Wie haben wir die Lichtgeschwindigkeit gemessen?
Ist Licht unendlich schnell?
Du schaltest eine Lampe ein, und das ganze Zimmer ist im selben Augenblick hell. Lange dachte man, Licht bewege sich gar nicht, es sei einfach überall gleichzeitig. Wie misst man, ob es überhaupt irgendwohin fliegt?
Der Versuch mit Laternen
Galilei versuchte es mit Laternen: zwei Leute auf Hügeln, etwa einen Kilometer voneinander entfernt. Einer deckt seine Laterne auf, und sobald der andere das sieht, deckt er seine auf. Gemessen hat er aber nur, wie lange Menschen zum Reagieren brauchen, denn Licht legt die zwei Kilometer hin und zurück in sieben Millionstelsekunden zurück.
Eine Uhr am Himmel
Am Himmel fanden sich eine lange Strecke und eine Uhr. Der Jupitermond Io umrundet den Planeten alle 42,5 Stunden und verschwindet jedes Mal kurz in dessen Schatten. Diese Verfinsterungen kommen regelmäßig und lassen sich vorhersagen.
Die Uhr geht nach
Der dänische Astronom Ole Rømer bemerkte 1676, dass die Verfinsterungen von Io nicht immer pünktlich sind. Steht die Erde dem Jupiter am nächsten, kommen sie wie vorhergesagt, doch während sich die Erde entfernt, verspäten sie sich immer mehr. Auf der anderen Seite der Erdbahn beträgt die Verspätung etwa 17 Minuten.
Licht durchquert die ganze Erdbahn
Rømer verstand, warum: Licht braucht eine Weile von Io zu uns. Auf der anderen Seite der Bahn muss es zusätzlich ihren ganzen Durchmesser zurücklegen, etwa 300 Millionen Kilometer. Rømer schätzte, dass es dafür 22 Minuten braucht; heute wissen wir, dass es etwa 17 Minuten sind, das sind rund 1.000 Sekunden. Licht legt also etwa 300.000 Kilometer pro Sekunde zurück.
Ein Zahnrad
Auf der Erde maß sie als Erster Hippolyte Fizeau im Jahr 1849. Er schickte Licht einer Lampe durch eine Lücke zwischen den Zähnen eines Zahnrads zu einem 8,6 Kilometer entfernten Spiegel. Der Spiegel warf es zurück, und das Licht kam durch dieselbe Lücke wieder ins Auge. Aber wie erkennt man daran, wie schnell es fliegt?
Wenn sich das Rad dreht
Dann drehte er das Rad. Drehte es langsam, kam das Licht durch dieselbe Lücke zurück, weil das Rad kaum weiterrückte. Je schneller es lief, desto mehr traf das Licht die Zahnkante und wurde schwächer. Bei 12,5 Umdrehungen pro Sekunde verschwand es ganz: Das Rad war einen ganzen Zahn weiter, das Licht traf einen Zahn statt der Lücke. Für einen Zahn brauchte das Rad 1/18.000 Sekunde, in der das Licht 17 Kilometer hin und zurück flog: etwa 310.000 Kilometer pro Sekunde.
Probier es selbst
Mikrowellen sind auch Licht, nur unsichtbar. Nimm den Drehteller aus der Mikrowelle und erwärme darin 20 Sekunden eine Tafel Schokolade. Mikrowellen prallen von den Wänden ab und heizen am stärksten an Stellen, die genau eine halbe Welle auseinanderliegen: Die Schokolade schmilzt etwa alle 6 cm, eine ganze Welle ist also 12 cm lang. Eine Welle ist so schnell wie ihre Länge mal Schwingungen pro Sekunde, und die stehen auf dem Typenschild: 2.450 MHz, also 2,45 Milliarden. 12 cm × 2,45 Milliarden sind etwa 300.000 Kilometer pro Sekunde.
Und heute?
In den 1970er-Jahren maß man sie per Laser, mit derselben Formel wie bei der Schokolade: Wellenlänge mal Zahl der Schwingungen. Heraus kamen 299.792.458 Meter pro Sekunde, und seit 1983 ist diese Zahl fest vorgegeben, nach ihr wird sogar der Meter bestimmt. Heute messen wir die Lichtgeschwindigkeit deshalb nicht mehr, wir messen mit ihr: Ein Laser, zurückgeworfen von Spiegeln, die Astronauten auf dem Mond zurückließen, braucht hin und zurück 2,5 Sekunden. Daraus kennen wir die Entfernung des Mondes auf den Zentimeter genau.
Also: Wie haben wir sie gemessen?
Licht ist so schnell, dass wir zum Messen eine riesige Strecke oder eine sehr genaue Uhr brauchen. Rømer nahm die Erdbahn und als Uhr die Verfinsterungen von Io, Fizeau nahm 17 Kilometer und als Uhr ein schnell drehendes Rad. Beides zeigte, dass Licht ungeheuer schnell ist, aber nicht unendlich schnell.