Viteza luminii c în vid nu este măsurată. Are o valoare fixă exactă în unitățile standard. Conform acordului internațional din 1983, un contor este definit ca lungimea drumului parcurs de lumină într-un vid într-un timp de 1/299792458 secunde. Viteza luminii este exact 299.792.458 m / s. Un inch este definit ca 2,54 centimetri. Prin urmare, în unitățile non-metrice, viteza luminii are și o valoare exactă. O astfel de definiție are sens doar pentru că viteza luminii într-un vid este constantă, iar acest fapt trebuie confirmat experimental (vezi Viteza luminii este constantă?). De asemenea, este necesar să se determine experimental viteza luminii în medii precum apa și aerul.
Până în secolul al XVII-lea, se credea că lumina se răspândește instantaneu. Acest lucru a fost confirmat de observațiile eclipsei lunare. La o viteză finită a luminii, ar trebui să existe o întârziere între poziția Pământului față de Lună și poziția umbrei Pământului pe suprafața Lunii, dar nu s-a constatat o astfel de întârziere. Știm acum că viteza luminii este prea rapidă pentru a observa o întârziere. Galileo se îndoia de infinitatea vitezei luminii. El a propus un mod de a-l măsura prin închiderea și deschiderea unui felinar la câteva mile distanță. Nu se știe dacă a încercat un astfel de experiment, dar datorită vitezei foarte mari a luminii, măsurarea nu a putut avea succes.
Prima măsurare de succes a c a fost făcută de Olaf Roemer în 1676. El a observat că timpul dintre eclipsele sateliților lui Jupiter este mai scurt când distanța de la Pământ la Jupiter scade și mai lungă când această distanță crește. El și-a dat seama că acest lucru se datorează unei schimbări în timpul necesar pentru ca lumina să călătorească de la Jupiter pe Pământ pe măsură ce distanța dintre ele se schimbă. El a calculat că viteza luminii este de 214.000 km / s. Inexactitatea se datorează faptului că distanțele dintre planetele de la acea vreme nu erau încă bine definite.
În 1728, James Bradley a estimat magnitudinea vitezei luminii prin observarea aberației stelelor (o schimbare în poziția aparentă a unei stele cauzată de mișcarea Pământului în jurul Soarelui). El a observat una dintre stelele din constelația Draco și a constatat că poziția sa aparentă se schimbă pe parcursul anului. Acest efect funcționează pentru toate stelele, spre deosebire de paralaxa, care este mai vizibilă pentru stelele din apropiere. Aberația este similară cu efectul mișcării asupra unghiului de incidență a picăturilor de ploaie. Dacă stai în picioare și nu există vânt, atunci picăturile îți cad vertical pe cap. Dacă alergi, se dovedește că ploaia vine într-un unghi și te lovește pe față. Bradley a măsurat acest unghi pentru lumina stelară. Cunoscând viteza mișcării Pământului în jurul Soarelui, el a stabilit că viteza luminii este de 301.000 km / s.
Prima măsurare a c pe Pământ a fost făcută de Armand Fizeau în 1849. A folosit reflectarea luminii dintr-o oglindă aflată la 8 km distanță. Un fascicul de lumină străbătea un gol între dinții unei roți care se rotește rapid. Viteza de rotație a fost crescută până când fasciculul reflectat a devenit vizibil în următorul interval. Valoarea calculată a lui c s-a dovedit a fi de 315.000 km / s. Un an mai târziu, Leon Foucault a îmbunătățit această metodă folosind o oglindă rotativă și a obținut o valoare mult mai precisă de 298.000 km / s. Metoda îmbunătățită a fost suficient de precisă pentru a determina că viteza luminii în apă este mai mică decât în aer.
După ce Maxwell a publicat teoria sa despre electromagnetism, a devenit posibilă determinarea indirectă a vitezei luminii din valorile permeabilității magnetice și electrice. Weber și Kohlrausch au fost primii care au făcut acest lucru în 1857. În 1907, Rose și Dorsey au obținut 299.788 km / s în același mod. La acea vreme, aceasta a fost cea mai exactă valoare.
Ulterior, au fost aplicate măsuri suplimentare pentru îmbunătățirea preciziei. De exemplu, a fost luat în considerare indicele de refracție a luminii în aer. În 1958, Froome a obținut o valoare de 299792,5 km / s folosind un interferometru cu microunde și un obturator electro-optic Kerr. După 1970, măsurători chiar mai precise au devenit posibile prin utilizarea unui laser extrem de stabil și a unui ceas de cesiu de precizie. Până la acel moment, precizia contorului standard era mai mare decât exactitatea măsurării vitezei luminii. Și acum viteza luminii a devenit cunoscută cu o precizie de plus sau minus 1 m / s. Acum este mai practic să folosiți viteza luminii pentru a determina contorul. Standardul de 1 metru distanță este acum determinat folosind un ceas atomic și un laser.
Tabelul prezintă etapele principale ale măsurării vitezei luminii (Froome și Essen):
Video promotional:
| Data | Autori | Metodă | km / s | Eroare |
|---|---|---|---|---|
| 1676 | Olaus Roemer | Lunile lui Jupiter | 214000 | |
| 1726 | James Bradley | Aberația stelelor | 301000 | |
| 1849 | Armand fizeau | Angrenaj | 315000 | |
| 1862 | Foucault Leon | Oglindă rotativă | 298000 | ± 500 |
| 1879 | Albert michelson | Oglindă rotativă | 299910 | ± 50 |
| 1907 | Rosa, Dorsay | Constantele EM | 299 788 | ± 30 |
| 1926 | Albert michelson | Oglindă rotativă | 299 796 | ± 4 |
| 1947 | Essen, Gorden-Smith | Rezonator rezonant | 299 792 | ± 3 |
| 1958 | KDFroome | Interferometru radio | 299 792,5 | ± 0,1 |
| 1973 | Evanson și colab | Interferometru laser | 299 792.4574 | ± 0,001 |
| 1983 | CGPM | Valoarea acceptată | 299 792.458 | 0 |
