Ljusets hastighet

Ljus dyker inte upp direkt. Det färdas med en bestämd fart: nästan 300 miljoner meter per sekund i rymden. Det låter otroligt snabbt, men eftersom rymden är så stor tar det ändå tid för ljuset att nå fram.

Denna hastighet är en gräns för hela universum. Ingenting kan åka fortare än ljuset. Det är inte bara ljuset som har denna gräns, utan även information och tyngdkraft följer samma regel.

Enligt Einsteins teorier krävs det mer och mer energi för att öka farten ju närmare ljusets hastighet man kommer. För att få något som väger något att åka exakt lika fort som ljuset skulle det krävas oändligt mycket energi. Det går helt enkelt inte.

1

1. Massa gör motstånd

Ju fortare ett föremål med massa rör sig, desto mer "tyngre" blir det att accelerera ytterligare – dess effektiva tröghet växer.

2

2. Energin rusar mot oändligheten

Nära c krävs en allt större energimängd för varje liten hastighetsökning. Vid exakt c skulle energibehovet vara oändligt.

3

3. Bara masslösa partiklar klarar det

Partiklar utan vilomassa, som fotoner, har inget sådant motstånd – de måste alltid röra sig i exakt c, varken snabbare eller långsammare.

4

4. Orsak och verkan hänger ihop

Om information kunde färdas fortare än c skulle olika observatörer kunna vara oense om vilken händelse som orsakade vilken – själva kausaliteten skulle braka samman.

Ett ljusår är inte ett mått på tid, utan på avstånd. Det är så långt som ljuset hinner åka på ett helt år. Det är en enorm sträcka, cirka 9,5 biljoner kilometer.

Vi använder ljusår eftersom vanliga kilometer blir för små tal när vi pratar om stjärnor. Närmaste stjärnan efter solen ligger mer än 4 ljusår bort. Vår galax är hela 100 000 ljusår bred.

Även i vårt eget solsystem märks det att ljuset tar tid. Till solen tar det över 8 minuter för ljuset att resa. Till planeterna längre ut tar det timmar.

Detta gör att vi inte kan styra rymdsonder vid andra planeter i realtid. Om vi skickar en signal till Mars tar det många minuter innan den kommer fram, så sonderna måste kunna tänka lite själva.

Förr i tiden trodde man att ljuset dök upp omedelbart överallt. Det krävdes smarta experiment för att bevisa att det faktiskt har en fart.

1676

Ole Rømer och Jupiters månar

Den danske astronomen Ole Rømer märkte att förmörkelserna av Jupiters måne Io inträffade tidigare eller senare beroende på jordens avstånd till Jupiter. Slutsatsen: ljuset tar tid på sig att korsa rymden – den första kvantitativa bevisningen av ljusets ändliga hastighet.

1849

Fizeaus kugghjul

Fransmannen Hippolyte Fizeau skickade ljus genom ett roterande kugghjul mot en spegel åtta kilometer bort. Genom att variera rotationshastigheten kunde han räkna ut ljusets hastighet på jorden, utan att behöva titta mot himlen alls.

1887

Michelson–Morley

Albert Michelson och Edward Morley försökte mäta jordens rörelse genom den hypotetiska "etern" genom att jämföra ljusets hastighet i olika riktningar. De hittade ingen skillnad alls – ett nollresultat som till slut banade väg för Einsteins insikt att ljusets hastighet är densamma för alla observatörer.

1905

Einsteins speciella relativitetsteori

Einstein tog nollresultatet på allvar och byggde en hel fysik där c är konstant för alla, oavsett hur observatören rör sig – vilket fick rum och tid att böja sig istället.

1983

Meterns nya definition

Ljusets hastighet fastställdes till exakt 299 792 458 m/s, och meterns längd definierades därefter utifrån denna konstant.

Eftersom ljuset tar tid på sig ser vi aldrig stjärnorna som de är just nu. Vi ser dem som de var när ljuset lämnade dem. Ju längre bort vi tittar, desto längre tillbaka i tiden ser vi.

Teleskop fungerar alltså som tidsmaskiner. När vi ser en galax som ligger miljarder ljusår bort, ser vi hur den såg ut för miljarder år sedan, långt innan jorden fanns.

Eftersom farten alltid är densamma kan den användas som en måttstock. Både GPS och internet fungerar tack vare att vi vet exakt hur snabbt signalerna färdas.