Ljusets hastighet och hur det beräknas

Alla har vi någon gång sagt att något har skett med ljusets hastighet, vilket kanske milt sagt varit en överdrift. Om vi ens kunde göra något med ljusets hastighet, hur har vi kunnat kontrollera att det faktiskt stämmer?

Ungefär den frågan ställde sig också Galileo Galilei som tros ha varit den första personen som har utfört experiment om hur man kan mäta ljusets hastighet och dokumenterat dem. Hans experiment gick ut på att två personer fick varsin lykta. Person nummer ett skulle i ett visst intervall tända och släcka (eller förmodligen blockera) ljuset i sin lykta i ett givet intervall. Person nummer två skulle sedan så noggrant hen kunde kopiera rytmen och skicka tillbaka samma signaler. När man fått en rytmik och ett flöde i rörelsen så skulle personerna röra sig längre ifrån varandra och man skulle då se om det påverkade den inlärda rytmiken och man skulle då också kunna se vid vilket avstånd som rytmiken skiljde sig från ljuset och därmed därigenom kunna uppskatta hastigheten. Tyvärr gav experimentet inga lyckoträffar.

Även den danska astronomen Ole Römer försökte på 1600-talet att beräkna ljusets hastighet baserat på hur en av Jupiters månar blev täckt av Jupiter. Detta hade lite större möjligheter till resultat och Ole kunde få en första hint om hur snabbt ljuset rörde sig genom att man visste hur lång tid Jupiters måne skulle vara dold av Jupiter. När Ole däremot observerade detta såg han dock att det skiljde sig ungefär 8 minuter mellan den uppskattade tiden och vad han faktiskt observerade. Detta tillsammans med att man visste ungefär hur långt det var till planeten Jupiter gjorde att man kunde räkna ut en första uppskattning om ljusets hastighet. Ole var relativt nära får man ändå säga med tanke på de instrument och den teknik han hade tillgång till på den tiden. Med dagens mått kan vi veta att han uppskattade hastigheten till ungefär 28% för lågt. Detta har sannolikt berott på att man inte var helt säker på avståndet mellan jorden och Jupiter.

Hur snabbt rör sig ljuset?

Idag har vi helt andra tekniska instrument och har möjlighet att mäta ljuset med stor precision. Ljusets avverkar en meter på ganska exakt 0,000000003335641 sekund.

För att göra det lite enklare att greppa har vi här tagit fram ett par olika exempel:

• Från fjärrkontrollen till din TV: 0,00000001 sekund
• Från Stockholms Central till slottet: 0,0000042 sekunder
• Från Arlanda till Bangkok: 0,02 sekunder

I och med att t.ex datatrafik sker via optisk kabel idag som egentligen inte är något annat än ljus, är det just ljuset som påverkar hur snabbt vi kan flytta data över jorden.

Hur beräknar man ljusets hastighet idag?

Experiment i all ära, men idag har vi som sagt helt andra möjligheter till att mäta ljusets hastighet. Ljusets hastighet (i vakuum) är en konstant som man egentligen har definierat till 299792458 m/s, inte räknat ut per se. Man skulle kunna ändra och säga att ljusets hastighet är 300000000 m/s, men då måste vi omdefiniera antingen hur lång en meter eller en sekund är.

Orionnebulosan som syns på bilden här ovan ligger ungefär 1350 ljusår från Jorden, vilket innebär att det har tagit 1350 år för ljuset att färdas därifrån till oss här på Jorden.

Dock skulle man kunna säga att man kan räkna ut ljusets hastighet utifrån andra kända ekvationer, om man vet vad de andra variablerna står för. Det finns ett väldigt fint exempel där man kan härleda att ljusets hastighet är lika med 1/sqrt(e₀*u₀), där e₀ är den elektriska konstanten och är ungefär lika med 8,854187817*10^-12 och u₀ är den magnetiska konstanten och är lika med 4*pi*10^-7. Du kan testa själv att peta in siffrorna i t.ex Spotlight på en Mac (cmd+space, om du inte har ändrat): 1/sqrt(8,854187817*10^(-12)*4*pi*10^(-7))