La vitesse de la lumière dans le vide, habituellement notée (pour « célérité »), est une constante physique de l'Univers qui est fondamentale dans plusieurs domaines de la physique. Elle est égale à .

L'étude de la lumière et de sa vitesse remonte à l'Antiquité. Des philosophes et des scientifiques, en s'appuyant sur des arguments théoriques ou des observations, affirment que sa vitesse est infinie, alors que d'autres prétendent que non. Ole Rømer démontre en 1676 qu'elle est finie. Les scientifiques s'attachent ensuite à déterminer sa valeur par divers moyens, la précision s'améliorant au fil des années. Dès la fin du , il est acquis qu'elle vaut environ ; en 1975, le résultat fiable le plus précis est . En 1983, un accord international redéfinit le mètre de telle sorte que la vitesse de la lumière est d'exactement .

La vitesse de la lumière dans le vide est notamment la vitesse à laquelle se propage le champ électromagnétique dans l'espace. Cette propriété transparaît indirectement dans les équations de Maxwell (1865), et plus directement dans leurs solutions générales et causales que sont les équations de Panofsky-Phillips (1962) et les équations de Jefimenko (1966).

Dans la vie de tous les jours, la lumière (et donc les ondes électromagnétiques) semble se déplacer instantanément, mais sur de longues distances ou dans des instruments de mesure très précis, des effets permettent de déduire que sa vitesse est finie. Dans les matériaux transparents et les conducteurs électriques, les ondes électromagnétiques se déplacent plus lentement que . Les vitesses de certains phénomènes ondulatoires et de certains objets célestes peuvent être plus grandes que . La vitesse d'expansion de l'Univers excède hors de certaines limites géométriques.

Bien que cette vitesse soit le plus souvent associée à la lumière, c'est aussi celle de toute particule sans masse et de toute perturbation dans un champ situé dans le vide, incluant les ondes gravitationnelles et les ondes électromagnétiques (dont la lumière visible ne constitue qu'une minuscule partie). Les particules dotées d'une masse au repos peuvent approcher de , mais ne peuvent l'atteindre, peu importe le référentiel inertiel dans lequel leur vitesse est mesurée.

Dans les référentiels non inertiels (des espaces-temps courbés par la gravité ou des référentiels accélérés), la vitesse de la lumière locale (à proximité immédiate des événements) reste constante et égale c, mais elle peut être différente sur une trajectoire de longueur finie selon la façon dont sont définis les distances et les temps.

Définitions Au , la vitesse de la lumière dans le vide est dénotée par la lettre minuscule , initiale du mot latin (signifiant « rapidité, célérité ») ou encore de « célérité » en français, mais son symbole a varié dans le temps. En 1856, Wilhelm Eduard Weber et Rudolf Kohlrausch utilisent pour une constante différente qui a été plus tard démontrée égale à × . En 1865, le symbole est introduit par James Clerk Maxwell comme alternative pour indiquer la vitesse de la lumière dans le vide. En 1894, Paul Drude préfère , tout en lui donnant sa définition moderne. Pourtant, Albert Einstein utilise dans ses articles sur la relativité restreinte de 1905 ; c'est en 1907 qu'il commence à utiliser , devenu entretemps le symbole courant pour la vitesse de la lumière dans le vide...

Parfois, est utilisée pour indiquer la vitesse d'une onde lumineuse dans n'importe quel médium physique et pour la vitesse de la lumière dans le videConsulter par exemple :

.. Cette notation indicée, présente dans la littérature du SI., a la même forme que plusieurs constantes de l'électromagnétisme : pour la perméabilité du vide (ou constante magnétique), pour la permittivité du vide (ou constante électrique) et pour l'impédance caractéristique du vide. Dans la suite de cet article, seul est utilisé pour désigner la vitesse de la lumière dans le vide.

Histoire Avant l'époque moderne (grossièrement, de 1500 à 1800), des scientifiques et des philosophes proposent soit que la lumière se déplace instantanément soit à une vitesse finie très grande. Le premier enregistrement connu d'un effort dans ce sens remonte à la Grèce antique. Les Grecs anciens, les érudits musulmans puis les scientifiques européens de l'époque moderne ont longuement débattu sur ce sujet, jusqu'à ce que Ole Rømer fournisse la première preuve que la vitesse de la lumière est finie. La relativité restreinte d'Einstein, proposée en 1905 et vérifiée expérimentalement par la suite, permet de conclure que est constante, peu importe le référentiel où elle est mesurée. Au , des scientifiques ont continué à affiner la valeur de .

+Histoire succincte des mesures de en km/s<1638Galilée, lanternes masquéespas concluant.<1667Accademia del Cimento, lanternes masquées pas concluant..1675Rømer et Huygens, lune Io de Jupitererreur de ‒27 %1729James Bradley, aberration de la lumièreerreur de +0,40 %1849Hippolyte Fizeau, roue dentelée en rotationerreur de +5,1 %1862Léon Foucault, miroirs rotatifserreur de ‒0,60 %1907Rosa et Dorsey, constantes électromagnétiques et erreur de ‒280 ppm1926Albert Michelson, miroir rotatif.erreur de +12 ppm1950Essen et Gordon-Smith, cavité résonnante erreur de +0,14 ppm1958K. D. Froome, interférométrie radioerreur de +0,14 ppm1972Evenson et al., interférométrie lasererreur de ‒0,006 ppm198317 congrès de la CGPM, définition du mètreexact, par définition

Premières tentatives d'explications Empédocle (c. 490-430 av. J.-C.) est le premier à proposer une théorie de la lumière. et déclare que la lumière a une vitesse finie.. Il affirme que la lumière est quelque chose en mouvement, et doit donc prendre du temps pour voyager. Aristote, au contraire, argue que « la lumière est due à la présence de quelque chose, mais ce n'est pas un mouvement » (cliquer sur Historical background dans la table des matières). Euclide et Ptolémée reprennent la théorie de l'émission d'Empédocle, où la lumière provient de l'œil, ce qui permet de voir. En se basant sur cette théorie, Héron d'Alexandrie affirme que la vitesse de la lumière doit être infinie puisque l'on voit des objets distants, telles les étoiles, dès que l'on ouvre les yeux..

Les premiers philosophes islamiques acceptent dans un premier temps la vision aristotélicienne selon laquelle la lumière ne voyage pas. En 1021, Alhazen publie son Traité d'optique, où il présente un ensemble d'arguments contre la théorie de l'émission et en faveur de la théorie de l'intromission, c'est-à-dire que la lumière d'un objet entre dans l’œil.. Sa réflexion l'amène à proposer que la lumière doit voyager à une vitesse finie. et que cette vitesse peut changer selon le corps dans lequel elle se propage, étant plus lente dans les corps plus denses.. Il soutient que la lumière est une matière faite d'une substance solide, sa propagation exige donc du temps, même si nos sens ne peuvent le percevoir.. Également au , Al-Biruni soutient que la vitesse de la lumière est finie et mentionne qu'elle est nettement plus grande que celle du son..

Au , Roger Bacon argue que la vitesse de la lumière dans l'air n'est pas infinie, recourant à des arguments philosophiques qui s'appuient sur les travaux d'Alhazen et d'Aristote... Dans les années 1270, Vitellion étudie la possibilité que la lumière voyage à une vitesse infinie dans le vide, mais ralentit dans les corps plus denses..

Au début du , Johannes Kepler pense que la vitesse de la lumière est infinie puisque l'espace vide ne présente aucun obstacle à sa propagation. René Descartes argue que si la vitesse de la lumière est finie, le Soleil, la Terre et la Lune ne seraient pas parfaitement alignés lors d'une éclipse lunaire. Puisqu'un tel manque d'alignement n'a pas été observé, Descartes conclut que la vitesse de la lumière est infinie. Il spécule que si la vitesse de la lumière était finie, tout son système philosophique pourrait être réfuté. Lorsqu'il dérive les lois de Snell-Descartes, il accepte la contradiction que la lumière se déplace instantanément, alors que son système philosophique affirme que plus dense est le médium, plus rapide est la lumière.. Pierre de Fermat, qui soutient que la vitesse de la lumière est finie, dérive les mêmes lois en utilisant l'argument opposé que la lumière voyage moins vite dans les médiums plus denses..

Premières tentatives de mesures vignette|gauche|redresse=1.25|Schéma dessiné par Ole Rømer pour son étude de la vitesse de la lumière. Le Soleil est la figure près de la lettre A. La Terre suit l'orbite qui passe par les points E, F, G, H, L et K. Jupiter est représenté par le petit cercle identifié par la lettre B, alors que l'orbite de la lune Io passe par les points C et D. La zone d'ombre solaire de Jupiter est représentée par le rectangle grisé. Rømer a observé que la durée de l'occultation de Io changeait selon la position de la Terre. Il devait soit conclure que la période orbitale de Io changeait, soit que la vitesse de la lumière était finie.|alt=Schéma d'une planète orbitant autour du Soleil et d'une lune orbitant autour d'une autre planète. En 1629, Isaac Beeckman propose une expérience où une personne observe l'éclair d'un coup de canon réfléchi sur un miroir à une distance d'environ 1 mile (1,6 km). En 1638, Galilée propose une autre expérience, qu'il aurait réalisée quelques années plus tôt, pour mesurer en observant le délai entre l'exposition du hublot d'une lanterne allumée et de la détection de la lumière projetée à quelque distance de là. Il aurait été incapable de déterminer si est infinie ou pas. Il conclut que si elle n'est pas infinie, elle doit être très grande... En 1667, l’Accademia del Cimento de Florence rapporte avoir effectué l'expérience de Galilée, avec des lanternes distantes d'environ 1 mile. Aucun délai n'est observéPour cette distance, le délai serait d'environ 11 microsecondes..

Ole Rømer est, en 1676, le premier à tenter de mesurer . Connaissant la période orbitale de la lune Io de Jupiter, il détermine qu'elle raccourcit lorsque la Terre approche de Jupiter et qu'elle allonge lorsque la Terre s'éloigne de Jupiter. Il conclut que la lumière voyage à une vitesse finie ; il estime qu'elle prend à franchir le diamètre de l'orbite terrestre. Pour sa part, Christian Huygens combine cette durée avec une estimation du diamètre de l'orbite terrestre et calcule que égale .C'est-à-dire 26 % de moins que la valeur moderne..

Dans son livre Opticks de 1704, Isaac Newton rapporte les calculs de Rømer et affirme que la lumière franchit la distance séparant le Soleil de la Terre en « sept ou huit minutes » Le texte de la est identique dans les éditions de 1704 et de 1719.La valeur avancée au est .. En 1729, James Bradley découvre l'aberration stellaire. En s'appuyant sur cet effet, il détermine que égale la vitesse orbitale de la TerreAu , c'est . ou, de façon équivalente, qu'il faut à la lumière pour franchir la distance Soleil-Terre.

Lien avec l'électromagnétisme