3.

Geschwindigkeit

Die Lichtgeschwindigkeit wurde erstmals in einem Laborversuch von dem französischen Physiker Armand Hippolyte Fizeau gemessen (um 1850). Auch frühere astronomische Beobachtungen hatten ungefähr die richtige Geschwindigkeit ermitteln lassen (z. B. Ole Römer, 1676). Heute ist die Lichtgeschwindigkeit sehr genau mit 299 792 458 Metern pro Sekunde im Vakuum bekannt. Man verwendet sie, um große Entfernungen anhand der Zeit zu messen, die ein Lichtimpuls oder Radiowellen für den Weg zu einem Ziel und zurück benötigen. Dies ist z. B. auch das Prinzip, nach dem Radar und Sonar funktionieren. Genaue Kenntnisse der Lichtgeschwindigkeit und der Wellenlänge von Licht erlauben auch genaue Messungen von Längen. Daher wird der Meter heute auch als die Länge des Weges definiert, den Licht im Vakuum in einer Zeit von 1/299 792 458 Sekunde zurücklegt.

1.

Verringerung der Lichtgeschwindigkeit

Die Geschwindigkeit des Lichtes ändert sich beim Durchgang durch optisch dichtere Medien (z. B. Wasser oder Glas). Durchschnittlich beträgt sie in Luft 3 Prozent weniger als im Vakuum, im Wasser ist sie um 25 Prozent geringer und in Glas um 33 Prozent.

Wissenschaftlern gelang es 1998 erstmals mit Hilfe eines so genannten Bose-Einstein-Kondensats die Geschwindigkeit des Lichtes auf 60 Kilometer pro Stunde zu drosseln. Anfang 2000 war es britischen Forschern sogar möglich, die Geschwindigkeit noch weiter auf 1,6 Kilometer pro Stunde zu reduzieren.

Unabhängig voneinander gelang es zwei amerikanischen Forscherteams im Januar 2001, das Licht eines Lasers in einem Medium zu stoppen und anschließend wieder freizusetzen. Die Charakteristik des Lichtstrahls, also die darin enthaltene Information, blieb dabei erhalten. Beide Teams sendeten einen Laserstrahl genau definierter Frequenz in einen Versuchsbehälter mit Alkalimetallgas. Normalerweise wird Laserlicht von den Alkaliatomen absorbiert, d. h. die Energie der Laserpulse geht auf die Atome über. Um das zu verhindern, schickten die Forscher einen zweiten Kontrollstrahl in einem etwas versetzten Winkel durch das Medium. Die Frequenz dieses Kontrollstrahls war nur geringfügig höher als die des ersten Strahls. Durch diesen Vorgang – elektromagnetisch induzierte Transparenz – gelang es den Forschern, das Gas für den ersten Strahl transparent zu machen.

Beim eigentlichen Versuch schalteten die Forscher den Kontrollstrahl ab, wodurch der erste Laserstrahl schlagartig zum Stillstand kam. Nach einer Millisekunde schalteten die Physiker den Kontrollstrahl wieder an. Der erste Strahl wurde reaktiviert und verließ den Gascontainer mit der Charakteristik, die er auch vor der Abschaltung besaß, so als hätte er nie stillgestanden. Die Physiker erklärten dies folgendermaßen: Es fand nach der Abschaltung keine wirkliche Absorption statt, vielmehr blieben Energie und im Strahl enthaltene Information in den Atomen gespeichert. Das Versuchsergebnis wurde bereits 1999 von dem deutschen Physiker Michael Fleischhauer (Universität Kaiserslautern) theoretisch vorhergesagt.

Siehe auch elektrische Beleuchtung; Interferenz; Interferometer; Laser