Das Konzept der Lichtgeschwindigkeit und die Messung der Lichtgeschwindigkeit geht zum Teil über deinen momentanen Kenntnisstand hinaus. Du benötigst den Begriff der Geschwindigkeit, der dir aber aus dem Alltag und vielleicht auch dem Mathematikunterricht vertraut ist.
Licht breitet sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit aus
In der folgenden Animation wird ein Laser für 0,5 Sekunden lang eingeschaltet. Während er eingeschaltet ist, sendet der Laser einen sehr intensiven Lichtstrahl zum Mond. Ein dort befindlicher Spiegel reflektiert das Licht in Richtung Erde zurück. Auf der Erde wird das Licht mit einem Empfänger registriert.
In der Animation kannst du sehen, dass das ausgesendete Licht des Lasers erst nach 2,5 Sekunden beim Empfänger ankommt und registriert wird. Licht benötigt also auch Zeit, um von einem Ort zum anderen zu gelangen. Aus der Entfernung des Mondes zur Erde und der gemessenen Ankunftszeit des Lichtblitzes am Empfänger kannst du nun die Lichtgeschwindigkeit berechnen. Die Entfernung Mond - Erde beträgt 384400 km (In der Animation wurde diese zur Vereinfachung auf 380000km gerundet. Diesen Weg muss das Licht zweimal zurücklegen, einmal auf dem Hinweg zum Mond und einmal auf dem Rückweg zum Empfänger auf der Erde. Die gemessene Zeit beträgt dafür etwa 2,5 Sekunden. \[v_{\rm{Licht}}=\frac{\rm{Strecke}}{\rm{Laufzeit}}=\frac{2\cdot 384400\,\rm{km}}{2,5\,\rm{s}}=307520\,\rm{\frac{km}{s}}\] Licht breitet sich also sehr schnell aus. Mit anderen Messmethoden kann man die Lichtgeschwindigkeit genauer bestimmt. Im luftleeren Raum beträgt die Lichtgeschwindigkeit, die in Formeln häufig mit c bezeichnet wird, \(299.792.458\,\rm{\frac{m}{s}}\). Das sind etwa \(300.000\,\rm{\frac{km}{s}}\).
Licht, das von der Sonne ausgesendet wird, benötigt aufgrund der großen Entfernung Sonne - Erde etwa 8 Minuten und 20 Sekunden, bevor es uns auf der Erde erreicht.
Wahrnehmung der Lichtgeschwindigkeit im Alltag
Beim Einschalten einer Lichtquelle ist also das Licht an einem entfernten Ort nicht "sofort da", sondern es dauert eine gewisse Zeit bis das Licht von der Quelle zum Empfänger gelangt. Bei den üblichen Entfernungen im Bereich von Metern oder Kilometern ist diese Laufzeit des Lichtes jedoch so kurz, dass du den Eindruck hast, das Licht ist "augenblicklich" da.
Aufgabe
Eine Lampe steht in einem leeren, dunklen Raum. Nun schaltest du die Lampe ein. Welche der folgenden Aussagen ist richtig?