Wie wird die Lichtgeschwindigkeit berechnet?

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Wie wird die Lichtgeschwindigkeit berechnet?

xyz

Wie wird die Lichtgeschwindigkeit berechnet? Mein Wissen über Physik beschränkt sich darauf, wie viel ich bis zur High School studiert habe. Eine Möglichkeit, die mir in den Sinn kommt, ist: Wenn wir Licht von einem Punkt zu einem anderen (mit bekannter Entfernung) werfen und die benötigte Zeit messen, könnten wir die Lichtgeschwindigkeit kennen. aber haben wir ein so präzises Zeitmessgerät?

Georg

Die Lichtgeschwindigkeit wird wie alle Geschwindigkeiten berechnet, indem eine Länge durch die Zeit dividiert wird, die benötigt wird, um diese Länge zurückzulegen.

Marek

@Georg: im Grunde wird so keine Geschwindigkeit berechnet. Es gibt Millionen von physikalischen Gesetzen, die die Geschwindigkeit betreffen, und man kann dasjenige verwenden, das am besten geeignet ist.

Georg

@Marek, Mit diesem Verhältnis wird keine Geschwindigkeit berechnet? Aber um zu erklären, worauf mein Kommentar abzielte: Es sollte "learnerforever" anfangen, über den Unterschied von "Rechnen" und "Messen" nachzudenken. Das nicht zu unterscheiden ist ein häufiger Anfängerfehler.

Marek

@Geord: Ich habe das Wort "berechnet" als gemessen interpretiert. Denn sonst ergibt die Frage für mich keinen Sinn...

Antworten (2)

Wie wird die Lichtgeschwindigkeit berechnet?

Die Lichtgeschwindigkeit wird wie alle Geschwindigkeiten berechnet, indem eine Länge durch die Zeit dividiert wird, die benötigt wird, um diese Länge zurückzulegen.
@Georg: im Grunde wird so keine Geschwindigkeit berechnet. Es gibt Millionen von physikalischen Gesetzen, die die Geschwindigkeit betreffen, und man kann dasjenige verwenden, das am besten geeignet ist.
@Marek, Mit diesem Verhältnis wird keine Geschwindigkeit berechnet? Aber um zu erklären, worauf mein Kommentar abzielte: Es sollte "learnerforever" anfangen, über den Unterschied von "Rechnen" und "Messen" nachzudenken. Das nicht zu unterscheiden ist ein häufiger Anfängerfehler.
@Geord: Ich habe das Wort "berechnet" als gemessen interpretiert. Denn sonst ergibt die Frage für mich keinen Sinn...

Qyuubi · Answer 1

Aus Wikipedia:
Derzeit ist die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum auf genau 299.792.458 m/s (etwa 186.282 Meilen pro Sekunde) definiert. Der feste Wert der Lichtgeschwindigkeit in SI-Einheiten ergibt sich daraus, dass das Meter nun über die Lichtgeschwindigkeit definiert wird.

Im Laufe der Geschichte haben verschiedene Physiker versucht, die Lichtgeschwindigkeit zu messen. Galileo versuchte im siebzehnten Jahrhundert, die Lichtgeschwindigkeit zu messen. Ein frühes Experiment zur Messung der Lichtgeschwindigkeit wurde 1676 von Ole Rømer, einem dänischen Physiker, durchgeführt. Mit einem Teleskop beobachtete Ole die Bewegungen des Jupiter und eines seiner Monde, Io. Rømer bemerkte Diskrepanzen in der scheinbaren Umlaufdauer von Io und berechnete, dass Licht etwa 22 Minuten braucht, um den Durchmesser der Erdumlaufbahn zu durchqueren.[4] Leider war seine Größe damals noch nicht bekannt. Wenn Ole den Durchmesser der Erdumlaufbahn gekannt hätte, hätte er eine Geschwindigkeit von 227.000.000 m/s berechnet.

Eine weitere, genauere Messung der Lichtgeschwindigkeit wurde 1849 in Europa von Hippolyte Fizeau durchgeführt. Fizeau richtete einen Lichtstrahl auf einen mehrere Kilometer entfernten Spiegel. Ein rotierendes Zahnrad wurde in den Weg des Lichtstrahls gesetzt, während er von der Quelle zum Spiegel wanderte und dann zu seinem Ursprung zurückkehrte. Fizeau fand heraus, dass der Strahl bei einer bestimmten Rotationsgeschwindigkeit auf dem Weg nach draußen durch eine Lücke im Rad und auf dem Rückweg durch die nächste Lücke gehen würde. Fizeau kannte den Abstand zum Spiegel, die Anzahl der Zähne am Rad und die Rotationsgeschwindigkeit und konnte die Lichtgeschwindigkeit mit 313.000.000 m/s berechnen.

Léon Foucault verwendete ein Experiment, das rotierende Spiegel verwendete, um 1862 einen Wert von 298.000.000 m / s zu erhalten. Albert A. Michelson führte von 1877 bis zu seinem Tod 1931 Experimente zur Lichtgeschwindigkeit durch. Er verfeinerte Foucaults Methoden 1926 mit verbesserten rotierenden Spiegeln um die Lichtzeit zu messen, die für eine Hin- und Rückfahrt vom Mt. Wilson zum Mt. San Antonio in Kalifornien benötigt wurde. Die genauen Messungen ergaben eine Geschwindigkeit von 299.796.000 m/s.

Gute Antwort, +1. Nur um hinzuzufügen: Die modernen präzisen Messungen sowohl von Entfernung als auch von Zeit basieren immer auf "Atomuhren", der Wellenlänge oder Periodizität der von verschiedenen Atomen emittierten elektromagnetischen Strahlung. So wurden Meter und Sekunde definiert, bevor die Lichtgeschwindigkeit durch die von Ihnen erwähnte SI-Definition festgelegt wurde. Diese Atomuhrmessungen ergeben daher die gleiche relative Genauigkeit der Entfernungen $x$ und Zeiten $t$ Wenn $x\approx ct$ .
Atomuhren verwenden niederfrequente Mikrowellen. Die frühen benutzten Maser; neuere, genauer gesagt, kühlen die Materie mit Lasern herunter und untersuchen dann die Resonanzzustände durch Hohlräume, in Atomfontänen. Die Entfernungen werden durch ähnliche Strahlung und Interferometrie gemessen - normalerweise werden kürzere Wellenlängen verwendet, um die höchste Genauigkeit zu erreichen (für ausreichend kurze Entfernungen).
Wow - die nächste Frage sollte lauten, wie wurde die Entfernung zwischen den beiden Bergen so genau berechnet!
Wie konnte Rømer den Durchmesser der Erdumlaufbahn (in Lichtminuten) so sehr überschätzen?

Colin K · Answer 2

Der Titel Ihrer Frage bezieht sich auf die Berechnung der Lichtgeschwindigkeit ( $c$ ), aber der Körper fragt nach dem Messen $c$ . Andere haben Ihnen auf das Messproblem geantwortet, aber ich möchte etwas über die Berechnung von einbeziehen $c$ aus Prinzipien.

Licht als elektromagnetisches Phänomen wird durch die Maxwellschen Gleichungen beschrieben:

\begin{array}{rcl} \nabla \cdot E & = & \frac{ρ}{ϵ_{0}} \\ \nabla \cdot B & = & 0 \\ \nabla \times E & = & - \frac{\partial B}{\partial T} \\ \nabla \times B & = & μ_{0} J + μ_{0} ϵ_{0} \frac{\partial E}{\partial T} \end{array}

$\begin{eqnarray} \nabla \cdot E &=& \frac{\rho}{\epsilon_0}\\ \nabla \cdot B &=& 0\\ \nabla \times E &=& -\frac{\partial B}{\partial t}\\ \nabla \times B &=& \mu_0 J + \mu_0 \epsilon_0 \frac{\partial E}{\partial t} \end{eqnarray}$

Wo $\rho$ ist die Ladungsdichte, $J$ ist die Stromdichte, $E$ Und $B$ sind die elektrischen bzw. magnetischen Felder, $\mu_0$ ist die magnetische Permeabilität des freien Raums, und $\epsilon_0$ ist die elektrische Dielektrizitätskonstante des freien Raums. In Abwesenheit von Ladungen ist eine Lösung für diese Gleichungen eine wandernde ebene Welle mit Geschwindigkeit

C = \frac{1}{\sqrt{μ_{0} ϵ_{0}}}

$c= \frac{1}{\sqrt{\mu_0 \epsilon_0}}$

Damit bleibt natürlich das Problem der Messung $\mu_0$ Und $\epsilon_0$ , sondern ist eine großartige Demonstration der Tatsache, dass Licht wirklich ein elektromagnetisches Phänomen ist. Als zusätzlichen Bonus $\mu_0$ Und $\epsilon_0$ kann auf vielfältige Weise gemessen werden, ohne dass eine sehr hohe Zeitauflösung erforderlich ist.

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