AhA: Warum ist Licht schneller als der Schall?

Zuerst sehen wir den Blitz. Er erreicht uns in Bruchteilen einer Sekunde. Die gleichzeitig entstehenden Druckschwankungen der Luft breiten sich als Donner weniger rasch aus. Grollend hecheln die Schallwellen den viel schnelleren Lichtwellen hinterher. Bei drei Sekunden Unterschied ist das Gewitter ungefähr einen Kilometer weit entfernt, anders gesagt: In der Luft legen Schallwellen pro Sekunde ungefähr 330 Meter zurück.

Durch einen Blitz oder eine schwingende Stimmgabel werden Luftmoleküle aus ihrer Ruhelage gebracht. Sie beginnen dann ihrerseits, um eine Gleichgewichtslage zu schwingen, ähnlich wie sich Wassermoleküle auf der Oberfläche eines Sees auf und ab bewegen, wenn man einen Stein hineinwirft. In beiden Fällen wandert die Störung von der Quelle aus wellenförmig weiter.

Noch schneller als in Luft kommen Schallwellen in Beton oder Eisen voran. Im Gegensatz zu Luftmolekülen sind die Materieteilchen in Festkörpern stark aneinander gebunden. Sie kehren nach einer Störung schneller wieder in ihre Ausgangslage zurück, die Schallwelle bewegt sich rasch fort. Betonwände tragen den Baulärm daher unter Umständen auch in entlegene Teile des Hauses.

Schall braucht stets ein Medium, um sich fortzupflanzen. Eine Stimmgabel kann zwar auch in einer Vakuumkammer angeschlagen werden. Aber darin bleibt sie völlig unhörbar, weil keine Materie vorhanden ist, die die Schwingungen weiterleitet.

Bei Licht ist das anders. Lichtwellen, wie sie von einer Quelle wie der Sonne ausgesandt werden, können sich durch den leeren Raum bewegen. „Die Anwesenheit von Materie beeinflusst zwar die Lichtausbreitung, ist aber keine Voraussetzung dafür, dass sich eine Lichtwelle bildet“, sagt der Physiker Heinrich Kuttruff, Emeritus vom Institut für Technische Akustik der RWTH Aachen.

„Die Geschwindigkeit des Schalls ist deshalb so viel kleiner als die des Lichts, weil beim Schall Materieteilchen bewegt werden müssen“, erklärt Kuttruff. Und diese Teilchen setzen jeder Änderung ihres Bewegungszustandes ihre Trägheit entgegen. Sind sie dann einmal in Schwung, ist das Medium, ob Luft oder Beton, auf Grund seiner Elastizität bestrebt, möglichst bald wieder zu einem Gleichgewichtszustand zurückzukehren, in dem der Druck überall gleich ist. Als wäre nichts gewesen.