Hur mätte vi ljusets hastighet?
Är ljuset oändligt snabbt?
Du tänder en lampa och hela rummet blir ljust på en gång. Länge trodde man att ljuset inte rörde sig alls, att det helt enkelt fanns överallt samtidigt. Hur mäter man om det över huvud taget färdas någonstans?
Försöket med lyktor
Galileo försökte med lyktor: två personer på kullar ungefär en kilometer från varandra. Den ena tar av skyddet från sin lykta, och den andra tar av sitt så fort ljuset syns. Men han mätte bara hur lång tid det tar för människor att reagera, för ljuset klarar de två kilometerna fram och tillbaka på sju miljondels sekund.
En klocka på himlen
På himlen fanns både en lång sträcka och en klocka. Jupiters måne Io går runt planeten på 42,5 timmar och försvinner varje gång en stund i dess skugga. Förmörkelserna kommer regelbundet och går att förutsäga.
Klockan går efter
Den danske astronomen Ole Rømer märkte 1676 att Ios förmörkelser inte alltid kom i tid. När jorden är närmast Jupiter kommer de enligt förutsägelsen, men allt eftersom jorden avlägsnar sig blir de alltmer försenade. På andra sidan jordbanan är förseningen ungefär 17 minuter.
Ljuset korsar hela jordbanan
Rømer förstod varför: ljuset tar en stund på sig att färdas från Io till oss. På andra sidan banan måste det dessutom färdas tvärs över hela banan, ungefär 300 miljoner kilometer. Rømer uppskattade att det tar 22 minuter; i dag vet vi att det tar ungefär 17 minuter, alltså runt 1 000 sekunder, så ljuset färdas ungefär 300 000 kilometer i sekunden.
Ett kugghjul
Den förste som mätte den på jorden var Hippolyte Fizeau, år 1849. Han skickade ljus från en lampa genom en lucka mellan kuggarna på ett kugghjul till en spegel 8,6 kilometer bort. Spegeln kastade tillbaka det, och ljuset kom genom samma lucka tillbaka till ögat. Men hur kan man av det se hur snabbt ljuset färdas?
När hjulet snurrar
Sedan satte han hjulet i rörelse. Så länge det snurrade långsamt hann det bara vrida sig lite innan ljuset kom tillbaka, och ljuset gick tillbaka genom samma lucka. När han ökade farten träffade det återvändande ljuset alltmer kanten på en kugge och blev svagare. Vid 12,5 varv i sekunden försvann det helt: hjulet hade då hunnit vrida sig en hel kugge, och ljuset träffade en kugge i stället för en lucka. Hjulet behövde 1/18 000 sekund för en kugge, och på den tiden färdades ljuset 17 kilometer fram och tillbaka, så det färdas ungefär 310 000 kilometer i sekunden.
Kolla själv
Mikrovågor är också ljus, vi ser det bara inte. Ta ut den roterande tallriken ur mikrovågsugnen och värm en chokladkaka i den i 20 sekunder. Mikrovågorna studsar mot ugnens väggar och värmer mest på ställen som ligger exakt en halv våg från varandra: chokladen smälter med ungefär 6 centimeters mellanrum, så en hel våg är 12 cm. En vågs hastighet är dess längd gånger antalet svängningar per sekund, och det står på ugnens märkskylt: 2 450 MHz, alltså 2,45 miljarder. 12 cm × 2,45 miljarder blir ungefär 300 000 kilometer i sekunden.
Hur det är i dag
På 1970-talet mättes den med laser och med samma formel som med chokladen: våglängd gånger antal svängningar. Det blev 299 792 458 meter per sekund, och sedan 1983 är talet fastslaget; det används till och med för att bestämma hur lång en meter är. I dag mäter vi därför inte ljusets hastighet, vi mäter med den: en laserstråle som studsar mot speglarna som astronauterna lämnade på månen tar 2,5 sekunder fram och tillbaka, och därigenom vet vi på centimetern hur långt bort månen är.
Så hur mätte vi den?
Ljuset är så snabbt att vi behöver en jättelång sträcka eller en mycket noggrann klocka för att mäta det. Rømer tog jordbanan och som klocka Ios förmörkelser, Fizeau tog 17 kilometer och som klocka ett hjul som snurrade fort. Båda visade att ljuset färdas med en enorm men ändlig hastighet.