2. Grundlagen#

2.1. Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit#

In der Antike herrschte die Annahme, dass sich Licht unendlich schnell ausbreiten könne. Diese Annahme stellte sich als falsch heraus, Licht hat eine endliche Geschwindigkeit. Diese wird meist mit \(c\) bezeichnet und ist im Vakuum.

\(c = 299792458 \frac{m}{s}\)

Diese Größe ist eine Naturkonstante und seit der der Neudefinition der SI-Einheiten in 2019 als exakte und somit fehlerfreie Größe definiert.

\(c\) ist die maximal erreichbare Geschwindigkeit, nichts kann sich schneller bewegen. Damit ist die Lichtgeschwindigkeit auch unabhängig von der Bewegung der Quelle (siehe relativistischer Doppereffekt). Diese Eigenschaft ist grundlegende Annahme vieler Theorien, wie beispielsweise der speziellen Relativitätstheorie aber auch den Maxwell’schen Gleichungen.

2.2. Lichtgeschwindigkeit in einem Medium#

In einem Medium ist die Lichtgeschwindigkeit stets geringer als im Vakuum. Das Verhältnis aus Lichtgeschwindigkeit im Vakuum zu Lichtgeschindigkeit im Medium wird Brechungsindex genannt und mit \(n\) bezeichnet. Die entprechende Lichtgeschwindigkeit im Medium wird dann entsprechent \(c_n\) genannt.

\[n = \frac{c}{c_n}\]

Im allgemeinen ist der Brechungsindex wellenlängenabhängig. Eine Übersicht über eine Vielzahl von Brechungsindizes und deren Wellenlängenabhängigkeit ist hier zu finden.

2.3. Lichtfarbe#

Die Farbe des Lichts wird durch die Wellenlänge definiert. Je kleiner die Wellenlänge, desto bläulicher ist die Farbe des Lichtes. Je größer die Wellenlänge, desto roter die Lichtfarbe. Das sichtbare Licht ist nur ein kleiner Teil des elektromagnetischen Spektrums in einem Wellenlängenbereich von \(400 - 800 \, nm\) (siehe Abbildung 2.5). Das entspricht einem Frequenzbereich um \(10^{14} - 10^{15} \, Hz\).

Elektromagnetisches Spektrum

Fig. 2.5 Elektromagnetisches Spektrum. Sichtbares Licht ist nur ein kleiner Teilbereich zwischen einer Wellenlänge von ungefähr \(400 - 800 \, nm\). Quelle: Horst Frank, Jailbird and Phrood, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3726606#