Hur lång tid tar det för ljus från solen att nå jorden, eller för en signal att korsa rymden? Svaret börjar med en exakt konstant: i vakuum färdas ljus med 299 792 458 meter per sekund. Här förklarar jag vad siffran betyder, hur den skiljer sig i olika material och varför ljusets hastighet spelar en så central roll i relativitetsteorin och kosmologin.
Det viktigaste om ljusets hastighet på några sekunder
- 299 792 458 m/s är ljusets exakta hastighet i vakuum.
- Det motsvarar ungefär 300 000 kilometer per sekund.
- Ljus från solen behöver cirka 8 minuter och 20 sekunder för att nå jorden.
- I luft går ljuset nästan lika snabbt, men i vatten och glas färdas det långsammare.
- Inget föremål med massa kan accelereras upp till eller förbi ljusets hastighet i vakuum.
Den exakta hastigheten i vakuum
I fysiken betecknas ljusets hastighet med bokstaven c. I tomrum är värdet exakt 299 792 458 m/s, vilket ofta avrundas till 300 000 kilometer per sekund. Det är inte längre en mätning med en viss osäkerhet, utan en fastställd konstant i SI-systemet.
Jag brukar översätta siffran till vardagliga avstånd, eftersom den annars är svår att känna intuitivt. På en enda sekund skulle en ljusstråle kunna färdas runt jorden ungefär 7,5 varv, om den kunde följa jordens omkrets utan att hindras av något.
Värdet gäller för elektromagnetisk strålning i vakuum. Det betyder att synligt ljus, radiovågor, mikrovågor, infraröd strålning, ultraviolett strålning, röntgenstrålning och gammastrålning har samma hastighet när de färdas genom tomrum.
Så lång tid tar ljuset från solen och andra platser
Ljusets hastighet blir mer begriplig när man använder den som en kosmisk klocka. Avståndet mellan solen och jorden är i genomsnitt cirka 149,6 miljoner kilometer. Därför ser vi solen som den såg ut ungefär 8 minuter och 20 sekunder tidigare.
| Sträcka | Ungefärlig restid för ljus | Vad det innebär |
|---|---|---|
| Månen till jorden | 1,3 sekunder | Vi ser månen med drygt en sekunds fördröjning. |
| Solen till jorden | 8 minuter och 20 sekunder | Solens utseende visar hur solen såg ut tidigare. |
| Mars till jorden | Cirka 3 till 22 minuter | Fördröjningen varierar beroende på planeternas positioner. |
| Proxima Centauri | Cirka 4,24 år | Stjärnan är vår närmaste stjärngranne efter solen. |
Det här är också orsaken till att astronomi alltid handlar om det förflutna. När jag tittar på en galax som ligger hundra miljoner ljusår bort ser jag inte galaxen som den är nu, utan som den såg ut för hundra miljoner år sedan.
Varför ljuset går långsammare i material
I luft är skillnaden nästan omärkbar, men när ljus passerar genom vatten, glas eller kristaller påverkas det av materialets atomer. Då blir ljusets effektiva hastighet lägre än i vakuum. I vatten är den ungefär 225 000 km/s, medan den i vanligt glas ofta ligger nära 200 000 km/s.
Det är viktigt att skilja på vakuumhastigheten och hastigheten i ett material. När ljus bryts i en lins eller regnbåge är det inte för att den universella konstanten har förändrats, utan för att olika material och våglängder påverkar ljusets utbredning på olika sätt.
Läs också: Parallella universum - Fysik, fakta och spekulation
Varför ljus bryts i glas och vatten
Olika färger har olika våglängd. I glas bromsas de något olika mycket, vilket gör att vitt ljus kan delas upp i färger. Det är samma grundprincip som ligger bakom prismor, glasögonlinser och regnbågar.
Det finns också en vanlig missuppfattning om partiklar som tycks färdas snabbare än ljus. En laddad partikel kan röra sig snabbare än ljuset gör i vatten, och då uppstår Tjerenkovstrålning. Partikeln överskrider däremot inte ljusets hastighet i vakuum.
Vad ljusets hastighet betyder för relativitetsteorin
Enligt Einsteins speciella relativitetsteori är ljusets hastighet i vakuum samma för alla observatörer som rör sig med konstant hastighet. Det låter märkligt, men konsekvensen är att tid och avstånd inte är absoluta storheter. De påverkas av hur snabbt observatören rör sig.
För ett föremål med massa krävs allt mer energi ju närmare det kommer 299 792 458 m/s. Vid själva gränsen skulle den nödvändiga energin bli oändlig. Därför kan partiklar med massa inte nå upp till c, medan masslösa partiklar som fotoner färdas med denna hastighet i vakuum.
Det handlar inte bara om hur snabbt något syns för ögat. Ljusets hastighet fungerar också som en gräns för hur snabbt information och orsakssamband kan spridas. Om ett meddelande kunde skickas snabbare än ljuset skulle fysikens ordning mellan orsak och verkan kunna brytas.
Hur ljusets hastighet används i astronomi
Inom astronomin används ljusets restid för att beskriva avstånd. Ett ljusår är inte en tidsenhet, utan den sträcka som ljus färdas på ett år: ungefär 9,46 biljoner kilometer.
När forskare mäter en galax rödförskjutning och avstånd jämför de samtidigt hur gammalt ljuset är när det når oss. På så sätt blir teleskop nästan som tidsmaskiner. Ju längre bort objektet ligger, desto längre tillbaka i universums historia ser vi.
Expansionen av universum kräver ett extra förtydligande. Mycket avlägsna galaxer kan avlägsna sig från oss med en hastighet som, räknat över stora kosmiska avstånd, överstiger ljusets hastighet. Det betyder inte att de lokalt färdas genom rymden snabbare än ljus, utan att själva rymden expanderar mellan galaxerna.
Så räknar du ut ljusets restid
För enkla beräkningar använder jag formeln tid = avstånd / hastighet. Om avståndet anges i kilometer och ljusets hastighet avrundas till 300 000 km/s får du snabbt en rimlig uppskattning.
- Avstånd på 600 000 km ger ungefär 2 sekunder.
- Avstånd på 150 miljoner km ger ungefär 500 sekunder, alltså drygt 8 minuter.
- Avstånd på 9,46 biljoner km motsvarar ungefär ett år.
I praktiken kan resultatet påverkas av att avstånd i rymden förändras, att signaler går genom materia eller att man använder olika definitioner av avstånd i kosmologiska modeller. För vanliga solsystemsexempel räcker ändå den enkla formeln långt.
Från en svårmätt hastighet till universums måttstock
Historiskt försökte forskare länge avgöra om ljuset färdades ögonblickligen. Observationer av Jupiters månar på 1600-talet gav de första starka tecknen på att ljuset faktiskt har en ändlig hastighet. Senare laboratoriemätningar gjorde värdet allt mer exakt.
I dag är ljusets hastighet mer än en imponerande siffra. Den används för att definiera metern och binder samman mätningar av tid, avstånd, energi och gravitation. När du ser solljus, hör en radiosignal från rymden eller studerar en avlägsen galax möter du samma kosmiska gräns: ljuset är snabbt, men universum är mycket större än vår intuition klarar av.
