeiten — in welchem Fall spezieller Relativität durch die galiläische Relativität nah näher gekommen wird — aber es nimmt mit relativistischen Geschwindigkeiten zu und weicht zur Unendlichkeit ab, weil sich v c nähert.

Die Ergebnisse der speziellen Relativität können durch das Behandeln der Zeit und Raums als eine vereinigte Struktur zusammengefasst werden, die als Raum-Zeit (mit c Verbindung der Einheiten der Zeit und Raums) bekannt ist, und verlangend, dass physische Theorien eine spezielle Symmetrie genannt Lorentz invariance befriedigen, dessen mathematische Formulierung den Parameter c enthält. Lorentz invariance ist eine fast universale Annahme für moderne physische Theorien, wie Quant-Elektrodynamik, Quant chromodynamics, das Standardmodell der Partikel-Physik und die allgemeine Relativität. Als solcher ist der Parameter c in der modernen Physik allgegenwärtig, in vielen Zusammenhängen erscheinend, die ohne Beziehung sind, um sich zu entzünden. Zum Beispiel sagt allgemeine Relativität voraus, dass c auch die Geschwindigkeit des Ernstes und Gravitationswellen ist. In Nichtträgheitsbezugssystemen (Gravitations-gebogener Raum oder beschleunigte Bezugsrahmen) ist die lokale Geschwindigkeit des Lichtes unveränderlich und c gleich, aber die Geschwindigkeit des Lichtes entlang einer Schussbahn der begrenzten Länge kann sich von c je nachdem unterscheiden, wie Entfernungen und Zeiten definiert werden.

Es wird allgemein angenommen, dass grundsätzliche Konstanten wie c denselben Wert überall in der Raum-Zeit haben, bedeutend, dass sie von Position nicht abhängen und sich mit der Zeit nicht ändern. Jedoch ist es in verschiedenen Theorien angedeutet worden, dass sich die Geschwindigkeit des Lichtes mit der Zeit geändert haben kann. Keine abschließenden Beweise für solche Änderungen sind gefunden worden, aber sie bleiben das Thema der andauernden Forschung.

Es wird allgemein auch angenommen, dass die Geschwindigkeit des Lichtes isotropisch ist, bedeutend, dass es denselben Wert unabhängig von der Richtung hat, in der es gemessen wird. Beobachtungen der Emissionen von Kernenergie-Niveaus als eine Funktion der Orientierung der Ausstrahlen-Kerne in einem magnetischen Feld (sieh Hughes-Drever experimentieren), und optische Resonatore rotieren zu lassen (sieh Resonator-Experimente), haben strenge Grenzen auf den möglichen Zweiwegeanisotropy gestellt.

Obere Grenze auf Geschwindigkeiten

Gemäß der speziellen Relativität, der Energie eines Gegenstands mit der Rest-Masse, durch die M und Geschwindigkeit v gegeben werden, wo γ der Faktor von Lorentz ist, der oben definiert ist. Wenn v Null ist, ist γ einem gleich, die berühmte Formel für die Massenenergie-Gleichwertigkeit verursachend. Seit der γ Faktor-Annäherungsunendlichkeit weil nähert sich v c, es würde einen unendlichen Betrag der Energie nehmen, einen Gegenstand mit der Masse zur Geschwindigkeit des Lichtes zu beschleunigen. Die Geschwindigkeit des Lichtes ist die obere Grenze für die Geschwindigkeiten von Gegenständen mit der positiven Rest-Masse. Das wird in vielen Tests der relativistischen Energie und Schwung experimentell gegründet.

Mehr allgemein ist es normalerweise für die Information oder Energie unmöglich, schneller zu reisen, als c. Ein Argument dafür folgt aus der gegenintuitiven Implikation der speziellen als die Relativität der Gleichzeitigkeit bekannten Relativität. Wenn die Raumentfernung zwischen zwei Ereignissen A und B größer ist als der Zeitabstand zwischen ihnen multipliziert mit c dann, gibt es Bezugssysteme, in denen A B, anderen vorangeht, in denen B A und anderen vorangeht, in denen sie gleichzeitig sind. Infolgedessen, wenn etwas schneller reisen würde als c hinsichtlich eines Trägheitsbezugssystems, würde er umgekehrt rechtzeitig hinsichtlich eines anderen Rahmens reisen, und Kausalität würde verletzt. In solch einem Bezugssystem konnte eine "Wirkung" vor seiner "Ursache" beobachtet werden. Solch eine Übertretung der Kausalität ist nie registriert worden, und würde zu Paradoxen wie das Tachyonic-Antitelefon führen.

Als Licht schnellere Beobachtungen und Experimente

Es gibt Situationen, in denen es scheinen kann, dass Sache, Energie oder Information mit Geschwindigkeiten reisen, die größer sind als c, aber sie tun nicht. Zum Beispiel, wie in der Fortpflanzung des Lichtes in einer mittleren Abteilung unten besprochen wird, können viele Welle-Geschwindigkeiten c überschreiten. Zum Beispiel kann die Phase-Geschwindigkeit von Röntgenstrahlen durch den grössten Teil der Brille c alltäglich überschreiten, aber solche Wellen befördern keine Information.

Wenn ein Laserbalken schnell über einen entfernten Gegenstand gekehrt wird, kann sich der Punkt des Lichtes schneller bewegen als c, obwohl die anfängliche Bewegung des Punkts wegen der Zeit verzögert wird, die es Licht nimmt, um zum entfernten Gegenstand mit der Geschwindigkeit c zu bekommen. Jedoch sind die einzigen physischen Entitäten, die sich bewegen, der Laser und sein ausgestrahltes Licht, das mit der Geschwindigkeit c vom Laser bis die verschiedenen Positionen des Punkts reist. Ähnlich kann ein auf einen entfernten Gegenstand geplanter Schatten gemacht werden, sich schneller zu bewegen, als c nach einer Verzögerung rechtzeitig. In keinem Fall tut jede Sache, Energie, oder Information reist schneller als Licht.

Die Rate der Änderung in der Ferne zwischen zwei Gegenständen in einem Bezugssystem, in Bezug auf das sich beide bewegen (ihre Schlussgeschwindigkeit) kann einen Wert über c haben. Jedoch vertritt das die Geschwindigkeit keines einzelnen Gegenstands, wie gemessen, in einem einzelnen Trägheitsrahmen.

Bestimmte Quant-Effekten scheinen, sofort und deshalb schneller übersandt zu werden, als c, als im EPR Paradox. Ein Beispiel schließt die Quant-Staaten von zwei Partikeln ein, die verfangen werden können. Bis jede der Partikeln beobachtet wird, bestehen sie in einer Überlagerung von zwei Quant-Staaten. Wenn die Partikeln getrennt werden und der Quant-Staat einer Partikel beobachtet wird, wird der Quant-Staat der anderen Partikel sofort bestimmt (d. h., schneller als Licht von einer Partikel bis den anderen reisen konnte). Jedoch ist es unmöglich zu kontrollieren, welches Quant feststellen, dass die erste Partikel übernehmen wird, wenn es beobachtet wird, so kann Information nicht auf diese Weise übersandt werden.

Eine andere Quant-Wirkung, die das Ereignis von als Licht schnelleren Geschwindigkeiten voraussagt, wird die Wirkung von Hartman genannt; unter bestimmten Bedingungen ist die Zeit, die für eine virtuelle Partikel zum Tunnel durch eine Barriere erforderlich ist unabhängig von der Dicke der Barriere unveränderlich. Das konnte auf eine virtuelle Partikel hinauslaufen, die eine große Lücke als Licht schneller durchquert. Jedoch kann keine Information mit dieser Wirkung gesandt werden.

So genannte superluminal Bewegung wird in bestimmten astronomischen Gegenständen, wie die relativistischen Strahlen von Radiomilchstraßen und Quasaren gesehen. Jedoch bewegen sich diese Strahlen mit Geschwindigkeiten über die Geschwindigkeit des Lichtes nicht: Die offenbare superluminal Bewegung ist eine Vorsprung-Wirkung, die durch Gegenstände verursacht ist, die sich in der Nähe von der Geschwindigkeit des Lichtes bewegen und sich Erde in einem kleinen Winkel zur Gesichtslinie nähern: Seitdem das Licht, das ausgestrahlt wurde, als das Strahl weiter weg war, länger genommen hat, um die Erde zu erreichen, entspricht die Zeit zwischen zwei aufeinander folgenden Beobachtungen einer längeren Zeit zwischen den Momenten, in denen die leichten Strahlen ausgestrahlt wurden.

In Modellen des dehnbaren Weltalls, je weitere Milchstraßen von einander sind, desto schneller sie sich auseinander leben. Dieses Zurücktreten ist nicht wegen der Bewegung durch den Raum, aber eher zur Vergrößerung des Raums selbst. Zum Beispiel scheinen Milchstraßen weit weg von der Erde, von der Erde mit einer zu ihren Entfernungen proportionalen Geschwindigkeit abzurücken. Außer einer Grenze genannt den Bereich von Hubble, die Rate, an der ihre Entfernung von Erdzunahmen größer wird als die Geschwindigkeit des Lichtes.

Im September 2011 haben Physiker, die am OPERN-Experiment arbeiten, Ergebnisse veröffentlicht, die darauf hingewiesen haben, dass Balken von neutrinos von CERN (in Genf, die Schweiz) zu LNGS (an der Omi Sasso, Italien) schneller gereist waren als die Geschwindigkeit des Lichtes. Diese Ergebnisse, manchmal gekennzeichnet als die als Licht schnellere Neutrino-Anomalie, wurden nachher — Thema der weiteren Bestätigung bestimmt — um das Ergebnis eines Maß-Fehlers zu sein.

Fortpflanzung des Lichtes

In der klassischen Physik wird Licht als ein Typ der elektromagnetischen Welle beschrieben. Das klassische Verhalten des elektromagnetischen Feldes wird durch die Gleichungen von Maxwell beschrieben, die voraussagen, dass die Geschwindigkeit c, mit dem sich elektromagnetische Wellen (wie Licht) durch das Vakuum fortpflanzen, mit dem elektrischen unveränderlichen ε und dem magnetischen unveränderlichen μ durch die Gleichung verbunden ist. In der modernen Quant-Physik wird das elektromagnetische Feld durch die Theorie der Quant-Elektrodynamik (QED) beschrieben. In dieser Theorie wird Licht durch die grundsätzlichen Erregung (oder Quanten) des elektromagnetischen Feldes, genannt Fotonen beschrieben. In QED sind Fotonen massless Partikeln und so gemäß der speziellen Relativität, sie reisen mit der Geschwindigkeit des Lichtes im Vakuum.

Erweiterungen QED, in denen das Foton eine Masse hat, sind betrachtet worden. In solch einer Theorie würde seine Geschwindigkeit von seiner Frequenz abhängen, und die invariant Geschwindigkeit c der speziellen Relativität würde dann die obere Grenze der Geschwindigkeit des Lichtes im Vakuum sein. Keine Schwankung der Geschwindigkeit des Lichtes mit der Frequenz ist in der strengen Prüfung beobachtet worden, strenge Grenzen auf der Masse des Fotons stellend. Die erhaltene Grenze hängt vom verwendeten Modell ab: Wenn das massive Foton durch die Theorie von Proca beschrieben wird, ist das experimentelle für seine Masse gebundene obere ungefähr 10 Gramme; wenn Foton-Masse durch einen Mechanismus von Higgs erzeugt wird, ist die experimentelle obere Grenze, (ungefähr 2 × 10 g) weniger scharf.

Ein anderer Grund für die Geschwindigkeit des Lichtes, um sich mit seiner Frequenz zu ändern, würde der Misserfolg der speziellen Relativität sein, für willkürlich kleine Skalen, wie vorausgesagt, durch einige vorgeschlagene Theorien des Quant-Ernstes zu gelten. 2009 hat die Beobachtung des Spektrums des Gammastrahls geplatzt GRB 090510 hat keinen Unterschied in den Geschwindigkeiten von Fotonen von verschiedenen Energien gefunden, bestätigend, dass Lorentz invariance mindestens unten zur Skala der Länge von Planck (l = ) geteilt durch 1.2 nachgeprüft wird.

In einem Medium

In einem Medium pflanzt sich Licht gewöhnlich mit einer c gleichen Geschwindigkeit nicht fort; weiter werden verschiedene Typen der leichten Welle mit verschiedenen Geschwindigkeiten reisen. Die Geschwindigkeit, mit der sich die individuellen Kämme und Tröge einer Flugzeug-Welle (eine Welle, die den ganzen Raum, mit nur einer Frequenz füllt), fortpflanzen, wird die Phase-Geschwindigkeit v genannt. Ein wirkliches physisches Signal mit einem begrenzten Ausmaß (ein Puls des Lichtes) reist mit einer verschiedenen Geschwindigkeit. Der größte Teil des Pulses reist an der Gruppengeschwindigkeit v und seinem frühsten Teil-Reisen an der Vordergeschwindigkeit v.

Die Phase-Geschwindigkeit ist in der Bestimmung wichtig, wie eine leichte Welle durch ein Material oder von einem Material bis einen anderen reist. Es wird häufig in Bezug auf einen Brechungsindex vertreten. Der Brechungsindex eines Materials wird als das Verhältnis von c zur Phase-Geschwindigkeit v im Material definiert: Größere Indizes der Brechung zeigen niedrigere Geschwindigkeiten an. Der Brechungsindex eines Materials kann von der Frequenz des Lichtes, Intensität, Polarisation oder Richtung der Fortpflanzung abhängen; in vielen Fällen aber kann es als eine materiell-abhängige Konstante behandelt werden. Der Brechungsindex von Luft ist etwa 1.0003. Dichtere Medien, wie Wasser, Glas, und Diamant, haben Brechungsindexe von ungefähr 1.3, 1.5 und 2.4 beziehungsweise für das sichtbare Licht. In exotischen Materialien wie Kondensate von Bose-Einstein in der Nähe von der absoluten Null kann die wirksame Geschwindigkeit des Lichtes nur einige Meter pro Sekunde sein. Jedoch vertritt das Absorption und Wiederstrahlenverzögerung zwischen Atomen, wie alle slower-than-c Geschwindigkeiten bei materiellen Substanzen tut. Als ein äußerstes Beispiel davon, dem leichten "Verlangsamen" in der Sache, haben zwei unabhängige Mannschaften von Physikern behauptet, Licht zu einem "ganzen Stillstand" zu bringen, indem sie es durch ein Kondensat von Bose-Einstein des Element-Rubidiums, einer Mannschaft an der Universität von Harvard und dem Institut von Rowland für die Wissenschaft in Cambridge, Massachusetts und anderer am Zentrum des Harvards-Smithsonian für die Astrophysik auch in Cambridge passiert haben. Jedoch bezieht sich der populäre decription des Lichtes, das in diesen Experimenten wird anhält, nur, um anzuzünden, in den aufgeregten Staaten von Atomen versorgt zu werden, die dann in einer willkürlich späteren Zeit, wie stimuliert, durch einen zweiten Laserpuls wiederausgestrahlt sind. Während der Zeit hatte es "angehalten", es hatte aufgehört, leicht zu sein. Dieser Typ des Verhaltens trifft auf allgemein mikroskopisch alle durchsichtigen Medien zu, die die Geschwindigkeit des Lichtes "verlangsamen".

In durchsichtigen Materialien ist der Brechungsindex allgemein größer als 1, bedeutend, dass die Phase-Geschwindigkeit weniger ist als c. In anderen Materialien ist es für den Brechungsindex möglich, kleiner zu werden, als 1 für einige Frequenzen; in einigen exotischen Materialien ist es sogar für den Index der Brechung möglich, negativ zu werden. Die Voraussetzung, dass Kausalität nicht verletzt wird, deutet an, dass die echten und imaginären Teile der dielektrischen Konstante jedes materiellen, entsprechenden beziehungsweise dem Index der Brechung und zum Verdünnungskoeffizienten, durch die Kramers-Kronig Beziehungen verbunden werden. In praktischen Begriffen bedeutet das, dass in einem Material mit dem Brechungsindex weniger als 1 die Absorption der Welle so schnell ist, dass kein Signal schneller gesandt werden kann als c.

Ein Puls mit der verschiedenen Gruppe und den Phase-Geschwindigkeiten (der vorkommt, wenn die Phase-Geschwindigkeit nicht dasselbe für alle Frequenzen des Pulses ist), Schmieren mit der Zeit, ein als Streuung bekannter Prozess. Bestimmte Materialien haben außergewöhnlich niedrig (oder sogar Null) Gruppengeschwindigkeit für leichte Wellen, ein Phänomen genannt langsames Licht, das in verschiedenen Experimenten bestätigt worden ist.

Das Gegenteil, Gruppengeschwindigkeiten, die c zu weit gehen, ist auch im Experiment gezeigt worden. Es sollte sogar für die Gruppengeschwindigkeit möglich sein, unendlich oder negativ mit Pulsen zu werden, die sofort oder umgekehrt rechtzeitig reisen.

Keine dieser Optionen erlaubt jedoch Information, schneller übersandt zu werden, als c. Es ist unmöglich, Information mit einem Lichtimpuls etwas schneller zu übersenden, als die Geschwindigkeit des frühsten Teils des Pulses (die Vordergeschwindigkeit). Es kann gezeigt werden, dass das (unter bestimmten Annahmen) immer gleich c ist.

Es ist für eine Partikel möglich, durch ein Medium schneller zu reisen, als die Phase-Geschwindigkeit des Lichtes in diesem Medium (aber noch langsamer als c). Wenn eine beladene Partikel das in einem dielektrischen Material tut, wird die elektromagnetische Entsprechung von einer Stoß-Welle, die als Radiation von Cherenkov bekannt ist, ausgestrahlt.

Praktische Effekten der Endlichkeit

Die Endlichkeit der Geschwindigkeit des Lichtes hat Implikationen für verschiedene Wissenschaften und Technologien. In einigen Fällen ist es eine Hindernis: Zum Beispiel, c, die obere Grenze der Geschwindigkeit seiend, mit der Signale gesandt werden können, stellt eine theoretische obere Grenze für die Maschinengeschwindigkeit von Mikroprozessoren zur Verfügung. Andererseits hängen einige Techniken davon zum Beispiel in Entfernungsmaßen ab. Außerdem müssen Erdkontrolleure für den Rückfahrnachrichtenzeitabstand warten, der zunimmt, weil Raumfahrzeuge weiter weg kommen; NASA muss auf mehrere Stunden für die Information von einer Untersuchung warten, die Jupiter umkreist, und wenn es einen Navigationsfehler korrigieren muss, wird die üble Lage das Raumfahrzeug für eine gleiche Zeitdauer nicht erreichen, eine Gefahr der Korrektur schaffend, die nicht rechtzeitig ankommt.

Die Geschwindigkeit des Lichtes ist von der Relevanz zu Kommunikationen. Zum Beispiel, in Anbetracht des äquatorialen Kreisumfangs der Erde ist über und c über, die theoretische kürzeste Zeit für eine Information, um zu reisen, Hälfte des Erdballs entlang der Oberfläche ist ungefähr 67 Millisekunden. Wenn Licht um den Erdball in einer optischen Faser reist, ist die wirkliche Transitzeit teilweise länger, weil die Geschwindigkeit des Lichtes durch ungefähr 35 % in einer optischen Faser, abhängig von seinem Brechungsindex n langsamer ist. Außerdem kommen Geraden selten in globalen Kommunikationssituationen vor, und Verzögerungen werden geschaffen, wenn das Signal einen elektronischen Schalter oder Signalwiedergenerator durchführt.

Eine andere Folge der begrenzten Geschwindigkeit des Lichtes ist, dass Kommunikationen zwischen der Erde und dem Raumfahrzeug nicht sofortig sind. Es gibt eine kurze Verzögerung von der Quelle zum Empfänger, der mehr bemerkenswert wird, als Entfernungen zunehmen. Diese Verzögerung war für Kommunikationen zwischen Bodenkontrolle und Apollo 8 bedeutend, als es das erste besetzte Raumfahrzeug geworden ist, um den Mond zu umkreisen: Für jede Frage musste die Bodenkontrolle-Station auf mindestens drei Sekunden für die Antwort warten, um anzukommen. Die Kommunikationsverzögerung zwischen Erde und Mars kann sich zwischen fünf und zwanzig Minuten abhängig von Verhältnispositionen der zwei Planeten ändern. Demzufolge dessen, wenn ein Roboter auf der Oberfläche des Mars auf ein Problem stoßen sollte, würden seine menschlichen Kontrolleure davon bis mindestens fünf Minuten später, und vielleicht bis zu zwanzig Minuten später nicht bewusst sein; man würde dann weiter fünf bis zwanzig Minuten für Instruktionen brauchen, von der Erde bis Mars zu reisen.

Die Geschwindigkeit des Lichtes kann auch von Bedeutung über sehr kurze Entfernungen sein. In Supercomputern setzt die Geschwindigkeit des Lichtes eine Grenze darauf fest, wie schnell Daten zwischen Verarbeitern gesandt werden können. Wenn ein Verarbeiter an 1 Gigahertz funktioniert, kann ein Signal nur ein Maximum ungefähr in einem einzelnen Zyklus reisen. Verarbeiter müssen deshalb in der Nähe von einander gelegt werden, um Nachrichtenlatenz zu minimieren; das kann Schwierigkeit mit dem Abkühlen verursachen. Wenn Uhr-Frequenzen fortsetzen zuzunehmen, wird die Geschwindigkeit des Lichtes schließlich ein Begrenzungsfaktor für das innere Design von einzelnen Chips werden.

Entfernungsmaß

Radarsysteme messen die Entfernung zu einem Ziel, als sie einen Funkwelle-Puls bringt, um zur Radarantenne zurückzukehren, durch das Ziel widerspiegelt: Die Entfernung zum Ziel ist Hälfte der mit der Geschwindigkeit des Lichtes multiplizierten Rückfahrtransitzeit. Ein Empfänger von Global Positioning System (GPS) misst seine Entfernung zu GPS Satelliten, die darauf gestützt sind, wie lange er für ein Radiosignal nimmt, von jedem Satelliten anzukommen, und von diesen Entfernungen die Position des Empfängers berechnet. Weil leichtes Reisen ungefähr 300,000 Kilometer (186,000 Meilen) in einer Sekunde diese Maße von kleinen Bruchteilen einer Sekunde sehr genau sein müssen. Das sich Erstreckende Mondlaserexperiment, die Radarastronomie und das Tiefe Raumnetz bestimmen Entfernungen zum Mond, den Planeten und dem Raumfahrzeug, beziehungsweise, durch das Messen von Rückfahrtransitzeiten.

Astronomie

Die begrenzte Geschwindigkeit des Lichtes ist in der Astronomie wichtig. Wegen der riesengroßen beteiligten Entfernungen kann es sehr für das Licht viel Zeit in Anspruch nehmen, um von seiner Quelle zur Erde zu reisen. Zum Beispiel hat man 13 Milliarden (13) Jahre für das Licht gebraucht, um zur Erde von den entfernten in den Hubble Extremen Tiefen Feldimages angesehenen Milchstraßen zu reisen. Jene Fotographien, genommen heute, gewinnen Images der Milchstraßen, als sie vor 13 Milliarden Jahren erschienen sind, als das Weltall weniger als eine Milliarde Jahre alt war. Die Tatsache, dass entferntere Gegenstände scheinen, wegen der begrenzten Geschwindigkeit des Lichtes jünger zu sein, erlaubt Astronomen, die Evolution von Sternen, Milchstraßen, und des Weltalls selbst abzuleiten.

Astronomische Entfernungen werden manchmal in Lichtjahren, besonders in populären Wissenschaftsveröffentlichungen und Medien ausgedrückt. Ein Lichtjahr ist das Entfernungslicht-Reisen in einem Jahr, ungefähr 9461 Milliarden Kilometer, 5879 Milliarden Meilen, oder 0.3066 parsecs. Proxima Centauri, der nächste Stern zur Erde nach der Sonne, ist ungefähr 4.2 Lichtjahre weg.

Maß

Es gibt verschiedene Weisen, den Wert von c zu bestimmen. Ein Weg ist, die wirkliche Geschwindigkeit zu messen, mit der sich leichte Wellen fortpflanzen, der in verschiedenen astronomischen und Erdeinstellungen getan werden kann. Jedoch ist es auch möglich, c aus anderen physischen Gesetzen zu bestimmen, wo es, zum Beispiel, durch die Bestimmung der Werte der elektromagnetischen Konstanten ε und μ und das Verwenden ihrer Beziehung zu c erscheint. Historisch sind die genauesten Ergebnisse durch die getrennte Bestimmung der Frequenz und Wellenlänge eines leichten Balkens mit ihrem Produkt erhalten worden, das c gleich ist.

1983 wurde der Meter als "die Länge des Pfads definiert, der durch das Licht im Vakuum während eines Zeitabstands von 1299.792.458 einer Sekunde gereist ist", den Wert der Geschwindigkeit des Lichtes an definitionsgemäß, wie beschrieben, unten befestigend. Folglich geben genaue Maße der Geschwindigkeit des Lichtes eine genaue Verwirklichung des Meters aber nicht einen genauen Wert von c nach.

Astronomische Maße

Weltraum ist eine natürliche Einstellung, für die Geschwindigkeit des Lichtes wegen seines in großem Umfang und fast vollkommenen Vakuums zu messen. Gewöhnlich misst man die für das Licht erforderliche Zeit, um eine Bezugsentfernung im Sonnensystem wie der Radius der Bahn der Erde zu überqueren. Historisch konnten solche Maße ziemlich genau, im Vergleich dazu gemacht werden, wie genau die Länge der Bezugsentfernung in Erdeinheiten bekannt ist. Es ist üblich, um die Ergebnisse in astronomischen Einheiten (AU) pro Tag auszudrücken. Eine astronomische Einheit ist ungefähr die durchschnittliche Entfernung zwischen der Erde und Sonne; es basiert auf dem Internationalen System von Einheiten nicht. Weil der AU eine wirkliche Länge bestimmt, und auf die Zeit des Flugs wie die SI-Einheiten nicht basiert, können moderne Maße der Geschwindigkeit des Lichtes in astronomischen Einheiten pro Tag im Vergleich zum definierten Wert von c im Internationalen System von Einheiten sein.

Ole Christensen Rømer hat ein astronomisches Maß verwendet, um die erste quantitative Schätzung der Geschwindigkeit des Lichtes zu machen. Wenn gemessen, von der Erde sind die Perioden von Monden, die einen entfernten Planeten umkreisen, kürzer, wenn sich die Erde dem Planeten nähert als, wenn die Erde davon zurücktritt. Die Entfernung ist durch das Licht vom Planeten gereist (oder sein Mond) zur Erde ist kürzer, wenn die Erde am Punkt in seiner Bahn ist, die an seinem Planeten am nächsten ist als, wenn die Erde am weitesten Punkt in seiner Bahn, dem Unterschied in der Entfernung ist, die das Diameter der Bahn der Erde um die Sonne ist. Die beobachtete Änderung in der Augenhöhlenperiode des Monds ist wirklich der Unterschied in der Zeit, die es Licht bringt, um kürzer oder längere Entfernung zu überqueren. Rømer hat diese Wirkung für innersten Mondio von Jupiter beobachtet und hat dieses Licht abgeleitet bringt 22 Minuten, um das Diameter der Bahn der Erde zu durchqueren.

Eine andere Methode ist, die Abweichung des Lichtes zu verwenden, das entdeckt und von James Bradley im 18. Jahrhundert erklärt ist. Diese Wirkung ergibt sich aus der Vektor-Hinzufügung der Geschwindigkeit des Lichtes, das von einer entfernten Quelle (wie ein Stern) und der Geschwindigkeit seines Beobachters ankommt (sieh Diagramm rechts). Ein bewegender Beobachter sieht so das Licht aus einer ein bisschen verschiedenen Richtung kommen und sieht folglich die Quelle an einer von seiner ursprünglichen Position ausgewechselten Position. Seit der Richtung der Geschwindigkeitsänderungen der Erde unaufhörlich als die Erdbahnen die Sonne verursacht diese Wirkung die offenbare Position von Sternen sich zu bewegen. Vom winkeligen Unterschied in der Position von Sternen (maximal 20.5 arcseconds) ist es möglich, die Geschwindigkeit des Lichtes in Bezug auf die Geschwindigkeit der Erde um die Sonne auszudrücken, die mit der bekannten Länge eines Jahres zur Zeit leicht umgewandelt werden kann, musste von der Sonne bis die Erde reisen. 1729 hat Bradley diese Methode verwendet abzustammen dieses Licht ist 10,210mal schneller gereist als die Erde in seiner Bahn (die moderne Zahl ist 10,066mal schneller), oder, gleichwertig, dass leichte 8 Minuten 12 Sekunden brauchen würden, um von der Sonne bis die Erde zu reisen.

Heutzutage wird die "leichte Zeit für die Einheitsentfernung" — das Gegenteil von c, der in Sekunden pro astronomische Einheit ausgedrückt ist — durch das Vergleichen der Zeit für Radiosignale gemessen, verschiedenes Raumfahrzeug im Sonnensystem mit ihrer Position zu erreichen, die von den Gravitationseffekten der Sonne und verschiedenen Planeten berechnet ist. Durch das Kombinieren vieler solcher Maße wird ein bester passender Wert für die leichte Zeit pro Einheitsentfernung erhalten., die beste Schätzung, wie genehmigt, durch International Astronomical Union (IAU), ist:

:light-Zeit für die Einheitsentfernung:

:c = =

Die Verhältnisunklarheit in diesen Maßen ist 0.02 Teile pro Milliarde (2), gleichwertig zur Unklarheit in Erdmaßen der Länge durch interferometry. Da der Meter definiert wird, um die Länge zu sein, die durch das Licht in einem bestimmten Zeitabstand gereist ist, kann das Maß der leichten Zeit für die Einheitsentfernung auch als das Messen der Länge eines AU in Metern interpretiert werden.

Zeit von Flugtechniken

Eine Methode, die Geschwindigkeit des Lichtes zu messen, soll die für das Licht erforderliche Zeit messen, um zu einem Spiegel in einer bekannten Entfernung und zurück zu reisen. Das ist der Arbeitsgrundsatz hinter dem Apparat von Fizeau-Foucault, der von Hippolyte Fizeau und Léon Foucault entwickelt ist.

Die Einstellung, wie verwendet, durch Fizeau besteht aus einem Lichtstrahl, der an einem Spiegel weg geleitet ist. Unterwegs von der Quelle zum Spiegel führt der Balken ein rotierendes Räderwerk durch. An einer bestimmten Rate der Folge führt der Balken eine Lücke unterwegs und einen anderen unterwegs zurück durch, aber an ein bisschen höher oder niedrigere Raten schlägt der Balken einen Zahn und führt das Rad nicht durch. Die Entfernung zwischen dem Rad und dem Spiegel, der Zahl von Zähnen auf dem Rad und der Rate der Folge wissend, kann die Geschwindigkeit des Lichtes berechnet werden.

Die Methode von Foucault ersetzt das Räderwerk durch einen rotierenden Spiegel. Weil der Spiegel fortsetzt zu rotieren, während das Licht zum entfernten Spiegel und zurück reist, wird das Licht vom rotierenden Spiegel in einem verschiedenen Winkel auf seinem Ausweg widerspiegelt, als es auf seinem Weg zurück ist. Von diesem Unterschied im Winkel, der bekannten Geschwindigkeit der Folge und der Entfernung zum entfernten Spiegel kann die Geschwindigkeit des Lichtes berechnet werden.

Heutzutage, mit Oszilloskopen mit Zeitentschlossenheiten von weniger als einer Nanosekunde, kann die Geschwindigkeit des Lichtes durch das Timing der Verzögerung eines Lichtimpulses von einem Laser oder einem von einem Spiegel widerspiegelten GEFÜHRTEN direkt gemessen werden. Diese Methode ist (mit Fehlern der Ordnung von 1 %) weniger genau als andere moderne Techniken, aber es wird manchmal als ein Laborexperiment in Universitätsphysik-Klassen verwendet.

Elektromagnetische Konstanten

Eine Auswahl, um c abzuleiten, der von keinem Maß der Fortpflanzung von elektromagnetischen Wellen direkt abhängt, soll die Beziehung zwischen c und dem Vakuum permittivity ε und Vakuumdurchdringbarkeit μ gegründet durch die Theorie von Maxwell verwenden: c = 1 / (εμ). Das Vakuum permittivity kann durch das Messen der Kapazität und Dimensionen eines Kondensators bestimmt werden, wohingegen der Wert der Vakuumdurchdringbarkeit an genau durch die Definition des Amperes befestigt wird. Rosa und Dorsey haben diese Methode 1907 verwendet, um einen Wert dessen zu finden.

Höhle-Klangfülle

Eine andere Weise, die Geschwindigkeit des Lichtes zu messen, soll die Frequenz f und Wellenlänge λ von einer elektromagnetischen Welle im Vakuum unabhängig messen. Der Wert von c kann dann durch das Verwenden der Beziehung c = fλ gefunden werden. Eine Auswahl ist, die Klangfülle-Frequenz eines Höhle-Resonators zu messen. Wenn die Dimensionen der Klangfülle-Höhle auch bekannt sind, können diese verwendet werden bestimmen die Wellenlänge der Welle. 1946 setzen Louis Essen und A.C. Gordon-Smith die Frequenz für eine Vielfalt von normalen Weisen von Mikrowellen einer Mikrowellenhöhle genau bekannter Dimensionen ein. Die Dimensionen wurden zu einer Genauigkeit von ungefähr ±0.8 μm mit durch interferometry kalibrierten Maßen gegründet. Wie die Wellenlänge der Weisen von der Geometrie der Höhle und aus der elektromagnetischen Theorie bekannt war, haben Kenntnisse der verbundenen Frequenzen eine Berechnung der Geschwindigkeit des Lichtes ermöglicht.

Das Essen-Gordon-Smith-Ergebnis war wesentlich genauer als diejenigen, die durch optische Techniken gefunden sind. Vor 1950 haben wiederholte Maße durch Essen ein Ergebnis dessen gegründet.

Eine Haushaltsdemonstration dieser Technik, ist mit einem Mikrowellengerät und Essen wie Marshmallows oder Margarine möglich: Wenn der Plattenteller entfernt wird, so dass sich das Essen nicht bewegt, wird es das schnellste an den Antiknoten kochen (die Punkte, an denen der Welle-Umfang am größten ist), wo es beginnen wird zu schmelzen. Die Entfernung zwischen zwei solchen Punkten ist Hälfte der Wellenlänge der Mikrowellen; durch das Messen dieser Entfernung und das Multiplizieren der Wellenlänge mit der Mikrowellenfrequenz (gewöhnlich gezeigt auf der Rückseite vom Ofen, normalerweise 2450 MHz), kann der Wert von c, "häufig mit weniger als 5 % Fehler berechnet werden".

Interferometry

Interferometry ist eine andere Methode, die Wellenlänge der elektromagnetischen Radiation zu finden, für die Geschwindigkeit des Lichtes zu bestimmen. Ein zusammenhängender Lichtstrahl (z.B von einem Laser), mit einer bekannten Frequenz (f), wird gespalten, um zwei Pfaden zu folgen, und dann wiederverbunden. Durch die Anpassung der Pfad-Länge, während man das Einmischungsmuster beobachtet und sorgfältig die Änderung in der Pfad-Länge misst, kann die Wellenlänge des Lichtes (λ) bestimmt werden. Die Geschwindigkeit des Lichtes wird dann mit der Gleichung c = λf berechnet.

Vor dem Advent der Lasertechnologie wurden zusammenhängende Radioquellen für interferometry Maße der Geschwindigkeit des Lichtes verwendet. Jedoch wird der Interferometric-Entschluss von der Wellenlänge weniger genau mit der Wellenlänge, und die Experimente wurden so in der Präzision durch die lange Wellenlänge (~0.4 Cm) des radiowaves beschränkt. Die Präzision kann durch das Verwenden des Lichtes mit einer kürzeren Wellenlänge verbessert werden, aber dann wird es schwierig, die Frequenz des Lichtes direkt zu messen. Ein Weg um dieses Problem ist, mit einem niedrigen Frequenzsignal anzufangen, dessen die Frequenz genau gemessen werden kann, und von diesem Signal progressiv höhere Frequenzsignale synthetisieren, deren Frequenz dann mit dem ursprünglichen Signal verbunden werden kann. Ein Laser kann dann zur Frequenz geschlossen werden, und seine Wellenlänge kann mit interferometry bestimmt werden. Diese Technik war wegen einer Gruppe am Nationalen Büro von Standards (NBS) (der später NIST geworden ist). Sie haben es 1972 verwendet, um die Geschwindigkeit des Lichtes im Vakuum mit einer Bruchunklarheit dessen zu messen.

Geschichte

Bis zur frühen modernen Periode war es nicht bekannt, ob Licht sofort oder mit einer sehr schnellen begrenzten Geschwindigkeit gereist ist. Die erste noch vorhandene registrierte Überprüfung dieses Themas war im alten Griechenland. Die alten Griechen, Gelehrten Moslem und klassischen europäischen Wissenschaftler haben lange das diskutiert, bis Rømer die erste Berechnung der Geschwindigkeit des Lichtes zur Verfügung gestellt hat. Die Theorie von Einstein der Speziellen Relativität hat beschlossen, dass die Geschwindigkeit des Lichtes unabhängig von jemandes Bezugssystem unveränderlich ist. Seitdem haben Wissenschaftler immer genauere Maße zur Verfügung gestellt.

Frühe Geschichte

Empedocles war erst, um zu behaupten, dass Licht eine begrenzte Geschwindigkeit hat. Er hat dieses Licht aufrechterhalten war etwas in der Bewegung, und muss deshalb Zeit in Anspruch nehmen, um zu reisen. Aristoteles hat zum Gegenteil behauptet, dass "Licht wegen der Anwesenheit von etwas ist, aber es ist nicht eine Bewegung". Euklid und Ptolemy haben die Emissionstheorie der Vision vorgebracht, wo Licht vom Auge ausgestrahlt wird, so Anblick ermöglichend. Gestützt auf dieser Theorie hat der Reiher Alexandrias behauptet, dass die Geschwindigkeit des Lichtes unendlich sein muss, weil entfernte Gegenstände wie Sterne sofort nach der Öffnung der Augen erscheinen.

Früh sind islamische Philosophen am Anfang mit der Aristotelischen Ansicht übereingestimmt, dass Licht keine Geschwindigkeit des Reisens hatte. In 1021 hat Alhazen (Ibn al-Haytham) das Buch der Optik veröffentlicht, in der er eine Reihe von Argumenten präsentiert hat, die die Emissionstheorie zu Gunsten von der jetzt akzeptierten intromission Theorie der Vision abweisen, in der sich Licht von einem Gegenstand ins Auge bewegt. Das hat Alhazen dazu gebracht vorzuschlagen, dass Licht eine begrenzte Geschwindigkeit haben muss, und dass die Geschwindigkeit des Lichtes variabel ist, in dichteren Körpern abnehmend. Er hat behauptet, dass Licht wesentliche Sache ist, deren Fortpflanzung Zeit verlangt, selbst wenn das vor unseren Sinnen verborgen wird. Auch im 11. Jahrhundert Abū Rayhān hat al-Bīrūnī zugegeben, dass Licht eine begrenzte Geschwindigkeit hat und bemerkt hat, dass die Geschwindigkeit des Lichtes viel schneller ist als die Geschwindigkeit des Tons.

Im 13. Jahrhundert hat Roger Bacon behauptet, dass die Geschwindigkeit des Lichtes in Luft mit philosophischen Argumenten ziemlich begrenzt war, die durch das Schreiben von Alhazen und Aristoteles unterstützt sind. In den 1270er Jahren hat Witelo die Möglichkeit des Lichtes gedacht, das mit der unendlichen Geschwindigkeit beim Vakuum reist, aber sich in dichteren Körpern verlangsamt.

Am Anfang des 17. Jahrhunderts hat Johannes Kepler geglaubt, dass die Geschwindigkeit des Lichtes unendlich war, da leerer Raum kein Hindernis dafür präsentiert. René Descartes hat behauptet, dass, wenn die Geschwindigkeit des Lichtes begrenzt war, die Sonne, die Erde und der Mond merklich außer der Anordnung während einer Mondeklipse sein würden. Seitdem solcher Fluchtungsfehler nicht beobachtet worden war, hat Descartes beschlossen, dass die Geschwindigkeit des Lichtes unendlich war. Descartes hat nachgesonnen, dass, wenn, wie man fand, die Geschwindigkeit des Lichtes begrenzt war, sein ganzes System der Philosophie abgerissen werden könnte.

Die ersten Maß-Versuche

1629 hat Isaac Beeckman ein Experiment vorgeschlagen, in dem eine Person den Blitz einer Kanone beobachtet, die von einem Spiegel ungefähr eine Meile (1.6 km) weg nachdenkt. 1638 hat Galileo Galilei ein Experiment, mit einem offenbaren Anspruch darauf vorgeschlagen, es einige Jahre früher durchgeführt zu haben, die Geschwindigkeit des Lichtes zu messen, indem er die Verzögerung zwischen Aufdecken einer Laterne und seiner Wahrnehmung eine Entfernung weg beobachtet hat. Er war unfähig zu unterscheiden, ob leichtes Reisen sofortig war oder nicht, aber beschlossen hat, dass, wenn es nicht war, es dennoch außerordentlich schnell sein muss. Das Experiment von Galileo wurde durch den Accademia del Cimento Florenz, Italien 1667 mit den durch ungefähr eine Meile getrennten Laternen ausgeführt, aber keine Verzögerung wurde beobachtet. Die wirkliche Verzögerung in diesem Experiment wäre ungefähr 11 Mikrosekunden gewesen.

Die erste quantitative Schätzung der Geschwindigkeit des Lichtes wurde 1676 von Rømer gemacht (sieh den Entschluss von Rømer von der Geschwindigkeit des Lichtes). Von der Beobachtung, dass die Perioden von innerstem Mondio von Jupiter geschienen sind, kürzer zu sein, als sich die Erde Jupiter näherte als, als sie davon zurückgetreten ist, hat er beschlossen, dass das leichte Reisen mit einer begrenzten Geschwindigkeit, und eingeschätzt hat, dass er leichte 22 Minuten bringt, um das Diameter der Bahn der Erde zu durchqueren. Christiaan Huygens hat diese Schätzung mit einer Schätzung für das Diameter der Bahn der Erde verbunden, um eine Schätzung der Geschwindigkeit des Lichtes, um 26 % tiefer zu erhalten, als der Ist-Wert.

Schreiben Sie seinen 1704 Opticks ein, Isaac Newton hat die Berechnungen von Rømer der begrenzten Geschwindigkeit des Lichtes gemeldet und hat einen Wert von "sieben oder acht Minuten" für die für das Licht genommene Zeit gegeben, um von der Sonne bis die Erde zu reisen (der moderne Wert ist 8 Minuten 19 Sekunden). Newton hat gefragt, ob die Eklipse-Schatten von Rømer gefärbt wurden; hörend, dass sie nicht waren, hat er beschlossen, dass die verschiedenen Farben mit derselben Geschwindigkeit gereist sind. 1729 hat James Bradley die Abweichung des Lichtes entdeckt. Von dieser Wirkung hat er beschlossen, dass Licht 10,210mal schneller reisen muss als die Erde in seiner Bahn (die moderne Zahl ist 10,066mal schneller), oder, gleichwertig, dass leichte 8 Minuten 12 Sekunden brauchen würden, um von der Sonne bis die Erde zu reisen.

Verbindungen mit dem Elektromagnetismus

Im 19. Jahrhundert hat Hippolyte Fizeau eine Methode entwickelt, die Geschwindigkeit des Lichtes zu bestimmen, das auf Maßen der Zeit des Flugs auf der Erde gestützt ist, und hat einen Wert dessen gemeldet. Seine Methode wurde von Léon Foucault übertroffen, der einen Wert 1862 erhalten hat. Das Jahr 1856 haben Wilhelm Eduard Weber und Rudolf Kohlrausch das Verhältnis der elektromagnetischen und elektrostatischen Einheiten der Anklage, 1 / εμ gemessen, indem sie ein Glas von Leyden entladen haben, und haben gefunden, dass sein numerischer Wert sehr der Geschwindigkeit des Lichtes, wie gemessen, direkt durch Fizeau nah gewesen ist. Im nächsten Jahr hat Gustav Kirchhoff berechnet, dass ein elektrisches Signal in einem resistanceless Reisen entlang der Leitung mit dieser Geschwindigkeit anschließt. Am Anfang der 1860er Jahre hat Maxwell gezeigt, dass gemäß der Theorie des Elektromagnetismus, an dem er arbeitete, dass elektromagnetische Wellen im leeren Raum mit einer dem obengenannten gleichen Geschwindigkeit Weber/Kohrausch Verhältnis fortpflanzen, und Aufmerksamkeit auf die numerische Nähe dieses Werts zur Geschwindigkeit des Lichtes, wie gemessen, durch Fizeau lenkend, er vorgeschlagen hat, dass Licht tatsächlich eine elektromagnetische Welle ist.

"Narkoseäther von Luminiferous"

Es wurde zurzeit gedacht, dass leerer Raum mit einem Hintergrundmedium genannt den luminiferous Narkoseäther gefüllt wurde, in dem das elektromagnetische Feld bestanden hat. Einige Physiker haben gedacht, dass dieser Narkoseäther als ein bevorzugtes Bezugssystem für die Fortpflanzung des Lichtes gehandelt hat und deshalb es möglich sein sollte, die Bewegung der Erde in Bezug auf dieses Medium, durch das Messen der Isotropie der Geschwindigkeit des Lichtes zu messen. Anfang in den 1880er Jahren wurden mehrerer Experimente durchgeführt, um zu versuchen, diese Bewegung zu entdecken, von denen der berühmteste das Experiment ist, das von Albert Michelson und Edward Morley 1887 durchgeführt ist. Die entdeckte Bewegung war immer weniger als der Beobachtungsfehler. Moderne Experimente zeigen an, dass die Zweiwegegeschwindigkeit des Lichtes (dasselbe in jeder Richtung) zu innerhalb von 6 Nanometern pro Sekunde isotropisch ist.

Wegen dieses Experimentes hat Hendrik Lorentz vorgeschlagen, dass die Bewegung des Apparats durch den Narkoseäther den Apparat veranlassen kann, sich entlang seiner Länge in der Richtung auf die Bewegung zusammenzuziehen, und er weiter angenommen hat, dass die Zeitvariable für bewegende Systeme auch entsprechend ("Ortszeit") geändert werden muss, die zur Formulierung der Transformation von Lorentz geführt hat. Gestützt auf der Narkoseäther-Theorie von Lorentz hat Henri Poincaré (1900) gezeigt, dass diese Ortszeit (um zuerst in v/c zu bestellen), durch Uhren angezeigt wird, die sich im Narkoseäther bewegen, die unter der Annahme der unveränderlichen leichten Geschwindigkeit synchronisiert werden. 1904 hat er nachgesonnen, dass die Geschwindigkeit des Lichtes eine Begrenzungsgeschwindigkeit in der Dynamik sein konnte, vorausgesetzt, dass die Annahmen der Theorie von Lorentz alle bestätigt werden. 1905 hat Poincaré die Narkoseäther-Theorie von Lorentz in die volle Beobachtungsabmachung mit dem Grundsatz der Relativität gebracht.

Spezielle Relativität

1905 hat Einstein vom Anfang verlangt, dass die Geschwindigkeit des Lichtes im Vakuum, das von einem nichtbeschleunigenden Beobachter gemessen ist, der Bewegung der Quelle oder des Beobachters unabhängig ist. Damit und dem Grundsatz der Relativität als eine Basis hat er die spezielle Relativitätstheorie, in der die Geschwindigkeit des Lichtes im Vakuum c gezeigt als ein grundsätzlicher Parameter abgeleitet, auch in Zusammenhängen erscheinend, die ohne Beziehung sind, um sich zu entzünden. Das hat das Konzept des stationären Narkoseäthers gemacht (an dem Lorentz und Poincaré noch geklebt haben) nutzlos und die Konzepte der Zeit und Raums revolutioniert hat.

Vergrößerte Genauigkeit von c und Wiederdefinition des Meters

In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts wurden viel Fortschritte in der Erhöhung der Genauigkeit von Maßen der Geschwindigkeit des Lichtes, zuerst durch Höhle-Klangfülle-Techniken und später durch den Laser interferometer Techniken gemacht. 1972, mit der letzten Methode und der 1960-Definition des Meters in Bezug auf eine besondere geisterhafte Linie des Kryptons 86, eine Gruppe an NBS im Felsblock, hat Colorado die Geschwindigkeit des Lichtes im Vakuum bestimmt, um c = zu sein. Das war 100mal weniger unsicher als der vorher akzeptierte Wert. Die restliche Unklarheit ist hauptsächlich mit der Definition des Meters verbunden gewesen. Seitdem ähnliche Experimente vergleichbare Ergebnisse für c gefunden haben, hat der 15. Conférence Générale des Poids et Mesures (CGPM) 1975 empfohlen, den Wert für die Geschwindigkeit des Lichtes zu verwenden.

1983 hat der 17. CGPM den Meter so wiederdefiniert, "Der Meter ist die Länge des Pfads, der durch das Licht im Vakuum während eines Zeitabstands von 1/299 792 458 einer Sekunde gereist ist." Infolge dieser Definition ist der Wert der Geschwindigkeit des Lichtes im Vakuum genau und ist eine definierte Konstante im SI-System von Einheiten geworden. Verbesserte experimentelle Techniken betreffen den Wert der Geschwindigkeit des Lichtes in SI-Einheiten nicht, aber berücksichtigen stattdessen eine genauere Verwirklichung der Definition des Meters.

Siehe auch

• Der leichte Sekunde

Referenzen

Weiterführende Literatur

Historische Verweisungen

• Übersetzt als

Moderne Verweisungen

Links

• Geschwindigkeit des Lichtes im Vakuum (Nationales Institut für Standards und Technologie, NIST)
• Definition des Meters (Internationales Büro von Gewichten und Maßnahmen, BIPM)
• Datengalerie: Die Geschwindigkeit von Michelson des Lichtes (Univariate Positionsbewertung) (laden Daten herunter, die von A.A. Michelson gesammelt sind)
• Subluminal (Java applet demonstrierende Gruppengeschwindigkeitsinformationsgrenzen)
• De Mora Luminis an MathPages
• Leichte Diskussion über das Hinzufügen von Geschwindigkeiten
• Geschwindigkeit des Lichtes (Universität der Colorado Abteilung der Physik)
• c: Geschwindigkeit des Lichtes (Sechzig Symbole, Universität der Nottinghamer Abteilung der Physik [Video])

• Usenet-Physik-Fragen
• Der Fizeau "schnell das Drehen des Zahnrades" Methode