Lichtsnelheid

De lichtsnelheid is de snelheid waarmee het licht en andere elektromagnetische straling zich voortplant.

Deze waarde is exact omdat ze wordt gebruikt als bouwsteen bij de definitie van de lengte van de standaardmeter. Het getal wordt vaak afgerond naar 300.000.000 meter per seconde, oftewel 300.000 kilometer per seconde. In natuurkundige formules wordt de lichtsnelheid meestal weergegeven met de letter c zoals in E=mc².

In de 17e eeuw deed Galileo Galilei al pogingen om de lichtsnelheid te berekenen, maar slaagde daar niet in. In 1646 stelde Ole Rømer de lichtsnelheid vast op 225.000 km/s, door de beweging van een maan van Jupiter na te gaan. In 1849 bepaalde Fizeau het met een laboratoriuminstrument tot op plm. 5% nauwkeurig (en met een iets andere methode halveerde hij het jaar daarop zijn meetfout nog). Later in de 19e eeuw ontdekte men dat de snelheid van het licht in vacuüm altijd constant is, onafhankelijk van de beweging van de lichtbron, maar zelfs ook onafhankelijk van de beweging van de waarnemer. Dit bleek uit experimenten van Michelson en Morley. Ook als iemand zelf in beweging is met een lamp in zijn hand, gaan voor die persoon de lichtstralen in alle richtingen nog steeds met dezelfde snelheid. Dit geldt ook voor het licht dat vanuit een andere bron naar de persoon toe reist. De lichtsnelheid is in alle richtingen en onafhankelijk van de snelheid van de reiziger (vaak de waarnemer genoemd) gelijk. Dit strookt niet met de klassieke Newtoniaanse natuurkunde. Het is een van de uitgangspunten van de relativiteitstheorie van Albert Einstein.

De lichtsnelheid is de maximale snelheid voor deeltjes en informatie. Een deeltje dat in rust geen massa heeft, zoals het foton, reist altijd met de lichtsnelheid, een deeltje met massa gaat altijd langzamer; er zou een oneindige hoeveelheid energie nodig zijn om het tot de lichtsnelheid te versnellen. De theorie van Einstein laat echter ook de mogelijkheid van tachyonen toe: deeltjes die altijd sneller gaan dan het licht en oneindig veel energie nodig hebben om tot de lichtsnelheid af te remmen. Of ze daadwerkelijk bestaan, is nog volledig onbekend en kan ook in beginsel niet worden aangetoond.

De lichtsnelheid in stoffen, zoals glas, is lager dan de lichtsnelheid in vacuüm, zie bijvoorbeeld het effect in de Wet van Snellius. Het is deze vertraging die het effect van lichtbreking in een prisma veroorzaakt; het bijbehorende getal staat bekend als de brekingsindex.

De Deense Harvard natuurkundige Lene Hau slaagde er in 1998 in om de gemiddelde snelheid van het licht te verlagen tot 17 m/sec, zo'n 61,2 km per uur. Zij deed dit door atomen af te koelen tot een miljoenste graad boven het absolute nulpunt. Atomen gaan zich dan gedragen als behorend tot een enkel superatoom. Deze toestand noemt men een Bose-Einsteincondensaat. In 1999 slaagde de onderzoeksgroep erin om het licht zelfs volledig stil te laten staan. De tijdsduur dat het licht stil stond duurde slechts één milliseconde.

Recente proeven hebben ook aangetoond dat het mogelijk is om de groepsnelheid van licht boven c te brengen. Een experiment zorgde ervoor dat een laserstraal door een cesiumwolk vloog over een zeer korte afstand met een snelheid van 300 keer c. Maar spijtig genoeg is deze techniek niet bruikbaar om informatie te verzenden sneller dan het licht.