Er hastigheden på lyset konstant? – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Fysik > Er hastigheden på lyse...

14. september 2008

Er hastigheden på lyset konstant?

Hej Spørg om Fysik
Idet jeg antager, at lysets hastighed er konstant, undrer det mig, at lys sendt fra vest mod øst, ikke har en anden farve, end lys sendt fra øst mod vest.

Altså - lysets hastighed er konstant. Jorden bevæger sig rundt om solen, og solen bevæger sig gennem universet, altsammen med nogle hundrede km/s. Så hvis jeg sender lys afsted fra A til B, og derefter fra B til A, må det tage forskellig tid for lyset at komme fra det ene punkt til det andet. For Jordens hastighed gennem et teoretisk set stilleståendene univers skal vel modregnes?

Min ven Mikkel siger at lysets hastighed er forskellig i vacum og udenfor vacum, er det rigtigt?

Venlig hilsen
M H

Hej
Bare et ganske enkelt spørgsmål. Kan man måle mørkets hastighed, eller er mørke bare et sted hvor der ingen lys er.  ??

Mvh
H

Den specielle Relativitetsteori er opstillet og publiceret i 1905 af Albert Einstein. Den blev opstillet bl.a. for at opnå en dybere forståelse af elektromagnetiske bølgers (lys, radiobølger, røntgen osv.) og selve tidens natur.

Albert Einstein (1879 - 1955)

Lysets hastighed var kendt, den kaldes c, og er grundlæggende i den elektricitetslære, der blev opstillet af James Clerk Maxwell (1831 - 1879) i 1861 til 1873, c = 2,997 924 58 * 108 m/s eller ca. 300 000 km/s. Det var bl.a. denne teori Einstein arbejdede videre på. Indtil da forestillede man sig, at lyset bredte sig i en substans, der blev kalder æteren. Man vidste fra teorier fremsat i 1660-erne af Robert Hooke (1635 - 1703) henholdsvis Christiaan Huygens (1629 - 1695), at lys var bølger.

Det bør nok noteres, at Isaac Newton (1643 - 1727) ikke var enig men fremsatte en partikelteori for lyset, og at de to synspunkter førte til en lang diskussion i datiden.

Man mente, at bølger måtte have noget at udbrede sig i, derfor indførtes æteren som medium for udbredelse af lys f.eks. i universet. Albert Abraham Michelson (1852 - 1931) og Edward Williams Morley (1838 - 1923) opstillede et forsøg, som skulle vise jordens fart i forhold til denne æter.

I 1887 viste forsøget, at man ikke kunne påvise at jorden bevægede sig i forhold til æteren, det er nok det mest berømte forsøg, som er slået fejl i den forstand, at man ikke kunne finde nogen fart, og det var et meget slående resultat. Resultatet blev belønnet med en Nobelpris i 1907.

Einstein havde som grundlæggende hypotese for sin specielle relativitetsteori, at lysets hastighed er den samme i alle inertialsystemer (et Inertialsystem er et system hvor Newtons 1. Lov, Inertiens lov gælder. Det betyder, at det ikke er accelereret. Jorden anses normalt for et inertialsystem) uafhængig af deres hastigheder i forhold til hinanden, uafhængigt af retningen i Inertialsystemet og uafhængigt af lyskildens bevægelse. Et lyssignal i vakuum og i stof har en øvre hastighed, som er den angivne lyshastighed.

Da resultaterne af teorien har været uhyre frugtbare, og det har vist sig at de stemmer yderst præcist med forsøgene, kan man baglæns slutte, at hypotesen er korrekt. Bemærk, at det er lyshastigheden teorien udtaler sig om, ikke om frekvensen (farven) af lyset. Når man bevæger sig i forhold til en lyskilde vil farven ændres, bevæger man sig væk bliver den mere rødlig, hen imod lyskilden mere blålig (dopplereffekten 1842, som ved lyd hornet fra et udrykningskøretøj som kommer forbi, opstillet af Christian Andreas Doppler (1803 - 1853)).  

Svaret på det ene spørgsmål er altså, at lyset tager samme tid om at bevæge sig begge veje. Det kan derimod altså godt ændre farve. Ændringen sker i forhold til lyshastigheden. Jordens hastigheder omkring solen er ca. 30 km/s, hvilket er 30 km/s/300 000 km/s altså 1/10 000 af lsyhastigheden, det er en for øjet usynlig frekvensændring, vi kan ikke se noget farveskift. Helt anderledes er det for fjerne galeakser, som kan have hastigheder på f.eks. 100 000 km/s væk fra os, der er betydelige farveskift (frekvensskift). I praksis måles det altid med passende måleinstrumenter, hvor man kan måle meget små hastighedsforskelle med dopplereffekt (jævnfør visse af politiets hastighedsmålemetoder, som mange sikkert kender ud fra egen erfaring).

Selv vores hastighed rundt om mælkevejens centrum, som er ca. 10 gange større, giver ikke anledning til synlige farveændringer (men kan også godt måles)

Den lyshastighed jeg har opgivet, er den der gælder for vakuum. Når lyset udbreder sig i stof sker det altid langsommere. Lysets hastighed i f.eks. vand er 1,3 gange lavere end i vakuum dvs. 2,24*108 m/s, i almindeligt glas og f.eks. også  visse lysledere, omkring  2*108 m/s afhængigt af glassorten, og i diamant 1,25 * 108 m/s. I stoffer afhænger hastigheden af frekvensen (farven), det kaldes dispersion. Denne forskel er årsagen til at prismer, slebet glas og ædelstene specielt diamant bryder lyset op i farver.

Alt lys medbringer energi, blåt lys har højere energi end rødt lys. Mørke er et område uden energi dvs. uden lys. Når der slukkes for lyset udbreder det sidste lysglimt sig med en hastighed, som stort set er lyshastigheden, i alle tilfælde ikke større end lyshastigheden, når der tændes igen udbreder det første lys sig på samme måde. Jeg vil helst tale om, at det er lyset (energien) som udbreder sig. En periode med mørke opdages altså langt væk, som om den kom med lyshastigheden, men lad os tale om lysglimt som har energi (og ikke mørkeglimt), når vi taler udbredelseshastighed.

Med venlig hilsen
Malte Olsen