Lichtsnelheid
Van Wikipedia
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
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 natuurkundige formules wordt de lichtsnelheid meestal weergegeven met de letter c (van celeritas, Latijn voor snelheid) zoals in E=mc².
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 plm. 5% nauwkeurig (en met een iets andere methode halveerde hij het jaar daarop zijn meetfout nog). 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. Dit bleek uit 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 bron 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. Het is een van de uitgangspunten van de speciale relativiteitstheorie van Albert Einstein.
[bewerk] Maximale snelheid
De lichtsnelheid is de maximale snelheid voor deeltjes en informatie. Een deeltje dat in rust geen massa heeft, zoals het foton (lichtdeeltje), reist altijd met de lichtsnelheid, een deeltje met massa gaat altijd langzamer. 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 nog volledig 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.
[bewerk] Recente experimenten
De Deense Harvard natuurkundige Lene Hau slaagde er in 1998 in om de gemiddelde snelheid van het licht te verlagen tot 17 m/s, zo'n 61,2 km/u. 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 duurde 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 spijtig genoeg is deze techniek niet bruikbaar om informatie te verzenden sneller dan het licht.
[bewerk] Andere opvattingen over de lichtsnelheid
Sinds ongeveer 1915 heeft de opvatting van Einstein, dat de lichtsnelheid altijd voor alle waarnemers constant is, brede steun onder natuurkundigen. Al meer dan honderd jaar echter zijn er natuurkundigen die alternatieven blijven formuleren en onderzoeken voor dit uitgangspunt. Deze controverse wordt door weinigen serieus genomen.
Ook zijn er mensen die twijfelen over de vraag of de lichtsnelheid sinds het onstaan van het universum constant is geweest. Creationist Walt Brown beweerde in 1980 dat hij afnam (of, met de vaste definitie van c, dat de lengte van de meter afnam). Waarnemingen van zeer verre sterren, die we dus zien in de toestand waarin ze zeer lang geleden waren, hebben echter geen aanwijzingen voor een andere lichtsnelheid kunnen detecteren.
[bewerk] Zie ook
