Kurt hat geschrieben:
Welche Messungen wurden denn diesbezüglich durchgeführt?
1. Michelson-Interferometer (1887 und später verfeinert)
Ziel: Untersuchung der Lichtgeschwindigkeit und Suche nach Äther (dem hypothetischen Medium für Lichtausbreitung).
Methode: Interferenzmuster von Licht wurden gemessen, um Unterschiede in der Lichtgeschwindigkeit in verschiedenen Richtungen relativ zur Bewegung der Erde zu erkennen.
Ergebnis: Keine Unterschiede festgestellt; die Lichtgeschwindigkeit ist unabhängig von der Richtung. Dies unterstützte die Theorie, dass c in allen Inertialsystemen konstant ist.
Bedeutung: Grundstein der Relativitätstheorie.
2. Fizeau-Foucault-Rotationsspiegelmethode (19. und 20. Jahrhundert)
Methode: Ein rotierender Spiegel wurde verwendet, um die Laufzeit von Licht über eine bekannte Strecke zu messen. Die Reflexion des Lichts an unterschiedlichen Positionen des Spiegels erlaubte die Bestimmung der Geschwindigkeit.
Ergebnis: Immer präzisere Werte für c, insbesondere durch Verbesserungen in der Rotationsstabilität und den optischen Elementen.
Präzision: Abweichungen im Bereich von +/- 100m/s
3. Time-of-Flight-Messungen mit Mikrowellen (1940er Jahre)
Methode: Mikrowellenimpulse wurden über eine definierte Strecke ausgesendet und die Zeit gemessen, die das Signal für Hin- und Rückweg benötigte.
Experiment: Louis Essen und A.C. Gordon-Smith führten 1946 Experimente mit Mikrowellenresonatoren durch.
Ergebnis: Lichtgeschwindigkeit mit einer Präzision von weniger als 1km/s. Sie ermittelten c zu etwa 299.792 km/s.
4. Interferometrie mit Lasern (1960er Jahre)
Methode: Laserlicht wurde in Interferometern verwendet, um extrem genaue Messungen der Wellenlänge und Frequenz des Lichts vorzunehmen.
Beispiel: Experimente von J. L. Hall und T. W. Hänsch führten zu einem Durchbruch in der Frequenzmessung, die für die Bestimmung von c entscheidend war.
Ergebnis: Messungen mit Abweichungen im Bereich von 1m/s oder weniger.
5. Resonanzkavitäten-Experimente (1970er Jahre)
Methode: Mikrowellen oder Laser wurden in Hohlraumresonatoren reflektiert. Die Frequenz der Resonanzmoden (Stehwellen) wurde sehr präzise gemessen. Aus der Länge der Kavität und der Frequenz wurde c berechnet.
Ergebnis: Diese Methode erlaubte es, c mit einer Präzision von 1m/s oder besser zu messen.
Wichtig: Diese Experimente führten zur Definition von c als exakten Wert im SI-System (1983).
6. Sagnac-Experimente (Effekte in rotierenden Systemen)
Methode: In einem rotierenden System (z. B. optische Faser- oder Ringlasergyroskope) werden Lichtlaufzeitunterschiede gemessen, wenn Licht in entgegengesetzte Richtungen um den Ring läuft.
Ergebnis: Die Lichtgeschwindigkeit bleibt lokal konstant, aber relativistische Effekte wie Laufzeitunterschiede in rotierenden Systemen wurden bestätigt.
Zusammenfassung der Fortschritte
Die Kombination dieser Techniken hat die Messgenauigkeit der Lichtgeschwindigkeit so weit verbessert, dass sie 1983 zur Basis für die Definition des Meters wurde. Seitdem gilt c=299.792.458m/s als exakter Wert, und moderne Experimente bestätigen diese Konstante durch immer präzisere indirekte Tests.