No se mide la velocidad de la luz c en el vacío. Tiene un valor fijo exacto en unidades estándar. Según el acuerdo internacional de 1983, un metro se define como la longitud del camino recorrido por la luz en el vacío en un tiempo de 1/299792458 segundos. La velocidad de la luz es exactamente 299,792,458 m / s. Una pulgada se define como 2,54 centímetros. Por lo tanto, en unidades no métricas, la velocidad de la luz también tiene un valor exacto. Tal definición tiene sentido solo porque la velocidad de la luz en el vacío es constante, y este hecho debe confirmarse experimentalmente (ver ¿Es constante la velocidad de la luz?). También es necesario determinar experimentalmente la velocidad de la luz en medios como el agua y el aire.
Hasta el siglo XVII, se creía que la luz se propagaba instantáneamente. Esto fue confirmado por las observaciones del eclipse lunar. A una velocidad finita de la luz, debería haber un retraso entre la posición de la Tierra en relación con la Luna y la posición de la sombra de la Tierra en la superficie de la Luna, pero no se encontró tal retraso. Ahora sabemos que la velocidad de la luz es demasiado rápida para notar un retraso. Galileo dudaba de la infinitud de la velocidad de la luz. Propuso una forma de medirlo cerrando y abriendo una linterna a varios kilómetros de distancia. No se sabe si intentó un experimento de este tipo, pero debido a la muy alta velocidad de la luz, la medición no pudo ser exitosa.
Olaf Roemer realizó la primera medición exitosa de c en 1676. Notó que el tiempo entre eclipses de los satélites de Júpiter es más corto cuando la distancia de la Tierra a Júpiter disminuye, y más largo cuando esta distancia aumenta. Se dio cuenta de que esto se debe a un cambio en el tiempo que tarda la luz en viajar desde Júpiter a la Tierra a medida que cambia la distancia entre ellos. Calculó que la velocidad de la luz es de 214.000 km / s. La inexactitud se debe al hecho de que las distancias entre los planetas en ese momento aún no estaban bien definidas.
En 1728, James Bradley estimó la magnitud de la velocidad de la luz observando la aberración de las estrellas (un cambio en la posición aparente de una estrella provocado por el movimiento de la Tierra alrededor del Sol). Observó una de las estrellas en la constelación de Draco y descubrió que su posición aparente cambia a lo largo del año. Este efecto funciona para todas las estrellas, a diferencia del paralaje, que es más notable para las estrellas cercanas. La aberración es similar al efecto del movimiento sobre el ángulo de incidencia de las gotas de lluvia. Si está de pie y no hay viento, las gotas caen verticalmente sobre su cabeza. Si corres, resulta que la lluvia llega en ángulo y golpea tu cara. Bradley midió este ángulo para la luz de las estrellas. Conociendo la velocidad del movimiento de la Tierra alrededor del Sol, determinó que la velocidad de la luz es de 301.000 km / s.
norte
La primera medición de c en la Tierra fue realizada por Armand Fizeau en 1849. Usó el reflejo de la luz de un espejo a 8 km de distancia. Un rayo de luz atravesó un espacio entre los dientes de una rueda que giraba rápidamente. La velocidad de rotación se incrementó hasta que el haz reflejado se hizo visible en el siguiente espacio. El valor calculado de c resultó ser 315.000 km / s. Un año después, Leon Foucault mejoró este método utilizando un espejo giratorio y obtuvo un valor mucho más preciso de 298.000 km / s. El método mejorado fue lo suficientemente preciso como para determinar que la velocidad de la luz en el agua es más lenta que en el aire.
Después de que Maxwell publicó su teoría del electromagnetismo, fue posible determinar la velocidad de la luz indirectamente a partir de los valores de la permeabilidad magnética y eléctrica. Weber y Kohlrausch fueron los primeros en hacer esto en 1857. En 1907, Rose y Dorsey obtuvieron 299,788 km / s de la misma manera. En ese momento, este era el valor más exacto.
Posteriormente, se aplicaron medidas adicionales para mejorar la precisión. Por ejemplo, se tuvo en cuenta el índice de refracción de la luz en el aire. En 1958, Froome obtuvo un valor de 299792,5 km / s utilizando un interferómetro de microondas y un obturador electroóptico Kerr. Después de 1970, se hicieron posibles mediciones aún más precisas con el uso de un láser altamente estable y un reloj de cesio de precisión. Hasta ese momento, la precisión del medidor estándar era mayor que la precisión de medir la velocidad de la luz. Y ahora se conoció la velocidad de la luz con una precisión de más o menos 1 m / s. Ahora es más práctico utilizar la velocidad de la luz para determinar el medidor. El estándar de 1 metro de distancia se está determinando ahora utilizando un reloj atómico y un láser.
La tabla muestra las principales etapas de la medición de la velocidad de la luz (Froome y Essen):
Video promocional:
| fecha | Autores | Método | km / s | Error |
|---|---|---|---|---|
| 1676 | Olaus Roemer | Lunas de Júpiter | 214.000 | |
| 1726 | James Bradley | Aberración de las estrellas | 301.000 | |
| 1849 | Armand fizeau | Engranaje | 315.000 | |
| 1862 | León foucault | Espejo giratorio | 298.000 | ± 500 |
| 1879 | Albert michelson | Espejo giratorio | 299,910 | ± 50 |
| 1907 | Rosa, Dorsay | Constantes EM | 299 788 | ± 30 |
| 1926 | Albert michelson | Espejo giratorio | 299 796 | ± 4 |
| 1947 | Essen, Gorden-Smith | Resonador resonante | 299 792 | ± 3 |
| 1958 | KDFroome | Interferómetro de radio | 299 792,5 | ± 0,1 |
| 1973 | Evanson y col. | Interferómetro láser | 299 792.4574 | ± 0,001 |
| 1983 | CGPM | Valor aceptado | 299 792,458 | 0 |
