Ljusets hastighet

Ljusets hastighet anses vara den högsta hastigheten som kan förekomma i universum enligt Einsteins relativitetsteori. Denna hastighet räknas mest i vakuum.

Galileo Galilei som levde mellan 1564 och 1642 var den tidigaste kända naturvetenskaps forskare som föreslog att ljuset hade en hastighet. Han gjorde experiment för att ta reda på hastigheten men lyckades inte få något trovärdigt resultat. Hans experiment gick ut på att han och en assistent skickade ljussignaler till varandra i mörkret med lyktor, den ene skickade först och när den andre mottog skickade han en signal som svar.

Den förste som lyckades mäta hastigheten med ett trovärdigt resultat var den danske astronomen Ole Römer 1676. Han studerade Jupiters måne Io:s förmörkelse. Vid denna tid hade man kunskap om himlakropparnas banor och hastigheter och utifrån kunde han räkna ut hur länge förmörkelsen skulle pågå, men hans uträkning stämde inte och utifrån detta kunde han räkna ut ett resultat på ljusets hastighet det blev ca 200 000 000 m/s. Men man visste inte hela avståndet till Jupiter vilket gjorde att värdet inte kunde bli exakt.

Ett flertal har sedan försökt att få ett mer exakt resultat och 1983 bestämdes den nuvarande definitionen av ljusets hastighet och det i vakuum.

Man anser alltså att ljusets hastighet i vakuum är 299 792 458 m/s, detta kan också i många böcker och texter avrundas upp till 300 000 000 m/s.

I materia däremot finns det molekyler och atomer som antingen hindrar ljuset eller växelverkar med ljuset, detta gör att hastigheten i materia är långsammare. När man utifrån detta talar om hastighetsskillnaden mellan ljusets framfart i vakuum och materia används begreppet brytningsindex (n), denna räknas ut genom ljusets hastighet i vakuum (c) delat på ljusets hastighet i materia (v). c/v=n

Både för oss i denna uppgift och i allmänhet kan det vara lite intressant att veta ljusets hastighet i olika material och när man talar om detta utgår man alltid från ljusets hastighet i vakuum 299 792 458 m/s, för att förenkla detta kan vi säga att ljusets hastighet i vakuum är c. Brytningsindexen brukar betecknas som n.

Här nedan ställer jag upp en liten tabell med material och ljusets hastighet genom materialet (c) samt brytningsindexen/hastighetsskillnaden mellan vakuum och material (n)

• Luft - 0.997c - 1,0003n
• Vatten - 0,75 - 1,33n
• Glas - 0,56c-0,71c - 1,4n-1,8n
• Diamant - 0,42c - 2,4n
• Kisel - 0,29c - 3,5n

Som ni ser kan hastigheten och index variera när det gäller glas, detta beror ofta på att det handlar om olika sorters glas men det kan också bero på ljusets våglängd och detta kallas för dispersion.

För att tydliggöra ljusets hastighet kan vi mäta utifrån längdavstånd också.
Sträcka(avstånd) Tid

• Rosenbad - Stockholms slott (300m) 1 miljondels sekund = 1 mikrosekund
• Uppsala - Södertälje (100km) 0,3 tusendels sekunder = 0,3 millisekunder
• 7,5 varv runt jorden (ca 300 000 km) 1 sekund
• Månen - Jorden (380 000km) 1,3 sekunder
• Solen - Jorden 8 minuter och 19 sekunder

Referenser
Persson, J. (2007). Vågrörelselära, akustik och optik. Poland: Studentlitteratur.
Sobel, M I. (1987). Light. The University of Chicago Press.
Wikipedia (10.03.13)