thumb|center|720px|Simularea propagării unei raze luminoase de la Pământ la Lună, aflate la aproximativ 384 400 km, proces care durează circa 1,282 secunde.
Viteza luminii în vid este o importantă constantă fizică universală; conform cunoștințelor existente, este viteza de propagare a luminii în vid - independent de parametrii fizici ai luminii cum sunt: culoarea, intensitatea, direcția, polarizarea sau durata propagării. Această caracteristică este proprie nu numai luminii din spectrul vizibil, ea este valabilă tuturor radiațiilor de natură electromagnetică cum sunt: undele radio, lumina infraroșie și ultravioletă, radiațiile X și Gamma. Viteza luminii în vid, conform teoriei relativității restrânseZur Elektrodynamik bewegter Körper( Asupra electrodinamicii corpurilor în mișcare), publicație originală a lui Einstein în limba germană, Annalen der Physik, Berna 1905 a lui Einstein reprezintă valoarea limită a vitezei pe care o poate atinge un corp, indiferent de mediul în care se propagă. Valoarea sa, exprimată în unități din Sistemul Internațional, este de 299 792 458 m/s (metri pe secundă). Determinări experimentale de mare precizie au demonstrat stabilitatea foarte mare a valorii vitezei luminii în vid: măsurătorile de laborator au arătat că variația vitezei de propagare pentru raze de lumină de culori (lungimi de undă) diferite se încadrează într-o abatere de valori ce reprezintă unu la a 1014-a parte din valoarea determinată.See Figure 6 in
Deși simbolul vitezei în fizică este „v,” pentru viteza luminii în vid se folosește un simbol consacrat, litera minusculă „c”, mai rar „c0”, de la cuvântul latinesc celeritas (viteză)online-Dictionar Latin-Român-.
Lumina se propagă cu viteză atât de mare încât nici un fapt empiric comun nu permite evaluarea sa pe cale obișnuită; de-a lungul istoriei au existat polemici științifice și filozofice privind caracterul finit sau infinit al vitezei ei. Viteza de propagare a luminii este de milioane de ori mai mare decât a sunetului, poate înconjura Pământul de aproximativ 7 ori în decursul unei secunde, parcurge distanța de la Pământ la Lună în mai puțin de 1,3 secunde. Pentru a fi posibilă măsurarea cu suficientă precizie a valorii vitezei luminii a fost nevoie de tehnici speciale care au evoluat odată cu dezvoltarea diferitelor ramuri ale fizicii. Prima determinare experimentală a valorii vitezei luminii, după nenumărate încercări eșuate a fost făcută de către Ole Rømer în anul 1676. Începând cu secolul al XX-lea performanțele determinărilor experimentale s-au îmbunătățit atât de mult încât au permis cunoașterea valorii ei cu o eroare relativă de 3,34 x 10–7 %; această precizie, extrem de mare a condus la redefinirea etalonului unității de lungime, metrul, printr-o nouă definiție, bazată pe „valoarea exactă” a vitezei luminii în vid adoptată prin convenție.
Valoarea vitezei de propagare a luminii în orice mediu material transparent este mai mică decât valoarea vitezei luminii în vid. Ea depinde de caracteristicile electrice și magnetice ale mediului în care se deplasează și nu se modifică pentru un mediu material transparent, omogen și izotrop. La trecerea luminii dintr-un mediu transparent, omogen și izotrop într-un alt mediu are loc modificarea vitezei, concomitent cu schimbarea direcției de propagare, fenomen cunoscut în optica geometrică sub denumirea de refracție.
Conform teoriilor actuale, general acceptate, viteza luminii în vid este cea mai mare viteză posibilă din univers. Totuși, în alte medii decât în vid lumina are o viteză mai redusă, putând fi depășită de viteza unei particule încărcate electric, așa cum se întâmplă de exemplu în cadrul efectului Cerenkov.
Valoarea exactă a vitezei luminii Valoarea vitezei luminii în vid exprimată în diverse unități de măsură metru pe secundă 299 792 458 (exactă) kilometru pe oră 1 079 252 848,8(exactă) milă pe oră ≈ 670 616 629,3844 milă pe secundă ≈ 186 282,3970512Durata parcurgerii în vid a unor distanțe de către un semnal luminos Un metru 3,30 nanosecunde Un picior 1,00 nanosecunde Un km 3,30 microsecunde O milă 5,4 microsecunde Lungimea ecuatorului Pământului 0,13 secunde De la Pământ la Lună 1,282 secunde De la Soare la Pământ 8,28 minute Un parsec 3,26 ani De la Alpha Centauri la Pământ 4,4 ani Diametrul galaxiei noastre 100 000 de ani De la galaxia Andromeda la Pământ 2,5 milioane de ani De la un capăt la celălalt capăt al Universului cel puțin 156 miliarde de ani
Determinările cantitative ale valorii vitezei luminii au devenit de-a lungul timpului din ce în ce mai precise, odată cu perfecționarea metodelor și dispozitivelor experimentale. Începând din anii 1940, toate măsurătorile efectuate au avut o eroare relativă de măsurare sub 0,005 %. Rezultatele măsurătorilor ulterioare convergeau spre valoarea de 299 792 450 m/s. Cunoașterea valorii cu o precizie atât de mare a ridicat problema redefinirii etalonului pentru unitatea de lungime. Fizicianul maghiar Zoltán Bay propune în 1965 înlocuirea etalonului unității de lungime cu un etalon bazat pe definiția unității de timp și valoarea vitezei luminii. El a motivat propunerea pe baza studiilor sale legate de stabilitatea și precizia de măsurare a vitezei luminii. În anul 1983, al XVII-lea Congres Internațional pentru Greutăți și Măsuri, ținut la Paris, a adoptat o nouă definiție pentru metru și anume:
Metrul este lungimea drumului parcurs de lumină în vid în timp de 1/299 792 458 dintr-o secundă.17-è Conférence Générale des Poids et Mesures (1983), Résolution 1SI, op. cit., p.19
Valoarea utilizată în această definiție pentru durată se baza pe cea mai precisă determinare a valorii vitezei luminii la acea dată, efectuată în cadrul laboratoarelor NBS. Cu această definiție, valoarea vitezei luminii devenea „exactă”, în sensul că ea rezultă din calculul bazat pe definiția metrului și a secundei. International Bureau of Weights and Measures (2006), The International System of Units (SI) (8th ed.), p. 112, ISBN 92-822-2213-6
Cu alte cuvinte, valoarea aproximativă a vitezei luminii în vid este de trei sute de mii de kilometri pe secundă sau un miliard de kilometri pe oră.
Viteza luminii în orice alt mediu decât vidul este mai mică decât c. Factorul de micșorare a vitezei luminii este egal cu indicele de refracție al mediului respectiv. Anumite experimente au reușit încetinirea vitezei luminii până la 17 m/sNature, International Weekly Journal of Science - Light speed reduction to 17 metres per second in an ultracold atomic gas
Deși considerată a fi viteza limită superioară în acest Univers în care trăim, conform fizicii pe care o știm, totuși călătoria cu viteze superioare vitezei luminii este o temă preferată în literatura științifico-fantastică și nu numai în aceasta. Există teorii în fizica modernă care afirmă că viteze superluminice sunt posibile, precum particula ipotetică numită tahion, a cărei existență nu a fost dovedită. Există de asemenea o serie de experimente în care viteza luminii este aparent depășită, dar la o analiză atentă se poate dovedi că în respectivele experimente nici materia nici informația nu s-au deplasat mai repede decât luminaMeasurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beamHotNews.ro - Albert Einstein a avut dreptate, recunosc cercetătorii care anunțaseră că neutrinii ar putea avea o viteză mai mare decât lumina.
Viteza luminii în teoria electromagnetismului
Permitivitatea electrică a vidului () depinde de c și este definită în unități de măsură al SI prin:
Permeabilitatea magnetică a vidului () nu depinde de c și este definită în unități de măsură al SI prin:
.
Viteza de propagare a luminii într-un mediu material transparent este dată de relația: . Prin raportarea lui la , se găsește relația de dependență a indicelui de refracție al mediului de permitivitatea electrică relativă și permeabilitatea magnetică relativă: .
Evoluția istorică a concepției asupra caracterului finit sau infinit al vitezei luminii
+ Anul (epoca) Autorul Caracterul vitezei luminii450 v. Chr. Empedocle finit350 v. Chr. Aristotel infinit100 Heron din Alexandria infinit1000 Avicenna/Alhazen finit1350 Sayana finit1600 Johannes Kepler infinit1620 René Descartes infinit1620 Galileo Galilei finit
Măsurători ale vitezei luminii Lumina se propagă cu o viteză atât de mare încât nici o experiență obișnuită din viața de toate zilele nu sugerează ideea că semnalele luminoase nu se propagă cu viteză infinită. Din cele mai vechi timpuri, intuiția oamenilor a condus la ideea că lumina se propagă instantaneu. Totuși, odată cu dezvoltarea metodelor de măsurare și apariția unor noi modele ce descriau natura, în epoca renașterii se punea tot mai frecvent întrebarea: „cât de repede se propagă lumina?”. Galileo Galilei a fost cel care a ridicat cel mai tranșant această problemă, în prima jumătate a secolului al XVII-lea, a încercat să determine viteza luminii, mai întâi pe cale experimentală (în jurul anului 1620), apoi a teoretizat problema metodei de determinare. În lucrarea sa fundamentală „Dialogo dei massimi sistemi del mondo” (Dialog despre cele două sisteme principale ale lumii), apărută pentru prima oară la Florența în anul 1632, și publicată șase ani mai târziu în Olanda, scrisă sub forma unui dialog imaginar dintre trei persoane fictive care se numesc Sagredo, Salviati și Simplicio, descrie următorul raționament sub forma unei discuții: Simplicio: Experiența de toate zilele ne arată că lumina se propagă instantaneu: când vedem o salvă de artilerie, la distanță mare, lumina ajunge la ochii noștri fără a pierde nici un timp; dar sunetul ajunge la urechile noastre cu o întârziere simțitoare. Sagredo: Bine, Simplicio, dar unicul lucru care eu pot să-l afirm din această experiență familiară este că sunetul ce ajunge la urechea noastră merge mult mai încet decât lumina; ea nu ne spune în nici un fel dacă lumina se propagă instantaneu sau dacă ea necesită totuși un timp, cu toate că ea se propagă extrem de rapid.....Galileo Galilei: Dialog despre cele două sisteme principale ale lumii, traducere din limba italiană, Editura Științifică, București, 1962, pag.78
În fragmentul de mai sus, părerea lui Simplicio întruchipează convingerea multiseculară a oamenilor, bazată pe experiența cotidiană, potrivit căreia lumina se propagă cu viteză infinită, Sagredo, care evident îl reprezintă pe Galilei, apărător al ideii verificării teoriei pe cale experimentală, descrie în continuare o experiență simplă prin care se poate măsura viteza luminii. Experimentul imaginar din cartea lui Galilei a fost efectuată de autor împreună cu un asistent al său cu aproximativ 12 ani în urmă și este cunoscută ca „metoda lanternei și paravanului”.J. H. Push, Viteza luminii, articol în Scientific American, p. 67, august 1955.
Experiența lui Galilei („metoda lanternei și paravanului”)