Wie konnte die Lichtgeschwindigkeit überhaupt je gemessen werden?

Question

Als man das erste Mal die Geschwindigkeit des Lichtes auf etwa 300.000 Km/s beziffert hat, wie konnte man das wissen? Und wie genau konnte man diesen Wert messen?

Answer 1

Interessante Frage, die genaue Antwort wusste ich bis vor ein paar Stunden auch noch nicht. Aber ich bin ja lernfähig ;-)
Im Prinzip ist es ganz einfach:
Nach Newton ist Geschwindigkeit=Weg x Zeit.
Das Grundprinzip ist also, man messe die Zeit, die das Licht für einen bestimmten Weg braucht, und errechnet daraus dann die Geschwindigkeit. (Polizisten tun bei einer Radarkontrolle nichts anderes).
Das praktische Problem dabei ist nur, daß das Licht so verflixt schnell ist. Der heutige genaueste gemessene Wert beträgt 299.792.457,4 m/s bei einer Messungenauigkeit von ± 0,001.

Man braucht also sehr genau gehende Uhren, oder eine sehr lange Wegstrecke.
Die lange Wegstrecke war die erste Möglichkeit, die Geschwindigkeit des Lichts zu messen. Z.B. bei den Jupitermonden. Der Däne Ole Roemer hat das um 1670 gemacht.
Heutzutage haben wir es einfacher: Wir messen die Laufzeit eines Laserstrahls zum Mond und zurück. Auch Messungen mit Radarstrahlen zur Venus und zurück wurden gemacht, aber da die Venus hügelig und nicht flach ist, waren diese Messungen zu ungenau. (Die Umlaufbahnen bzw. Entfernungen Mond - Erde bzw. Erde - Venus ergeben sich übrigens aus Newtons Gravitationstheorie, also sind die bekannt.)

Die andere Messmethode ist im Labor und funktioniert mit Lasermessung. Man misst die Wellenlängen/Frequenzen und errechnet daraus die Lichtgeschwindigkeit.
Man kann die Lichtgeschwindigkeit auch mittels der Maxwellschen Gleichungen errechnen, aber dafür braucht man wiederum eine genaue Messung der in der Gleichung vorkommenden Konstanten.
Unten sind noch ein paar Quellenlinks, die das alles genauer erklären.

Answer 2

Sie wurde nicht gemessen, sondern theoretisch berechnet.

Answer 3

Hallo, einmal lesen bitte:

Geschichte der Entdeckung und Messung der Lichtgeschwindigkeit

Schon vor über 400 Jahren versuchte Galilei vergeblich, die Lichtgeschwindigkeit zu messen. Etwa 75 Jahre später konnte Ole Römer mit Hilfe der Jupitermonde erstmals eine Größenordnung ermitteln. Durch die Entdeckung der Aberration von Bradley im Jahre 1728 war der Weg offen für eine Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit, die nur um 1,5% von dem heute gültigen Wert abweicht. Vor 150 Jahren wurden Messungen erstmals auf nichtastronomischem Wege durchgeführt (Fizeau/Foucault). Schließlich maß Michelson mit einem Interferometer eine Geschwindigkeit, die nur etwa 70 km/s vom richtigen Wert differiert. Doch dieses Gerät ist ihm zu ungenau: Mit einem anderen Aufbau bestimmt er sie auf 6 km/s genau. 1983 wird (wurde) die Lichtgeschwindigkeit auf einen Standardwert festgelegt.

Eine Möglichkeit wäre diese, hab ich mal im Physikunterricht aufgeschnappt:

Messung der Lichgeschwindigkeit durch Phasenverschiebung. Hierbei wird ein Lichtstrahl mit einem von einer Wechselspannung erzeugten Zeitmarke von einer Diode ausgesandt. Nach Durchlaufen einer gewissen Wegstrecke trifft das Licht auf eine Fotodiode, die die Zeitmarke weider in eine Wechslespannung umsetzt. Durch Vergleichen der beiden Spannungen mit Hilfe eines Ozilloskops erkennt man eine Phasenverschiebung, mit der man die Geschwindigkeit ermitteln kann.

Einfach ausgedrückt: es gibt eine Lampe, die eingeschaltet wird, dann gibt es einen, äh, nennen wir es Empfänger, der reagiert, wenn das Licht auf ihn trifft. Die daraus resultierende/ vergangene Zeit, sowie die vor dem Experiment festgelegte Strecke zwischen Lampe und Empfänger rechnet man auf eine Sekunde hoch und schon hat man den Weg des Lichtes ermittelt.

Die Ergebnisse schwanken selbstverständlich mit der Genauigkeit der verwendeten Geräte.