Lichtsnelheid
Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
De lichtsnelheid is de snelheid waarmee het licht en andere elektromagnetische straling zich voortplant. In vacuüm heeft de lichtsnelheid (in SI-eenheden) de waarde:
- c = 299.792.458 m/s
De snelheid van licht in lucht is slechts 0,03% kleiner dan zijn snelheid in vacuüm. Daarom wordt voor lucht dezelfde waarde van c genomen als voor vacuüm. Deze waarde is exact omdat ze wordt gebruikt als bouwsteen bij de definitie van de lengte van de standaardmeter. Het getal wordt vaak afgerond naar 300.000.000 meter per seconde, oftewel 300.000 kilometer per seconde. In een ander medium dan het vacuüm is de lichtsnelheid lager dan deze waarde, en de verhouding van c en de lichtsnelheid in een medium is de brekingsindex van dat medium. De lichtsnelheid in een medium hangt in het algemeen niet alleen van de stof af, maar ook van de golflengte van het licht dat men beschouwt. In vacuüm is de lichtsnelheid voor alle golflengten gelijk.
In natuurkundige formules wordt de lichtsnelheid in vacuüm meestal weergegeven met de letter c, zoals bijvoorbeeld in E=mc². De c staat voor celeritas, Latijn voor snelheid. Deze natuurkundige constante speelt in de natuurkunde een centrale rol. De exacte bepaling van de lichtsnelheid had verrijkende consequenties voor het begrip van ruimte en tijd.
Inhoud |
[bewerk] Geschiedenis
Volgens Kepler en Descartes moest de lichtsnelheid oneindig zijn. Ibn al-Haytham was een van de eerste geleerden die de mogelijkheid van een eindige lichtsnelheid veronderstelden. In zijn Dagboek stelde Isaac Beeckman experimenten voor om de lichtsnelheid te meten, direct of in verhouding met de geluidssnelheid. Ook Galileo Galilei deed pogingen om de lichtsnelheid te meten, maar slaagde daar niet in. In 1646 stelde Ole Rømer de lichtsnelheid vast op 225.000 km/s. Hij vond deze snelheid door de tijden te vergelijken, waarop de maan Io van Jupiter achter Jupiter (eclips) te voorschijn komt. In 1849 bepaalde Fizeau het met een laboratoriuminstrument tot op ongeveer 5% nauwkeurig (en met een iets andere methode halveerde hij het jaar daarop zijn meetfout nog). Michelson mat in 1903 299940 km/sec.
[bewerk] Constante snelheid
Later in de 19e eeuw ontdekte men dat de snelheid van het licht in vacuüm altijd constant is, onafhankelijk van de beweging van de lichtbron, maar zelfs ook onafhankelijk van de beweging van de waarnemer. Dat was de paradoxale conclusie van de experimenten van Michelson en Morley. Ook als iemand zelf in beweging is met een lamp in zijn hand, gaan voor die persoon de lichtstralen in alle richtingen nog steeds met dezelfde snelheid. Dit geldt ook voor het licht dat vanuit een andere lichtbron naar de persoon toe reist. De lichtsnelheid is in alle richtingen en onafhankelijk van de snelheid van de reiziger (vaak de waarnemer genoemd) gelijk. Dit strookt niet met de klassieke Newtoniaanse natuurkunde en ook niet met de intuïtie. Het was aanvankelijk dan ook moeilijk te accepteren, maar tegenwoordig is men er algemeen van overtuigd dat de lichtsnelheid inderdaad constant is. Het is het belangrijkste uitgangspunt van de speciale relativiteitstheorie van Albert Einstein.
[bewerk] Maximale snelheid
De lichtsnelheid is de maximale snelheid voor materie en informatie. Een deeltje dat in rust geen massa heeft, zoals het foton (lichtdeeltje, geen rustmassa, wel relatieve massa), reist altijd met de lichtsnelheid. Een deeltje met massa gaat altijd langzamer, want er zou een oneindige hoeveelheid energie nodig zijn om het tot de lichtsnelheid te versnellen. De theorie van Einstein laat echter ook de mogelijkheid van tachyonen toe: deeltjes die altijd sneller gaan dan het licht en oneindig veel energie nodig hebben om tot de lichtsnelheid af te remmen. Of ze daadwerkelijk bestaan, is onbekend en kan ook in beginsel niet worden aangetoond.
De lichtsnelheid in stoffen, zoals glas, is lager dan de lichtsnelheid in vacuüm, zie bijvoorbeeld het effect in de Wet van Snellius. Het is deze vertraging die het effect van lichtbreking in een prisma veroorzaakt; het bijbehorende getal staat bekend als de brekingsindex, met n als grootheid.
[bewerk] Recente experimenten
De Deense natuurkundige Lene Hau slaagde er in 1998 in Harvard in om de gemiddelde snelheid van het licht (in een medium) te verlagen tot 17 m/s, zo'n 61,2 km/h. Zij deed dit door atomen af te koelen tot een miljoenste graad boven het absolute nulpunt. Atomen gaan zich dan gedragen als behorend tot een enkel superatoom. Deze toestand noemt men een Bose-Einsteincondensaat. In 1999 slaagde de onderzoeksgroep erin om het licht zelfs volledig stil te laten staan. De tijdsduur dat het licht stilstond was slechts één milliseconde.
Recente proeven hebben ook aangetoond dat het mogelijk is om de groepsnelheid van licht boven c te brengen. Een experiment zorgde ervoor dat een laserstraal door een cesiumwolk vloog over een zeer korte afstand met een snelheid van 300 × c maar deze techniek is niet bruikbaar om informatie te verzenden sneller dan het licht.
[bewerk] Andere opvattingen over de lichtsnelheid
Sinds ongeveer 1915 wordt de opvatting van Einstein, dat de lichtsnelheid altijd voor alle waarnemers constant is, algemeen aanvaard. Al meer dan honderd jaar echter zijn er natuurkundigen die alternatieven blijven formuleren en onderzoeken voor dit uitgangspunt. Er wordt namelijk beweerd dat bij metingen voor de snelheid van het licht een afname kan worden vastgesteld. Een van die mensen is creationist Walt Brown. Hij beweerde in 1980 dat de lichtsnelheid in de loop der tijd afnam (of, met de vaste definitie van c, dat de lengte van de meter afnam). Met deze theorie zou ook de roodverschuiving van melkwegstelsels kunnen worden verklaard, wanneer de afname sterk genoeg is geweest.
[bewerk] Zie ook
[bewerk] Externe link
