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Geschichte

Messung der Lichtgeschwindigkeit durch GALILEI

 

Ein sehr früher - allerdings nicht erfolgreicher Vorschlag zur Messung der Lichtgeschwindigkeit stammt von Galileo GALILEI (1564 - 1642). In seinem Werk "Discorsi" lässt er in einer Art Zwiegespräch verschiedene Personen ein Verfahren zur Messung der Lichtgeschwindigkeit diskutieren.

Salviati drückt dabei die Meinung GALILEIs aus. In dem nebenstehenden Bild aus der Seite "physics 2000" ist die Methode des Salviati sehr schön illustriert.

SAGREDO:

Aber welcher Art und wie groß dürfen wir die Lichtgeschwindigkeit schätzen? Ist die Erscheinung instantan, momentan, oder wie andere Bewegungen zeitlich? Ließe sich das experimentell entscheiden?

SIMPLICIO:

Die alltägliche Erfahrung lehrt, dass die Ausbreitung des Lichtes instantan sei; wenn in weiter Entfernung die Artillerie Schießübungen anstellt, so sehen wir den Glanz der Flamme ohne Zeitverlust, während das Ohr den Schall erst nach merklicher Zeit vernimmt.

SAGREDO:

Ei, Herr Simplicio, aus diesem wohlbekannten Versuche lässt sich nichts anderes schließen, als dass der Schall mehr Zeit gebraucht, als das Licht: aber keineswegs, dass das Licht momentan und nicht zeitlich, wenn auch sehr schnell sei.

Auch eine andere, ähnliche Beobachtung lehrt nicht mehr: sofort wenn die Sonne am Horizonte erscheint, erblicken wir ihre Strahlen; aber wer sagt mir, dass die Strahlen nicht früher am Horizont, als in meinen Augen ankommen?

SALVIATI:

Die geringe Entscheidungskraft dieser und anderer ähnlicher Vorgänge brachte mich auf den Gedanken, ob man nicht auf irgend eine Weise sicher entscheiden könne, ob die Illumination, d.h. die Ausbreitung des Lichtes wirklich instantan sei: denn schon die ziemlich rasche Fortpflanzung des Schalles lässt voraussetzen, dass die des Lichtes nur sehr schnell sein könne.

Und der Versuch, den ich ersann, war folgender: Von zwei Personen hält eine jede ein Licht in einer Laterne oder etwas dem ähnlichen, so zwar, dass ein jeder mit der Hand das Licht zu- und aufdecken könne; dann stellen sie sich einander gegenüber auf in einer kurzen Entfernung und üben sich, ein jeder dem anderen sein Licht zu verdecken und aufzudecken; so zwar, dass wenn der Eine das andere Licht erblickt, er sofort das seine aufdeckt; solche Correspondenz wird wechselseitig mehrmals wiederholt, so dass bald ohne Fehler beim Aufdecken des Einen sofort das Aufdecken des Andern erfolgt und, wenn der eine sein Licht aufdeckt, er auch alsobald das des anderen erblicken wird. Eingeübt in kleiner Distanz, entfernen sich die beiden Personen mit ihren Laternen bis auf 2 oder 3 Meilen; und indem sie Nachts ihre Versuche anstellen, beachten sie aufmerksam, ob die Beantwortung ihrer Zeichen, in demselben Tempo wie zuvor, erfolge, woraus man wird erschließen können, ob das Licht sich instantan fortpflanzt; denn wenn das nicht der Fall ist, so müsste in 3 Meilen Entfernung, also auf 6 Meilen Weg hin und her, die Verzögerung ziemlich gut bemerkbar sein. Und wollte man den Versuch in noch größerer Entfernung anstellen, in 8 oder 10 Meilen, so könnte man Teleskope benutzen, indem man die Experimentatoren da aufstellt, wo man Nachts Lichter anzuwenden pflegt, die zwar in so großer Entfernung dem bloßen Auge nicht mehr sichtbar erscheinen, aber mit Hülfe fest aufgestellter Teleskope bequem zu- und aufgedeckt werden können.

SAGREDO:

Ein schöner sinnreicher Versuch, aber, sagt uns, was hat sich bei der Ausführung desselben ergeben?

SALVIATI:

Ich habe den Versuch nur in geringer Entfernung angestellt, in weniger als einer Meile, woraus noch kein Schluss über die Instantaneität des Lichtes zu ziehen war; aber wenn es nicht momentan ist, so ist es doch sehr schnell, ja fast momentan, und ich würde es vergleichen mit dem Blitze, den wir 8 bis 10 Meilen weit zwischen den Wolken sehen; hier können wir den Anfang unterscheiden, ja geradezu die Quelle, an einem bestimmten Orte zwischen den Wolken; und wenn auch unmittelbar darauf die rascheste Ausbreitung statt hat in den umgebenden Wolken, so erkennt man doch einen zeitlichen Vorgang; denn wenn die Erleuchtung überall zugleich und nicht folgeweise stattfände, so könnten wir schwerlich den Ursprung unterscheiden, das Centrum seiner Bahnen und der Ausläufer.

Aufgabe

Untersuche, warum die von GALILEI vorgeschlagene Methode auch dann nicht funktionieren konnte, wenn die Entfernung der beiden Laternenträger \(10\) Meilen (1 Meile = \(1,6\rm{km}\)) betragen würde. Gehe von üblichen Reaktionszeiten aus (die Lichtgeschwindigkeit von \(300\;000\frac{{{\rm{km}}}}{{\rm{s}}}\) sei dir schon bekannt).

Lösung

Die Entfernung der beiden Laternenträger beträgt ca. \(s=16\rm{km}\). Für diese Strecke \(s\) benötigt das Licht die Zeit \(t\) \[s = v \cdot t \Leftrightarrow t = \frac{s}{v} \Rightarrow t = \frac{{16{\rm{km}}}}{{300000\frac{{{\rm{km}}}}{{\rm{s}}}}} = 0,000053{\rm{s}}\] Diese Zeit ist um viele Größenordnungen kleiner als die übliche Reaktionszeit von ca. \(0,1{\rm{s}}\). D.h. die viel zu langen Reaktionszeiten würden das Messergebnis total verfälschen.