„Habe nun ach! Philosophie, Juristerei und Medizin, und leider auch Theologie! durchaus studiert mit heißem Bemühn. Da steh ich nun, ich armer Tor! und bin so klug als wie zuvor; heiße Magister, heiße Doktor gar, und ziehe schon an die zehen Jahr herauf, herab und quer und krumm meine Schüler an der Nase herum – und sehe, dass wir nichts wissen können!

Das will mir schier das Herz verbrennen!“ 

- Faust I, S. 354–365

Lichtgeschwindigkeit

Unter der Lichtgeschwindigkeit c versteht man meist die Ausbreitungs-geschwindigkeit von Licht im Vakuum. Neben Licht breiten sich auch alle anderen elektromagnetischen Wellen wie auch Gravitationswellen mit dieser Geschwindigkeit aus. Sie ist eine fundamentale Naturkonstante, deren Bedeutung in der speziellen und allgemeinen Relativitätstheorie weit über die Beschreibung der elektromagnetischen Wellenausbreitung hinausgeht.

 

In einem materiellen Ausbreitungsmedium ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts stets geringer. Will man sich davon klar abgrenzen, spricht man von der Vakuumlichtgeschwindigkeit, anderenfalls von der Ausbreitungs-geschwindigkeit von Licht (in einem Medium). In dispersiven Medien unterscheidet man zusätzlich zwischen der Phasen- und der Gruppen- geschwindigkeit.

 

Die Maxwellsche Gleichungen weisen keine Abhängigkeit der Lichtgeschwindigkeit von der Geschwindigkeit der Lichtquelle auf. Aus dieser Feststellung und aus dem Relativitätsprinzip folgt, dass die Lichtgeschwindigkeit ebenso wenig vom Bewegungszustand des zu ihrer Messung verwendeten Empfängers abhängt. Daraus entwickelte Albert Einstein die Relativitätstheorie. Sie besagt unter anderem, dass die Vakuumlichtgeschwindigkeit eine unüberwindbare Geschwindigkeits-grenze für die Bewegung von Masse und die Übertragung von Energie und Information im Universum darstellt. Teilchen ohne Masse, wie die Photonen, bewegen sich stets mit dieser Grenzgeschwindigkeit, alle massebehafteten Teilchen stets langsamer. Als Folge der speziellen Relativitätstheorie (SRT) verbindet die Naturkonstante c die vorher unabhängigen Konzepte Energie E und Masse m in der Äquivalenz von Masse und Energie. Ort

Zeit werden durch c zur Raumzeit zusammengefasst und durch den Vierervektor (ct,x,y,z) in einem vierdimensionalen Raum beschrieben.

 

Die Lichtgeschwindigkeit ist so hoch, dass man lange Zeit annahm, dass das Entzünden eines Lichts überall gleichzeitig wahrgenommen werden kann. Im Jahr 1676 stellte Ole Rømer eine Verzögerung in der Verdunkelung des Jupitermondes Io je nach Entfernung des Jupiters zur Erde fest. Daraus folgerte er korrekt, dass sich Licht mit einer endlichen Geschwindigkeit ausbreitet. Der von ihm ermittelte Wert wich nur um 30 Prozent vom tatsächlichen Wert ab. Die Messmethoden zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit wurden in der Folgezeit immer genauer. Seit 1983 wird der Meter als die Entfernung definiert, die Licht in 1/299.792.458 Sekunde im Vakuum zurücklegt.

 

 

Das Formelzeichen c (von lateinisch celeritas, Schnelligkeit) wird in vielen Fällen auch für die abweichende Ausbreitungsgeschwindigkeit in Materialien benutzt, wie GlasLuft oder elektrischen Leitungen. Daher wird oft durch Wortzusätze deutlich gemacht, ob die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum oder im Medium gemeint ist, wenn es sich nicht aus dem Zusammenhang ergibt. Auch der Index 0 ( c0) wird für die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum verwendet.

Physikalische Konstante

Name

Lichtgeschwindigkeit (im Vakuum)

Formelzeichen

{\displaystyle c,\,c_{0}} c

Größenart

Geschwindigkeit

Wert

SI

299.792.458 m/s

Unsicherheit (rel.)

keine

Gauß

29.979.245.800 cm/s

Planck

1

Bezug zu anderen Konstanten

{\displaystyle c_{0}={\frac {1}{\sqrt {\varepsilon _{0}\mu _{0}}}}} (in SI und Planck)
{\displaystyle \varepsilon _{0}\,}
 – Elektrische Feldkonstante
{\displaystyle \mu _{0}\,}
 – Magnetische Feldkonstante

Quellen und Anmerkungen

Quelle SI-Wert: CODATA 2014 (Direktlink)

1. Wert

Vor 1983 war der Meter als Vielfaches der Wellenlänge eines bestimmten atomaren Übergangs definiert. Die Lichtgeschwindigkeit war ein Ergebnis von Messungen, das in der abgeleiteten Einheit Meter pro Sekunde angegeben wurde. Die 17. Generalkonferenz für Maß und Gewicht hat 1983 das Verhältnis zwischen Lichtgeschwindigkeit und Meterdefinition umgekehrt. Seitdem wird der Zusammenhang zwischen der Wellenlänge des Übergangs und dem Meter als Ergebnis von Messungen betrachtet. Im Gegenzug konnte der Zusammenhang zwischen dem Meter und der Lichtgeschwindigkeit durch eine Definition, d. h. ohne Messung, festgelegt werden.

Ein Meter ist die Strecke, die Licht im Vakuum binnen des 299.792.458. Teils einer Sekunde zurücklegt.[1]

Nach dieser Festsetzung beträgt die Geschwindigkeit des Lichts im Vakuum exakt

also etwa 300.000 Kilometer pro Sekunde oder etwas mehr als eine Milliarde Kilometer pro Stunde.

 

 

Der genaue Zahlenwert wurde so gewählt, dass er mit dem besten damaligen Messergebnis übereinstimmte. Er wird auch dann gültig bleiben, wenn genauere Geschwindigkeitsmessungen möglich sind. Solche Messungen ergeben dann eine genauere Bestimmung für die Länge eines Meters.

2. Natürliche Einheiten

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