Hvordan målte vi lysets hastighed?
Er lyset uendelig hurtigt?
Du tænder en lampe, og hele rummet bliver lyst på én gang. Længe troede man, at lyset slet ikke bevægede sig, at det bare var overalt på samme tid. Hvordan måler man, om det overhovedet bevæger sig nogen steder hen?
Forsøget med lygter
Galilei prøvede med lygter: to personer på hver sin bakke, omkring en kilometer fra hinanden. Den ene afdækker sin lygte, og den anden gør det samme, så snart lyset viser sig. Men han målte kun, hvor lang tid folk er om at reagere, for lyset tilbagelægger de to kilometer frem og tilbage på syv milliontedele af et sekund.
Et ur på himlen
På himlen fandtes både en lang strækning og et ur. Jupiters måne Io kredser om planeten på 42,5 timer og forsvinder hver gang et stykke tid i dens skygge. Formørkelserne kommer regelmæssigt og kan forudsiges.
Uret sakker bagud
Den danske astronom Ole Rømer lagde i 1676 mærke til, at Ios formørkelser ikke altid kom til tiden. Når Jorden er tættest på Jupiter, kommer de som forudsagt, men efterhånden som Jorden fjerner sig, bliver de mere og mere forsinkede. På den modsatte side af Jordens bane er forsinkelsen omkring 17 minutter.
Lyset krydser hele Jordens bane
Rømer forstod hvorfor: Lyset er et stykke tid om at nå fra Io til os. På den modsatte side af banen skal det desuden tilbagelægge hele dens diameter, omkring 300 millioner kilometer. Rømer anslog, at det tager 22 minutter; i dag ved vi, at det tager omkring 17 minutter, altså cirka 1.000 sekunder, så lyset tilbagelægger omkring 300.000 kilometer i sekundet.
Et tandhjul
Den første, der målte den på Jorden, var Hippolyte Fizeau i 1849. Han sendte lys fra en lampe gennem et mellemrum mellem tænderne på et tandhjul hen til et spejl 8,6 kilometer væk. Spejlet kastede det tilbage, og lyset kom gennem det samme mellemrum tilbage til øjet. Men hvordan kan man se af det, hvor hurtigt lyset bevæger sig?
Når hjulet drejer
Så satte han hjulet i gang. Drejede det langsomt, flyttede det sig kun lidt, før lyset kom tilbage, og lyset gik tilbage gennem samme mellemrum. Jo hurtigere det drejede, jo mere ramte det tilbagevendende lys kanten af en tand og blev svagere. Ved 12,5 omdrejninger i sekundet forsvandt det helt: Hjulet havde flyttet sig en hel tand, og lyset ramte en tand i stedet for et mellemrum. Én tand tog 1/18.000 sekund, og på den tid fløj lyset 17 kilometer frem og tilbage, altså omkring 310.000 kilometer i sekundet.
Prøv det selv
Mikrobølger er også lys, vi kan bare ikke se det. Tag drejetallerkenen ud af mikrobølgeovnen, og varm en plade chokolade i den i 20 sekunder. Mikrobølgerne kastes tilbage fra ovnens vægge og varmer mest på steder, der ligger præcis en halv bølge fra hinanden: Chokoladen smelter med cirka 6 centimeters mellemrum, så en hel bølge er 12 cm. En bølges hastighed er dens længde gange antallet af svingninger i sekundet, og det står på ovnens typeskilt: 2.450 MHz, altså 2,45 milliarder. 12 cm × 2,45 milliarder giver omkring 300.000 kilometer i sekundet.
Hvordan det er i dag
I 1970’erne blev den målt med laser og med den samme formel som med chokoladen: bølgelængde gange antal svingninger. Resultatet blev 299.792.458 meter i sekundet, og siden 1983 har tallet ligget fast; det bruges endda til at bestemme, hvor lang en meter er. I dag måler vi derfor ikke lysets hastighed, vi måler med den: En laser, der kastes tilbage fra de spejle, astronauterne efterlod på Månen, er 2,5 sekunder om turen frem og tilbage, og deraf ved vi på centimeteren, hvor langt væk Månen er.
Så hvordan målte vi den?
Lyset er så hurtigt, at vi har brug for en kæmpe strækning eller et meget præcist ur for at måle det. Rømer tog Jordens bane og som ur Ios formørkelser, Fizeau tog 17 kilometer og som ur et hjul, der drejede hurtigt. Begge viste, at lyset bevæger sig med en enorm, men endelig hastighed.