Wurde vermutet, dass die elektrische Geschwindigkeit gleich der Lichtgeschwindigkeit ist?

Lange Zeit wurde nicht nur geglaubt, sondern sogar festgestellt, dass sich elektrische Signale nicht nur so schnell, sondern sogar „augenblicklich“ schneller bewegen als Licht. Die ursprünglichen Experimente mit elektrostatischen Entladungen des Leydener Gefäßes wurden durchgeführt, noch bevor Drähte eingeführt wurden. Laut Fahies History of Electric Telegraphy stellte einer der frühen Experimentatoren, Winkler, „ 1744 fest, dass die Geschwindigkeit einer elektrischen Entladung außerordentlich groß und mit der Geschwindigkeit eines Blitzes vergleichbar war “. Er benutzte eine Batterie aus drei Gefäßen, die durch einen isolierten Draht verbunden waren und am Ufer der Pleiße verlegt waren, deren Wasser den Kreislauf schloss. Lemonnier machte eine weitere Demonstration:

„ Im April 1746 legte er im Hof ​​der Kartäuser zwei parallele Drähte von je 5700 Fuß so aus, dass alle vier Enden dicht beieinander waren. Zwischen ein Paar stellte er einen Krug und ergriff die anderen Enden selbst; dann verursachte er der zu vollendende Stromkreis, konnte er keinen Zwischenraum (so kurz war er) zwischen dem Funken am Krug und dem Schlag durch seine Arme unterscheiden. “

1746 führte Nollet mit 200 Mönchen Hand in Hand Experimente zur Ausbreitungsgeschwindigkeit durch, die einen Kreis von etwa 1,6 km bildeten, und kam zu dem Schluss, dass die Geschwindigkeit der Elektrizität sehr hoch, aber endlich sei, siehe Guarnieri, The Rise of Light . Aber systematische Experimente im großen Maßstab von 1747, die von einem Komitee der Royal Society unter Watson durchgeführt wurden, darunter unter anderem Folkes, Cavendish und Bevis, führten zu einer anderen Schlussfolgerung:

„ ... Am 14. August wurde in Shooter's Hill ein Experiment durchgeführt, „um zu versuchen, ob der elektrische Schlag auf die doppelte Entfernung wahrnehmbar war, auf die er noch getragen worden war, in vollkommen trockenem Boden und wo kein Wasser in der Nähe war; und auch, wenn möglich, seine Geschwindigkeit im Vergleich zu der des Schalls zu unterscheiden Die innere Beschichtung des Gefäßes war 6732 Fuß lang und wurde vollständig von gebackenen Stöcken getragen, und die, die mit der äußeren Beschichtung in Verbindung stand, war ähnlich isoliert und 3,68 Fuß lang.

Die Beobachter, die an den Enden dieser Drähte, zwei Meilen voneinander entfernt, platziert waren, wurden mit Stoppuhren ausgestattet, mit denen sie den Moment notieren konnten, in dem sie den Schock spürten. Das Ergebnis einer Reihe sorgfältiger Beobachtungen war, dass "soweit erkennbar die Zeit, in der die elektrische Materie ihren Kreislauf durchführte, augenblicklich gewesen sein könnte" " . [zitiert von Fahie]

Es sei darauf hingewiesen, dass zu Newtons Leidwesen damals auch angenommen wurde, dass die Schwerkraft augenblicklich und sicherlich schneller als Licht wirkt. In Celestial Mechanics (1799) führte Laplace die Geschwindigkeitsabhängigkeit in das Gravitationsgesetz ein und zeigte, dass die Planeten schnell aus ihrer Umlaufbahn fliegen würden, wenn die Gravitation nicht millionenfach schneller als das Licht wäre, siehe Welche Entwicklungen des 19. Jahrhunderts trugen zur Allgemeinen Relativitätstheorie bei ? Noch 1837 wurde die sofortige Ausbreitung von Signalen in der Leitung in Alexanders Telegrafenvorschlag behauptet, der auf Amperes und Ritchies Ideen basierte und in mehreren Zeitschriften in Edinburgh und London veröffentlicht wurde:

„ Durch Experimente zur Bestimmung der Geschwindigkeit der Elektrizität wurde festgestellt, dass sie mittels eines gewöhnlichen Eisendrahtes augenblicklich über eine Entfernung von acht Meilen übertragen wird; und Elektriker der ersten Eminenz haben ihre Meinung erklärt, dass Nach allen wissenschaftlichen Erfahrungen zu urteilen, würde der elektrische oder galvanische Einfluss fast augenblicklich von einem Ende zum anderen eines metallischen Leiters übertragen werden, wie zum Beispiel eines gewöhnlichen Kupferdrahtes von mäßiger Dicke und einer Länge von einigen hundert Meilen.“ [zitiert von Fahie ]

Laut Guarnieri leitete Thomson (später Lord Kelvin) 1854 beim Verlegen der transatlantischen Telegrafenkabel die erste Version der „Telegrafengleichung“ ab.(PDE zweiter Ordnung) für die elektromagnetische Ausbreitung in einer Telegrafenleitung. Aber er ignorierte die Induktivität und behandelte die Telegraphie eher als Diffusion als als Wellenausbreitung. Daher war die Signalgeschwindigkeit umgekehrt proportional zur quadratischen Länge des Kabels. 1857 leitete Kirchhoff (1824–1887) eine Wellengleichung für Strom und Ladung in einer langen Leitung unter Berücksichtigung von Selbstinduktionseffekten ab und berechnete, dass die Geschwindigkeit gleich der Lichtgeschwindigkeit ist. Die moderne Ableitung der Telegraphengleichung aus Kirchhoffs Schaltungsgesetzen wurde erstmals 1876 von Heaviside angegeben. 1886 führte er den Begriff Impedanz ein und entwickelte 1887 das moderne Modell einer „verzerrungsfreien“ Übertragungsleitung, siehe historische Anmerkung in McDonald's Distortionless Transmission Line .

Bereits 1855 (veröffentlicht 1856) stellten Weber und Kohlrausch fest, dass „ das Verhältnis der absoluten elektromagnetischen Ladungseinheit zur absoluten elektrostatischen Ladungseinheit “, in moderner Schreibweise$\frac1{\sqrt{μ_0ε_0}}$, Wo$μ_0,ε_0$sind die magnetische Permeabilität und die elektrische Dielektrizitätskonstante des Vakuums, hatten die Geschwindigkeitseinheiten und experimentell festgestellt, dass sie bemerkenswert nahe an der Lichtgeschwindigkeit lag, siehe Referenzen in Elektromagnetische Konstanten und Lichtgeschwindigkeit . Gegen Ende des Jahres 1861 leitete Maxwell die allgemeine Formel ab$v=\frac1{\sqrt{με}}$für die elektromagnetische Ausbreitungsgeschwindigkeit in einem Medium in Teil III seiner Arbeit On Physical Lines of Force, und schlug insbesondere vor, dass Licht eine Form elektromagnetischer Strahlung sei, siehe History of Maxwell's Equations . Es löste auch das Problem der Geschwindigkeit der elektromagnetischen Ausbreitung in einem Medium.

Und wie sich herausstellte, basierten Laplaces Schätzungen auf einer falschen Art von Geschwindigkeitsabhängigkeit (in modernen Begriffen, Nicht-Lorentz-Invariante). Elektromagnetische Gravitationstheorien, die ihre Ausbreitung mit Lichtgeschwindigkeit implizieren, wurden Ende des 19. Jahrhunderts vor allem von Lorentz selbst angeboten.