A velocidade da luz c no vácuo não é medida. Ele tem um valor fixo exato em unidades padrão. De acordo com o acordo internacional de 1983, um metro é definido como o comprimento do caminho percorrido pela luz no vácuo em um tempo de 1/299792458 segundos. A velocidade da luz é exatamente 299.792.458 m / s. Uma polegada é definida como 2,54 centímetros. Portanto, em unidades não métricas, a velocidade da luz também tem um valor exato. Tal definição só faz sentido porque a velocidade da luz no vácuo é constante, e esse fato deve ser confirmado experimentalmente (consulte A velocidade da luz é constante?). Também é necessário determinar experimentalmente a velocidade da luz em meios como a água e o ar.
Até o século XVII, acreditava-se que a luz se espalhava instantaneamente. Isso foi confirmado por observações do eclipse lunar. A uma velocidade finita da luz, deve haver um atraso entre a posição da Terra em relação à Lua e a posição da sombra da Terra na superfície da Lua, mas esse atraso não foi encontrado. Agora sabemos que a velocidade da luz é muito rápida para notar um atraso. Galileu duvidou da infinidade da velocidade da luz. Ele propôs uma maneira de medi-lo fechando e abrindo uma lanterna a vários quilômetros de distância. Não se sabe se ele tentou tal experimento, mas devido à alta velocidade da luz, a medição não teve sucesso.
A primeira medição bem-sucedida de c foi feita por Olaf Roemer em 1676. Ele notou que o tempo entre os eclipses dos satélites de Júpiter é menor quando a distância da Terra a Júpiter diminui, e maior quando essa distância aumenta. Ele percebeu que isso se deve a uma mudança no tempo que a luz leva para viajar de Júpiter à Terra, conforme a distância entre eles muda. Ele calculou que a velocidade da luz é 214.000 km / s. A imprecisão se deve ao fato de que as distâncias entre os planetas naquela época ainda não estavam bem definidas.
Em 1728, James Bradley estimou a magnitude da velocidade da luz observando a aberração das estrelas (uma mudança na posição aparente de uma estrela causada pelo movimento da Terra em torno do Sol). Ele observou uma das estrelas na constelação de Draco e descobriu que sua posição aparente muda ao longo do ano. Este efeito funciona para todas as estrelas, ao contrário da paralaxe, que é mais perceptível para estrelas próximas. A aberração é semelhante ao efeito do movimento no ângulo de incidência das gotas de chuva. Se você estiver de pé e não houver vento, as gotas cairão verticalmente sobre sua cabeça. Se você correr, a chuva cai em um ângulo e atinge seu rosto. Bradley mediu este ângulo para a luz das estrelas. Conhecendo a velocidade do movimento da Terra em torno do Sol, ele determinou que a velocidade da luz é 301.000 km / s.
A primeira medição de c na Terra foi feita por Armand Fizeau em 1849. Ele usou o reflexo da luz de um espelho a 8 km de distância. Um feixe de luz passou por uma lacuna entre os dentes de uma roda que girava rapidamente. A velocidade de rotação foi aumentada até que o feixe refletido se tornasse visível na próxima lacuna. O valor calculado de c acabou sendo 315.000 km / s. Um ano depois, Leon Foucault aprimorou este método usando um espelho giratório e obteve um valor muito mais preciso de 298.000 km / s. O método aprimorado foi preciso o suficiente para determinar que a velocidade da luz na água é mais lenta do que no ar.
Depois que Maxwell publicou sua teoria do eletromagnetismo, tornou-se possível determinar a velocidade da luz indiretamente a partir dos valores da permeabilidade magnética e elétrica. Weber e Kohlrausch foram os primeiros a fazer isso em 1857. Em 1907, Rose e Dorsey conseguiram 299.788 km / s da mesma forma. Na época, esse era o valor mais preciso.
Posteriormente, medidas adicionais foram aplicadas para melhorar a precisão. Por exemplo, o índice de refração da luz no ar foi levado em consideração. Em 1958, Froome obteve um valor de 299792,5 km / s usando um interferômetro de microondas e um obturador eletro-óptico Kerr. Após 1970, medições ainda mais precisas tornaram-se possíveis com o uso de um laser altamente estável e um relógio de césio de precisão. Até então, a precisão do medidor padrão era maior do que a precisão de medir a velocidade da luz. E agora a velocidade da luz se tornou conhecida com uma precisão de mais ou menos 1 m / s. Agora é mais prático usar a velocidade da luz para determinar o metro. O padrão de distância de 1 metro agora está sendo determinado usando um relógio atômico e um laser.
A tabela mostra os principais estágios de medição da velocidade da luz (Froome e Essen):
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| encontro | Autores | Método | km / s | Erro |
|---|---|---|---|---|
| 1676 | Olaus Roemer | Luas de Júpiter | 214.000 | |
| 1726 | James Bradley | Aberração das estrelas | 301.000 | |
| 1849 | Armand fizeau | Engrenagem | 315.000 | |
| 1862 | Leon foucault | Espelho giratório | 298.000 | ± 500 |
| 1879 | Albert michelson | Espelho giratório | 299.910 | ± 50 |
| 1907 | Rosa, Dorsay | Constantes EM | 299 788 | ± 30 |
| 1926 | Albert michelson | Espelho giratório | 299 796 | ± 4 |
| 1947 | Essen, Gorden-Smith | Ressonador ressonante | 299 792 | ± 3 |
| 1958 | KDFroome | Interferômetro de rádio | 299 792,5 | ± 0,1 |
| 1973 | Evanson et al | Interferômetro laser | 299 792,4574 | ± 0,001 |
| 1983 | CGPM | Valor aceito | 299 792.458 | 0 |
