In 1873 publiceerde de Schotse natuurkundige James Maxwell zijn boek "A Treatise on Electricity and Magnetism". In vier vergelijkingen, die nu nog zijn naam dragen, worden electriciteit en magnetisme beschreven. Het blijkt dat deze Maxwellvergelijkingen electromagnetische golven mogelijk maken, die zich met de lichtsnelheid voortplanten. Licht is een voorbeeld van deze electromagnetische golven.
De vraag was: in welk medium planten lichtgolven zich voort? De gangbare opvatting in die tijd was dat het heelal was gevuld met een ijle tussenstof, die men ether noemde. Zelfs in het vacuum zou die ether nog aanwezig zijn. Deze ether zou dan het medium zijn waar de lichtgolven zich met 300.000 km/s in voortplanten. Men nam aan dat deze ether in rust was ten opzichte van het stelsel van de vaste sterren.
Nu draait de aarde (bij benadering) in een cirkelbeweging om de zon en beweegt dus door deze ether. Maar dat zou betekenen dat metingen van de lichtsnelheid niet altijd dezelfde waarde zouden opleveren.
Net zoals bij geluidsgolven: de snelheid waarmee die zich door lucht voortbewegen is ongeveer 340 m/s. Wanneer een waarnemer een geluidsbron nadert, zal hij een hogere geluidssnelheid meten, dan wanneer hij zich van de bron vandaan beweegt.
Om deze effecten bij licht op te meten, zijn nauwkeurige experimenten nodig. Immers, de snelheid van de aarde in haar baan om de zon is ongeveer 30 km/s, dus je verwacht lichtsnelheden te zullen meten tussen 299970 en 300030 km/s. Vanaf 1880 zijn dit soort experimenten uitgevoerd, onder andere door Michelson en Morley. Met een wel heel verrassend resultaat:
De lichtsnelheid blijkt altijd 3,00.105 km/s te zijn, onafhankelijk van de snelheid van de waarnemer.
Er is blijkbaar met de lichtsnelheid iets aparts aan de hand. Het idee dat licht zich in een medium voortplant, klopt blijkbaar niet. Bestaat die ether eigenlijk wel? In de theorie van Maxwell komt hij niet voor, het zijn de electrische en magnetische velden zelf die trillen en de lichtsnelheid volgt direct uit de eigenschappen van de electrische en de magnetische krachten.
Bekijk de hele serie over relativiteit
In een serie van 9 lessen wordt een overzicht gegeven van de relativiteittheorie, op bovenbouwniveau. Kies naar eigen inzicht een van de onderstaande lessen of doorloop gewoon de hele serie.
1. Introductie
2. Het verband tussen electriciteit, magnetisme en de lichtsnelheid
3. De relativiteitstheorie van Einstein
4. Gelijktijdigheid
5. Tijdrek
6. Lengtekrimp
7. Nogmaals de gelijktijdigheid
8. Het optellen van snelheden
9. Massa en energie
