La velocità della luce c nel vuoto non viene misurata. Ha un valore fisso esatto in unità standard. Secondo l'accordo internazionale del 1983, un metro è definito come la lunghezza del percorso percorso dalla luce nel vuoto in un tempo di 1/299792458 secondi. La velocità della luce è esattamente 299.792.458 m / s. Un pollice è definito come 2,54 centimetri. Pertanto, in unità non metriche, anche la velocità della luce ha un valore esatto. Una tale definizione ha senso solo perché la velocità della luce nel vuoto è costante e questo fatto deve essere confermato sperimentalmente (vedere La velocità della luce è costante?). È anche necessario determinare sperimentalmente la velocità della luce in mezzi come l'acqua e l'aria.
Fino al XVII secolo si credeva che la luce si diffondesse istantaneamente. Ciò è stato confermato dalle osservazioni dell'eclissi lunare. A una velocità della luce finita, dovrebbe esserci un ritardo tra la posizione della Terra rispetto alla Luna e la posizione dell'ombra della Terra sulla superficie della Luna, ma non è stato trovato tale ritardo. Ora sappiamo che la velocità della luce è troppo elevata per notare un ritardo. Galileo dubitava dell'infinità della velocità della luce. Ha proposto un modo per misurarlo chiudendo e aprendo una lanterna a diversi chilometri di distanza. Non è noto se abbia tentato di condurre un simile esperimento, ma a causa dell'altissima velocità della luce, la misurazione non ha potuto avere successo.
La prima misurazione riuscita di c fu effettuata da Olaf Roemer nel 1676. Ha notato che il tempo tra le eclissi dei satelliti di Giove è più breve quando la distanza dalla Terra a Giove diminuisce e più lungo quando questa distanza aumenta. Si rese conto che ciò è dovuto a un cambiamento nel tempo impiegato dalla luce per viaggiare da Giove alla Terra quando la distanza tra loro cambia. Ha calcolato che la velocità della luce è di 214.000 km / s. L'imprecisione è dovuta al fatto che le distanze tra i pianeti in quel momento non erano ancora ben definite.
Nel 1728, James Bradley stimò l'entità della velocità della luce osservando l'aberrazione delle stelle (un cambiamento nella posizione apparente di una stella causato dal movimento della Terra attorno al Sole). Ha osservato una delle stelle nella costellazione del Draco e ha scoperto che la sua posizione apparente cambia durante l'anno. Questo effetto funziona per tutte le stelle, al contrario del parallasse, che è più evidente per le stelle vicine. L'aberrazione è simile all'effetto del movimento sull'angolo di incidenza delle gocce di pioggia. Se sei in piedi e non c'è vento, le gocce cadono verticalmente sulla tua testa. Se corri, si scopre che la pioggia arriva ad angolo e ti colpisce il viso. Bradley ha misurato questo angolo per la luce delle stelle. Conoscendo la velocità del movimento della Terra attorno al Sole, ha determinato che la velocità della luce è di 301.000 km / s.
La prima misurazione di c sulla Terra fu effettuata da Armand Fizeau nel 1849. Ha usato il riflesso della luce da uno specchio a 8 km di distanza. Un raggio di luce è passato attraverso uno spazio tra i denti di una ruota in rapida rotazione. La velocità di rotazione è stata aumentata finché il raggio riflesso non è diventato visibile nello spazio successivo. Il valore calcolato di c è risultato essere di 315.000 km / s. Un anno dopo, Leon Foucault ha migliorato questo metodo utilizzando uno specchio rotante e ha ottenuto un valore molto più preciso di 298.000 km / s. Il metodo migliorato è stato sufficientemente accurato da determinare che la velocità della luce nell'acqua è più lenta che nell'aria.
Dopo che Maxwell pubblicò la sua teoria dell'elettromagnetismo, divenne possibile determinare la velocità della luce indirettamente dai valori della permeabilità magnetica ed elettrica. Weber e Kohlrausch furono i primi a farlo nel 1857. Nel 1907, Rose e Dorsey hanno raggiunto 299.788 km / s allo stesso modo. A quel tempo, questo era il valore più accurato.
Successivamente, sono state applicate misure aggiuntive per migliorare la precisione. Ad esempio, è stato preso in considerazione l'indice di rifrazione della luce nell'aria. Nel 1958 Froome ottenne un valore di 299792,5 km / s utilizzando un interferometro a microonde e un otturatore elettro-ottico Kerr. Dopo il 1970, sono diventate possibili misurazioni ancora più precise con l'uso di un laser altamente stabile e un orologio al cesio di precisione. Fino a quel momento, la precisione del misuratore standard era superiore alla precisione della misurazione della velocità della luce. E ora la velocità della luce divenne nota con una precisione di più o meno 1 m / s. Ora è più pratico utilizzare la velocità della luce per determinare il contatore. Lo standard della distanza di 1 metro viene ora determinato utilizzando un orologio atomico e un laser.
La tabella mostra le fasi principali della misurazione della velocità della luce (Froome ed Essen):
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| Data | autori | Metodo | km / s | Errore |
|---|---|---|---|---|
| 1676 | Olaus Roemer | Lune di Giove | 214.000 | |
| 1726 | James bradley | Aberrazione delle stelle | 301.000 | |
| 1849 | Armand fizeau | Ingranaggio | 315.000 | |
| 1862 | Leon foucault | Specchio rotante | 298.000 | ± 500 |
| 1879 | Albert michelson | Specchio rotante | 299.910 | ± 50 |
| 1907 | Rosa, Dorsay | Costanti EM | 299 788 | ± 30 |
| 1926 | Albert michelson | Specchio rotante | 299 796 | ± 4 |
| 1947 | Essen, Gorden-Smith | Risonatore risonante | 299 792 | ± 3 |
| 1958 | KDFroome | Interferometro radio | 299 792.5 | ± 0,1 |
| 1973 | Evanson et al | Interferometro laser | 299 792.4574 | ± 0,001 |
| 1983 | CGPM | Valore accettato | 299 792.458 | 0 |
