Hvordan målte vi lyshastigheten?
Er lyset uendelig raskt?
Du slår på en lampe, og hele rommet blir lyst på et øyeblikk. Lenge trodde folk at lyset ikke beveget seg noe sted, at det bare var overalt på en gang. Hvordan måler man om det i det hele tatt beveger seg?
Forsøket med lykter
Galilei prøvde med lykter: to personer på hver sin ås, omtrent en kilometer fra hverandre. Den ene avdekker lykta si, og den andre avdekker sin så snart lyset viser seg. Men han målte bare hvor lang tid folk bruker på å reagere, for lyset tilbakelegger de to kilometerne fram og tilbake på sju milliondels sekund.
En klokke på himmelen
På himmelen fantes både en lang strekning og en klokke. Jupiters måne Io går rundt planeten på 42,5 timer og forsvinner hver gang en stund i skyggen dens. Disse formørkelsene kommer regelmessig og kan forutsies.
Klokka går for sakte
Den danske astronomen Ole Rømer la i 1676 merke til at formørkelsene av Io ikke alltid kom presis. Når jorda er nærmest Jupiter, kommer de som forutsagt, men etter hvert som jorda fjerner seg, blir de mer og mer forsinket. På motsatt side av jordbanen er forsinkelsen omtrent 17 minutter.
Lyset krysser hele jordbanen
Rømer skjønte hvorfor: Lyset bruker litt tid på veien fra Io til oss. På motsatt side av banen må det i tillegg tilbakelegge hele diameteren dens, omtrent 300 millioner kilometer. Rømer anslo at det tar 22 minutter; i dag vet vi at det tar omtrent 17 minutter, altså rundt 1 000 sekunder, så lyset farer omtrent 300 000 kilometer i sekundet.
Et tannhjul
Den første som målte den på jorda, var Hippolyte Fizeau i 1849. Han sendte lys fra en lampe gjennom en åpning mellom tennene på et tannhjul til et speil 8,6 kilometer unna. Speilet kastet det tilbake, og lyset kom gjennom den samme åpningen tilbake til øyet. Men hvordan kan man av dette se hvor fort lyset farer?
Når hjulet snurrer
Så satte han hjulet i gang. Så lenge det snurret sakte, rakk det bare å dreie seg litt før lyset kom tilbake, og lyset gikk tilbake gjennom den samme åpningen. Etter hvert som han økte farten, traff det tilbakevendende lyset mer og mer kanten av en tann og ble svakere. Ved 12,5 omdreininger i sekundet forsvant det helt: Hjulet hadde da dreid seg en hel tann, og lyset traff en tann i stedet for en åpning. Hjulet brukte 1/18 000 sekund på én tann, og på den tiden tilbakela lyset 17 kilometer fram og tilbake, så det farer omtrent 310 000 kilometer i sekundet.
Sjekk det selv
Mikrobølger er også lys, vi ser det bare ikke. Ta dreietallerkenen ut av mikrobølgeovnen og varm en sjokoladeplate i den i 20 sekunder. Mikrobølgene spretter mot veggene og varmer mest på steder som ligger nøyaktig en halv bølge fra hverandre: Sjokoladen smelter med omtrent 6 centimeters mellomrom, så en hel bølge er 12 cm. Farten til en bølge er lengden ganger antall svingninger per sekund, og det står på typeskiltet til ovnen: 2 450 MHz, altså 2,45 milliarder. 12 cm × 2,45 milliarder blir omtrent 300 000 kilometer i sekundet.
Hvordan det er i dag
På 1970-tallet ble den målt med laser og med den samme formelen som med sjokoladen: bølgelengde ganger antall svingninger. Resultatet ble 299 792 458 meter per sekund, og siden 1983 har tallet vært fastsatt; det brukes til og med til å bestemme lengden av en meter. I dag måler vi derfor ikke lyshastigheten, vi måler med den: En laser som spretter tilbake fra speilene astronautene la igjen på månen, bruker 2,5 sekunder fram og tilbake, og ut fra det vet vi på centimeteren hvor langt unna månen er.
Så hvordan målte vi den?
Lyset er så raskt at man trenger en kjempelang strekning eller en svært nøyaktig klokke for å måle det. Rømer tok jordbanen og som klokke formørkelsene av Io, Fizeau tok 17 kilometer og som klokke et hjul som snurret fort. Begge viste at lyset farer med en enorm, men endelig hastighet.