سرعة الضوء

سرعة الضوء

في المتوسط، يستغرق ضوء الشمس 8  دقائق و17  ثانية للسفر من الشمس إلى الأرض .
القيمة الدقيقة
متر في الثانية	299 792 458
القيم التقريبية (حتى ثلاثة أرقام مهمة)
كيلومتر في الساعة	1 080 000 000
ميل في الثانية	186000​
ميل في الساعة [1]	671 000 000
وحدات فلكية في اليوم	173 [ملاحظة 1]
فرسخ فلكي في السنة	0.307 [ملاحظة 2]
أوقات السفر التقريبية لإشارات الضوء
مسافة	وقت
قدم واحدة	1.0 نانوثانية
متر واحد	3.3 نانوثانية
من مدار ثابت إلى الأرض	119 مللي ثانية
طول خط استواء الأرض	134 مللي ثانية
من القمر إلى الأرض	1.3 ثانية
من الشمس إلى الأرض (1  وحدة فلكية )	8.3 دقيقة
سنة ضوئية واحدة	1.0 سنة
فرسخ فلكي واحد	3.26 سنة
من أقرب نجم إلى الشمس (1.3  قطعة )	4.2 سنة
من أقرب مجرة ​​إلى الأرض	70000  سنة​
عبر مجرة ​​درب التبانة	87400  سنة​
من مجرة ​​أندروميدا إلى الأرض	2.5 مليون سنة

النسبية الخاصة
مبدأ النسبية نظرية النسبية تركيبات
الأسس فرضيات أينشتاين الإطار المرجعي بالقصور الذاتي سرعة الضوء معادلات ماكسويل تحويلات لورنتز
عواقب تمدد الزمن انكماش الطول الكتلة النسبية تكافؤ الكتلة والطاقة نسبية التزامن تأثير دوبلر النسبي تقدم توماس القرص النسبي مفارقة سفينة الفضاء بيل مفارقة إيرنفست
الزمكان زمكان مينكوفسكي مخطط الزمكان خط العالم مخروط الضوء
ديناميكيات الوقت المناسب الكتلة المناسبة أربعة زخم
تاريخ السلائف النسبية الجليلية التحول الجليلي نظريات الأثير
الناس اينشتاين سومرفيلد ميشلسون مورلي فيتزجيرالد هيرجلوتز لورنتز بوانكاريه مينكوفسكي فيزو إبراهيم وُلِدّ بلانك فون لاوي إيرينفيست تولمان ديراك
بوابة الفيزياء  فئة
ف ت هـ

سرعة الضوء في الفراغ ، والتي يشار إليها عادة بالرمز c ، هي ثابت فيزيائي عالمي يساوي بالضبط 299,792,458 مترًا في الثانية (أي ما يعادل تقريبًا 300,000 كيلومتر في الثانية؛ 186,000 ميل في الثانية؛ 671 مليون ميل في الساعة). ^{[ملاحظة 3]} وفقًا لنظرية النسبية الخاصة ، فإن c هو الحد الأقصى للسرعة التي يمكن بها للمادة أو الطاقة التقليدية (وبالتالي أي إشارة تحمل معلومات ) أن تنتقل عبر الفضاء . ^{[4] [5] [6]}

تنتقل جميع أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي ، بما في ذلك الضوء المرئي ، بسرعة الضوء. ولأغراض عملية عديدة، يبدو أن الضوء والموجات الكهرومغناطيسية الأخرى تنتشر على الفور، ولكن بالنسبة للمسافات الطويلة والقياسات الحساسة للغاية، فإن سرعتها المحدودة لها تأثيرات ملحوظة. إن الكثير من ضوء النجوم الذي نراه على الأرض هو من الماضي البعيد، مما يسمح للبشر بدراسة تاريخ الكون من خلال مشاهدة الأجسام البعيدة. عند التواصل مع مسبارات الفضاء البعيدة ، قد يستغرق الأمر دقائق إلى ساعات حتى تنتقل الإشارات. في الحوسبة ، تحدد سرعة الضوء الحد الأدنى لتأخير الاتصال . يمكن استخدام سرعة الضوء في قياسات وقت الرحلة لقياس مسافات كبيرة بدقة عالية للغاية.

أثبت أولي رومر لأول مرة في عام 1676 أن الضوء لا ينتقل بشكل لحظي من خلال دراسة الحركة الظاهرية لقمر المشتري إيو . وجاءت قياسات أكثر دقة لسرعته تدريجيًا على مدى القرون التالية. في ورقة بحثية نُشرت عام 1865، اقترح جيمس كليرك ماكسويل أن الضوء عبارة عن موجة كهرومغناطيسية ، وبالتالي، ينتقل بسرعة c . ^[7] في عام 1905، افترض ألبرت أينشتاين أن سرعة الضوء c فيما يتعلق بأي إطار مرجعي بالقصور الذاتي ثابتة ولا تعتمد على حركة مصدر الضوء. ^[8] استكشف عواقب هذا الافتراض من خلال استنباط نظرية النسبية ، وبذلك أظهر أن المعلمة c لها أهمية خارج سياق الضوء والكهرومغناطيسية.

تتحرك الجسيمات عديمة الكتلة واضطرابات المجال ، مثل الموجات الثقالية ، أيضًا بسرعة c في الفراغ. تنتقل مثل هذه الجسيمات والموجات بسرعة c بغض النظر عن حركة المصدر أو الإطار المرجعي بالقصور الذاتي للمراقب . يمكن تسريع الجسيمات ذات الكتلة الساكنة غير الصفرية للاقتراب من c ولكن لا يمكنها أبدًا الوصول إليها، بغض النظر عن الإطار المرجعي الذي يتم فيه قياس سرعتها. في نظرية النسبية ، ترتبط c بالزمان والمكان وتظهر في تكافؤ الكتلة والطاقة الشهير ، E = mc ^{2. [9} ]

في بعض الحالات، قد يبدو أن الأجسام أو الموجات تتحرك بسرعة أكبر من الضوء (على سبيل المثال، سرعات الطور للموجات، وظهور بعض الأجسام الفلكية عالية السرعة ، وتأثيرات كمية معينة ). ومن المفهوم أن توسع الكون يتجاوز سرعة الضوء إلى ما بعد حدود معينة .

السرعة التي ينتشر بها الضوء عبر المواد الشفافة ، مثل الزجاج أو الهواء، أقل من c ؛ وبالمثل، تكون سرعة الموجات الكهرومغناطيسية في الكابلات السلكية أبطأ من c . تسمى النسبة بين c والسرعة v التي ينتقل بها الضوء في مادة ما معامل الانكسار n للمادة ( n = ⁠ج/فعلى سبيل المثال ، بالنسبة للضوء المرئي، يكون معامل الانكسار للزجاج عادةً حوالي 1.5، مما يعني أن الضوء في الزجاج ينتقل بسرعةج/1.5⁠ ≈ 200000 كم /  ثانية ( 124000 ميل /  ثانية) ؛ معامل الانكسار للهواء للضوء المرئي هو حوالي 1.0003، وبالتالي فإن سرعة الضوء في الهواء أبطأ من c بحوالي 90 كم/ثانية (56 ميل/ثانية) .

سرعة الضوء في الفراغ عادة ما يشار إليها بالحرف الصغير c ، لـ "الثابت" أو اللاتينية celeritas (بمعنى "السرعة، النشوة"). في عام 1856، استخدم فيلهلم إدوارد فيبر ورودولف كولراوش c لثابت مختلف ثبت لاحقًا أنه يساوي √ 2 أضعاف سرعة الضوء في الفراغ. تاريخيًا، تم استخدام الرمز V كرمز بديل لسرعة الضوء، قدمه جيمس كليرك ماكسويل في عام 1865. في عام 1894، أعاد بول درود تعريف c بمعناها الحديث. استخدم أينشتاين V في أوراقه الأصلية باللغة الألمانية حول النسبية الخاصة في عام 1905، ولكن في عام 1907 تحول إلى c ، والذي أصبح بحلول ذلك الوقت الرمز القياسي لسرعة الضوء. ^{[10] [11]}

في بعض الأحيان، يتم استخدام c لسرعة الموجات في أي وسط مادي، و c ₀ لسرعة الضوء في الفراغ. ^[12] هذا الترميز المكتوب بالأسفل، والذي تم اعتماده في الأدبيات الرسمية للنظام الدولي للوحدات، ^[13] له نفس شكل الثوابت الكهرومغناطيسية ذات الصلة: أي μ ₀ لنفاذية الفراغ أو الثابت المغناطيسي، و ε ₀ لنفاذية الفراغ أو الثابت الكهربائي، و Z ₀ لمقاومة الفضاء الحر . تستخدم هذه المقالة c حصريًا لسرعة الضوء في الفراغ.

منذ عام 1983، تم تعريف الثابت c في النظام الدولي للوحدات (SI) على أنه بالضبط 299 792 458  م/ث ؛ تُستخدم هذه العلاقة لتحديد المتر باعتباره المسافة التي يقطعها الضوء بالضبط في الفراغ في 1 ⁄299 792 458 ثانية. وباستخدام قيمة c ، بالإضافة إلى قياس دقيق للثانية،يمكننابالتالي تحديد معيار للمتر.^[14]وباعتبارهاثابتًا فيزيائيًا بعديًا، فإن القيمة العددية لـ c تختلف باختلاف أنظمة الوحدات. على سبيل المثال، فيالوحدات الإمبراطورية، تكون سرعة الضوء تقريبًا186 282 ميلاً في الثانية، ^{[ملاحظة 4]} أو ما يقرب من قدم واحدة لكل نانوثانية. ^{[ملاحظة 5] [15] [16]}

في فروع الفيزياء التي يظهر فيها c كثيرًا ، مثل النسبية، من الشائع استخدام أنظمة وحدات القياس الطبيعية أو نظام الوحدات الهندسية حيث c = 1. ^{[17] [18]} باستخدام هذه الوحدات، لا تظهر c صراحةً لأن الضرب أو القسمة على 1 لا يؤثر على النتيجة. لا تزال  وحدتها الثانية الضوئية في الثانية ذات صلة، حتى لو تم حذفها.

السرعة التي تنتشر بها موجات الضوء في الفراغ مستقلة عن كل من حركة مصدر الموجة والإطار المرجعي بالقصور الذاتي للمراقب. ^{[ملاحظة 6]} افترض أينشتاين هذا الثبات لسرعة الضوء في عام 1905، ^[8] بعد أن حفزته نظرية ماكسويل في الكهرومغناطيسية ونقص الأدلة على الحركة ضد الأثير المضيء . ^[19] ومنذ ذلك الحين تم تأكيده باستمرار من خلال العديد من التجارب. ^{[ملاحظة 7]} من الممكن فقط التحقق تجريبياً من أن سرعة الضوء في الاتجاهين (على سبيل المثال، من مصدر إلى مرآة والعودة مرة أخرى) مستقلة عن الإطار، لأنه من المستحيل قياس سرعة الضوء في اتجاه واحد (على سبيل المثال، من مصدر إلى كاشف بعيد) دون بعض الاتفاقيات حول كيفية مزامنة الساعات عند المصدر والكاشف. ^{[20] [21]}

من خلال تبني مزامنة أينشتاين للساعات، تصبح سرعة الضوء في اتجاه واحد مساوية لسرعة الضوء في الاتجاهين بحكم التعريف. ^{[20] [21]} تستكشف نظرية النسبية الخاصة عواقب هذا الثبات لـ c بافتراض أن قوانين الفيزياء هي نفسها في جميع الأطر المرجعية بالقصور الذاتي. ^{[22] [23]} إحدى العواقب هي أن c هي السرعة التي يجب أن تنتقل بها جميع الجسيمات والموجات عديمة الكتلة، بما في ذلك الضوء، في الفراغ. ^{[24] [ملاحظة 8]}

للنسبية الخاصة العديد من الآثار التي تخالف البديهة والمثبتة تجريبياً. ^[26] وتشمل هذه التكافؤ بين الكتلة والطاقة ( E = mc ² ) ، وانكماش الطول (تقصر الأجسام المتحركة)، ^{[ملاحظة 9]} وتمدد الزمن (تتحرك الساعات المتحركة بشكل أبطأ). يُعرف العامل  γ الذي تتقلص به الأطوال وتتمدد به الأزمنة بعامل لورنتز ويُعطى بواسطة γ = (1 − v ² / c ² ) ^−1/2 ، حيث v هي سرعة الجسم. يكون الفرق بين γ و  1 ضئيلاً بالنسبة للسرعات الأبطأ بكثير من  c ، مثل معظم السرعات اليومية - وفي هذه الحالة تقترب النسبية الخاصة بشكل وثيق من النسبية الجليلية  - ولكنها تزداد عند السرعات النسبية وتتباعد إلى ما لا نهاية مع اقتراب v من c . على سبيل المثال، يحدث عامل تمدد زمني γ  = 2 عند سرعة نسبية 86.6% من سرعة الضوء ( v  = 0.866  c ). وبالمثل، يحدث عامل تمدد زمني γ  = 10 عند 99.5% من سرعة الضوء ( v  = 0.995  c ).

يمكن تلخيص نتائج النسبية الخاصة من خلال التعامل مع المكان والزمان كبنية موحدة تُعرف باسم الزمكان (حيث  c تربط وحدات المكان والزمان)، وتتطلب أن تلبي النظريات الفيزيائية تناسقًا خاصًا يسمى ثبات لورنتز ، والذي تحتوي صياغته الرياضية على المعلمة  c . ^[29] ثبات لورنتز هو افتراض عالمي تقريبًا للنظريات الفيزيائية الحديثة، مثل الديناميكا الكهربائية الكمومية ، والكروموديناميكا الكمومية ، والنموذج القياسي لفيزياء الجسيمات ، والنسبية العامة . على هذا النحو، فإن المعلمة  c منتشرة في كل مكان في الفيزياء الحديثة، وتظهر في العديد من السياقات غير المرتبطة بالضوء. على سبيل المثال، تتنبأ النسبية العامة بأن  c هي أيضًا سرعة الجاذبية والموجات الثقالية ، ^[30] وكانت ملاحظات الموجات الثقالية متسقة مع هذا التوقع. ^[31] في الأطر المرجعية غير بالقصور الذاتي (الزمكان المنحني جاذبيًا أو الأطر المرجعية المتسارعة )، تكون السرعة المحلية للضوء ثابتة وتساوي  c ، ولكن سرعة الضوء يمكن أن تختلف عن  c عند قياسها من إطار مرجعي بعيد، اعتمادًا على كيفية استقراء القياسات إلى المنطقة. ^[32]

من المفترض عمومًا أن الثوابت الأساسية مثل  c لها نفس القيمة في جميع أنحاء الزمكان، مما يعني أنها لا تعتمد على الموقع ولا تتغير مع الزمن. ومع ذلك، فقد اقترحت نظريات مختلفة أن سرعة الضوء ربما تغيرت بمرور الوقت . ^{[33] [34]} لم يتم العثور على دليل قاطع على مثل هذه التغييرات، لكنها تظل موضوعًا للبحث المستمر. ^{[35] [36]}

من المفترض عمومًا أن سرعة الضوء في الاتجاهين متساوية الخواص ، مما يعني أن لها نفس القيمة بغض النظر عن الاتجاه الذي يتم قياسها فيه. لقد وضعت ملاحظات الانبعاثات من مستويات الطاقة النووية كدالة لاتجاه النوى المنبعثة في مجال مغناطيسي (انظر تجربة هيوز-دريفر )، والمرنانات الضوئية الدوارة (انظر تجارب الرنانات ) حدودًا صارمة على التباين الثنائي المحتمل . ^{[37] [38]}

وفقًا للنسبية الخاصة، تُعطى طاقة جسم بكتلة سكون m وسرعة v بواسطة γmc ² ، حيث γ هو عامل لورنتز المحدد أعلاه. عندما تكون v صفرًا، يكون γ مساويًا لواحد، مما يؤدي إلى ظهور صيغة E = mc ² الشهيرة لتكافؤ الكتلة والطاقة. يقترب عامل γ من اللانهاية عندما تقترب  v من c ، وسيستغرق الأمر كمية لا نهائية من الطاقة لتسريع جسم ذي كتلة إلى سرعة الضوء. سرعة الضوء هي الحد الأعلى لسرعات الأجسام ذات كتلة السكون الموجبة، ولا يمكن للفوتونات الفردية السفر بسرعة أكبر من سرعة الضوء. ^[39] وقد ثبت هذا تجريبيًا في العديد من اختبارات الطاقة والزخم النسبيين . ^[40]

بشكل عام، من المستحيل أن تنتقل الإشارات أو الطاقة بسرعة أكبر من  c . إحدى الحجج التي تدعم هذا تنبع من التضمين غير البديهي للنسبية الخاصة المعروف باسم نسبية التزامن . إذا كانت المسافة المكانية بين حدثين A وB أكبر من الفاصل الزمني بينهما مضروبًا في  c، فهناك إطارات مرجعية يسبق فيها A الحدث B، وأخرى يسبق فيها B الحدث A، وأخرى تكون متزامنة. ونتيجة لذلك، إذا كان هناك شيء يسافر بسرعة أكبر من  c بالنسبة لإطار مرجعي بالقصور الذاتي، فسوف يسافر للخلف في الوقت بالنسبة لإطار آخر، وسيتم انتهاك السببية . ^{[ملاحظة 10] [43]} في مثل هذا الإطار المرجعي، يمكن ملاحظة "التأثير" قبل "سببه". لم يتم تسجيل مثل هذا الانتهاك للسببية أبدًا، ^[21] وسيؤدي إلى مفارقات مثل الهاتف المضاد التاكيوني . ^[44]

توجد مواقف قد يبدو فيها أن المادة أو الطاقة أو الإشارة الحاملة للمعلومات تنتقل بسرعات أكبر من  c ، لكنها ليست كذلك. على سبيل المثال، كما تمت مناقشته في انتشار الضوء في قسم الوسائط أدناه، يمكن للعديد من سرعات الموجات أن تتجاوز  c . يمكن أن تتجاوز سرعة الطور للأشعة السينية عبر معظم النظارات c بشكل روتيني ، ^[45] لكن سرعة الطور لا تحدد السرعة التي تنقل بها الموجات المعلومات. ^[46]

إذا تم تمرير شعاع الليزر بسرعة عبر جسم بعيد، يمكن أن تتحرك بقعة الضوء بشكل أسرع من  c ، على الرغم من أن الحركة الأولية للبقعة تتأخر بسبب الوقت الذي يستغرقه الضوء للوصول إلى الجسم البعيد بسرعة  c . ومع ذلك، فإن الكيانات المادية الوحيدة التي تتحرك هي الليزر والضوء المنبعث منه، والذي يسافر بسرعة  c من الليزر إلى المواضع المختلفة للبقعة. وبالمثل، يمكن جعل الظل المسقط على جسم بعيد يتحرك بشكل أسرع من  c ، بعد تأخير في الوقت. ^[47] في كلتا الحالتين لا تنتقل أي مادة أو طاقة أو معلومات أسرع من الضوء. ^[48]

قد يكون لمعدل التغير في المسافة بين جسمين في إطار مرجعي يتحرك كلاهما بالنسبة إليه ( سرعة إغلاقهما ) قيمة أكبر من  c . ومع ذلك، لا يمثل هذا سرعة أي جسم منفرد كما تم قياسه في إطار بالقصور الذاتي واحد. ^[48]

يبدو أن بعض التأثيرات الكمومية تنتقل بشكل فوري وبالتالي أسرع من c ، كما في مفارقة EPR . يتضمن أحد الأمثلة الحالات الكمومية لجسيمين يمكن تشابكهما . حتى يتم ملاحظة أي من الجسيمين، فإنهما موجودان في تراكب من حالتين كموميتين. إذا تم فصل الجسيمات وتمت ملاحظة الحالة الكمومية لأحد الجسيمين، يتم تحديد الحالة الكمومية للجسيم الآخر بشكل فوري. ومع ذلك، من المستحيل التحكم في الحالة الكمومية التي سيتخذها الجسيم الأول عند ملاحظته، لذلك لا يمكن نقل المعلومات بهذه الطريقة. ^{[48] [49]}

هناك تأثير كمي آخر يتنبأ بحدوث سرعات أسرع من الضوء يسمى تأثير هارتمان : في ظل ظروف معينة، يكون الوقت اللازم لجسيم افتراضي للعبور عبر حاجز ثابتًا، بغض النظر عن سمك الحاجز. ^{[50] [51] يمكن أن يؤدي هذا إلى} عبور جسيم افتراضي لفجوة كبيرة أسرع من الضوء. ومع ذلك، لا يمكن إرسال أي معلومات باستخدام هذا التأثير. ^[52]

تُرى الحركة التي تفوق سرعة الضوء في بعض الأجرام الفلكية، ^[53] مثل النفاثات النسبية للمجرات الراديوية والنجوم الزائفة . ومع ذلك، لا تتحرك هذه النفاثات بسرعات تفوق سرعة الضوء: الحركة الظاهرية التي تفوق سرعة الضوء هي تأثير إسقاط ناتج عن تحرك الأجسام بالقرب من سرعة الضوء والاقتراب من الأرض بزاوية صغيرة بالنسبة لخط البصر: نظرًا لأن الضوء الذي انبعث عندما كانت النفاثات أبعد استغرق وقتًا أطول للوصول إلى الأرض، فإن الوقت بين ملاحظتين متتاليتين يتوافق مع وقت أطول بين اللحظات التي انبعثت فيها أشعة الضوء. ^[54]

تبين أن تجربة أجريت عام 2011 حيث لوحظ أن النيوترينوات تتحرك بسرعة أكبر من الضوء كانت بسبب خطأ تجريبي. ^{[55] [56]}

في نماذج الكون المتوسع ، كلما ابتعدت المجرات عن بعضها البعض، زادت سرعة ابتعادها عن بعضها البعض. على سبيل المثال، يُستنتج أن المجرات البعيدة عن الأرض تتحرك بعيدًا عن الأرض بسرعات تتناسب مع مسافاتها. خارج حدود تسمى مجال هابل ، يصبح المعدل الذي تزداد به المسافة بينها وبين الأرض أكبر من سرعة الضوء. ^[57] لا تُعَد معدلات الانحدار هذه، والتي تُعرَّف بأنها الزيادة في المسافة المناسبة لكل زمن كوني ، سرعات بالمعنى النسبي. إن سرعات الانحدار الكونية الأسرع من الضوء ليست سوى قطعة أثرية إحداثية .

في الفيزياء الكلاسيكية ، يوصف الضوء بأنه نوع من الموجات الكهرومغناطيسية . يتم وصف السلوك الكلاسيكي للمجال الكهرومغناطيسي من خلال معادلات ماكسويل ، والتي تتنبأ بأن السرعة  c التي تنتشر بها الموجات الكهرومغناطيسية (مثل الضوء) في الفراغ مرتبطة بالسعة الموزعة ومحاثة الفراغ، والمعروفة أيضًا باسم الثابت الكهربائي ε ₀ والثابت المغناطيسي μ ₀ ، من خلال المعادلة ^[58]

${\displaystyle c={\frac {1}{\sqrt {\varepsilon _{0}\mu _{0}}}}.}$

في الفيزياء الكمومية الحديثة ، يتم وصف المجال الكهرومغناطيسي بواسطة نظرية الديناميكا الكهربائية الكمومية (QED). في هذه النظرية، يتم وصف الضوء من خلال الإثارات الأساسية (أو الكميات) للمجال الكهرومغناطيسي، والتي تسمى الفوتونات . في QED، الفوتونات هي جسيمات عديمة الكتلة وبالتالي، وفقًا للنسبية الخاصة، فإنها تنتقل بسرعة الضوء في الفراغ. ^[24]

تم النظر في امتدادات QED حيث يكون للفوتون كتلة. في مثل هذه النظرية، تعتمد سرعته على تردده، وستكون السرعة الثابتة  c للنسبية الخاصة هي الحد الأقصى لسرعة الضوء في الفراغ. ^[32] لم يتم ملاحظة أي تغير في سرعة الضوء مع التردد في الاختبارات الصارمة، مما وضع حدودًا صارمة على كتلة الفوتون. ^[59] يعتمد الحد الذي تم الحصول عليه على النموذج المستخدم: إذا تم وصف الفوتون الضخم بواسطة نظرية بروكا ، ^[60] فإن الحد الأعلى التجريبي لكتلته هو حوالي 10 ⁻⁵⁷ جرامًا ؛ ^[61] إذا تم توليد كتلة الفوتون بواسطة آلية هيغز ، فإن الحد الأعلى التجريبي أقل حدة، م ≤10 ⁻¹⁴  إلكترون فولت/ ثانية ^مربعة   (تقريبًا 2 × 10 ⁻⁴⁷  جم). ^[60]

سبب آخر لتغير سرعة الضوء مع تردده هو فشل النسبية الخاصة في التطبيق على المقاييس الصغيرة بشكل تعسفي، كما تنبأت بعض النظريات المقترحة للجاذبية الكمومية . في عام 2009، لم يجد رصد انفجار أشعة جاما GRB 090510 أي دليل على اعتماد سرعة الفوتون على الطاقة، مما يدعم القيود الصارمة في نماذج محددة لتكميم الزمكان حول كيفية تأثر هذه السرعة بطاقة الفوتون للطاقات التي تقترب من مقياس بلانك . ^[62]

في الوسط، لا ينتشر الضوء عادةً بسرعة تساوي c ؛ علاوة على ذلك، تنتقل أنواع مختلفة من موجات الضوء بسرعات مختلفة. تسمى السرعة التي تنتشر بها القمم والقيعان الفردية لموجة مستوية (موجة تملأ الفضاء بالكامل، بتردد واحد فقط) بسرعة الطور  v _p . تنتقل الإشارة الفيزيائية ذات المدى المحدود (نبضة الضوء) بسرعة مختلفة. تنتقل الغلاف الكلي للنبضة بسرعة المجموعة  v _g ، وينتقل الجزء الأقدم منها بسرعة أمامية  v _f . ^[63]

سرعة الطور مهمة في تحديد كيفية انتقال موجة الضوء عبر مادة أو من مادة إلى أخرى. غالبًا ما يتم تمثيلها من حيث معامل الانكسار . يُعرَّف معامل الانكسار للمادة بأنه نسبة c إلى سرعة الطور  v _p في المادة: تشير مؤشرات الانكسار الأكبر إلى سرعات أقل. قد يعتمد معامل الانكسار للمادة على تردد الضوء أو شدته أو استقطابه أو اتجاه انتشاره؛ ومع ذلك، في كثير من الحالات، يمكن التعامل معه على أنه ثابت يعتمد على المادة. يبلغ معامل الانكسار للهواء حوالي 1.0003. ^[64] تحتوي الوسائط الأكثر كثافة، مثل الماء ، ^[65] والزجاج ، ^[66] والماس ، ^{[67] على معامل انكسار يبلغ حوالي 1.3 و} 1.5 و2.4 على التوالي، للضوء المرئي.

في المواد الغريبة مثل تكاثف بوز-أينشتاين بالقرب من الصفر المطلق، قد تكون السرعة الفعالة للضوء بضعة أمتار في الثانية فقط. ومع ذلك، فإن هذا يمثل تأخير الامتصاص وإعادة الإشعاع بين الذرات، كما هو الحال مع جميع السرعات الأبطأ من c في المواد المادية. كمثال متطرف على "إبطاء" الضوء في المادة، زعم فريقان مستقلان من الفيزيائيين أنهما نجحا في "إيقاف" الضوء تمامًا عن طريق تمريره عبر تكاثف بوز-أينشتاين لعنصر الروبيديوم . يشير الوصف الشائع لـ "توقف" الضوء في هذه التجارب فقط إلى تخزين الضوء في الحالات المثارة للذرات، ثم إعادة إصداره في وقت لاحق بشكل تعسفي، كما يتم تحفيزه بواسطة نبضة ليزر ثانية. خلال الوقت الذي "توقف فيه"، لم يعد ضوءًا. هذا النوع من السلوك صحيح بشكل مجهري بشكل عام لجميع الوسائط الشفافة التي "تبطئ" سرعة الضوء. ^[68]

في المواد الشفافة، يكون معامل الانكسار أكبر من 1 بشكل عام، مما يعني أن سرعة الطور أقل من c . في مواد أخرى، من الممكن أن يصبح معامل الانكسار أصغر من  1 لبعض الترددات؛ في بعض المواد الغريبة من الممكن حتى أن يصبح معامل الانكسار سلبيًا. ^[69] إن الشرط الذي ينص على عدم انتهاك السببية يعني أن الأجزاء الحقيقية والتخيلية من الثابت العازل لأي مادة، والتي تتوافق على التوالي مع معامل الانكسار ومعامل التوهين ، مرتبطة بعلاقات كرامرز-كرونيج . ^{[70] [71]} من الناحية العملية، هذا يعني أنه في مادة ذات معامل انكسار أقل من 1، سيتم امتصاص الموجة بسرعة. ^[72]

تتلاشى النبضة ذات سرعات المجموعة والطور المختلفة (والتي تحدث إذا لم تكن سرعة الطور هي نفسها لجميع ترددات النبضة) بمرور الوقت، وهي عملية تُعرف باسم التشتت . تتمتع بعض المواد بسرعة مجموعة منخفضة بشكل استثنائي (أو حتى صفر) للموجات الضوئية، وهي ظاهرة تسمى الضوء البطيء . ^[73] تم اقتراح العكس، سرعات المجموعة التي تتجاوز c ، نظريًا في عام 1993 وتم تحقيقها تجريبيًا في عام 2000. ^[74] يجب أن يكون من الممكن أن تصبح سرعة المجموعة لا نهائية أو سلبية، مع انتقال النبضات بشكل فوري أو للخلف في الوقت المناسب. ^[63]

لا يسمح أي من هذه الخيارات بنقل المعلومات بسرعة أكبر من c . ومن المستحيل نقل المعلومات بنبضة ضوئية أسرع من سرعة الجزء الأقدم من النبضة (السرعة الأمامية). ويمكن إثبات أن هذه السرعة (تحت افتراضات معينة) تساوي دائمًا c . ^[63]

من الممكن أن تنتقل جسيمات عبر وسط ما بسرعة أكبر من سرعة طور الضوء في ذلك الوسط (ولكنها لا تزال أبطأ من سرعة الضوء في الطور ). وعندما تفعل جسيمات مشحونة ذلك في مادة عازلة ، ينبعث المكافئ الكهرومغناطيسي لموجة الصدمة ، والمعروفة باسم إشعاع شيرينكوف . ^[75]

إن سرعة الضوء ذات أهمية كبيرة في مجال الاتصالات : حيث إن زمن التأخير في الاتجاه الواحد والذهاب والإياب أكبر من الصفر. وينطبق هذا على المقاييس الصغيرة وحتى الفلكية. ومن ناحية أخرى، تعتمد بعض التقنيات على السرعة المحدودة للضوء، على سبيل المثال في قياس المسافة.

في أجهزة الكمبيوتر ، تفرض سرعة الضوء حدًا على مدى سرعة إرسال البيانات بين المعالجات . إذا كان المعالج يعمل بتردد 1 جيجا هرتز ، فيمكن للإشارة أن تقطع مسافة 30 سنتيمترًا (قدمًا واحدًا) كحد أقصى في دورة ساعة واحدة - في الممارسة العملية، تكون هذه المسافة أقصر لأن لوحة الدائرة المطبوعة تنكسر وتبطئ الإشارات. لذلك يجب وضع المعالجات بالقرب من بعضها البعض، وكذلك شرائح الذاكرة ، لتقليل زمن انتقال الاتصالات، ويجب توخي الحذر عند توجيه الأسلاك بينها لضمان سلامة الإشارة . إذا استمرت ترددات الساعة في الزيادة، فقد تصبح سرعة الضوء في النهاية عاملاً مقيدًا للتصميم الداخلي للشرائح الفردية . ^{[76] [77]} 

وبما أن محيط خط الاستواء للأرض يبلغ حوالي40075  كم وهذا هو حوالي​300000  كم/ثانية ، أقصر وقت نظري لقطعة من المعلومات للسفر عبر نصف الكرة الأرضية على طول السطح هو حوالي 67 مللي ثانية. عندما يسافر الضوء في الألياف الضوئية ( مادة شفافة ) ، يكون وقت العبور الفعلي أطول، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن سرعة الضوء أبطأ بنحو 35٪ في الألياف الضوئية، اعتمادًا على معامل الانكسار الخاص بها n . ^{[ملاحظة 11]} الخطوط المستقيمة نادرة في الاتصالات العالمية ويزداد وقت السفر عندما تمر الإشارات عبر المفاتيح الإلكترونية أو مولدات الإشارة. ^[79]

على الرغم من أن هذه المسافة غير ذات صلة إلى حد كبير بمعظم التطبيقات، فإن زمن الوصول يصبح مهمًا في مجالات مثل التداول عالي التردد ، حيث يسعى المتداولون إلى اكتساب مزايا دقيقة من خلال تسليم صفقاتهم إلى البورصات قبل المتداولين الآخرين بأجزاء من الثانية. على سبيل المثال، تحول المتداولون إلى اتصالات الميكروويف بين مراكز التداول، بسبب الميزة التي تتمتع بها الموجات الراديوية التي تسافر بسرعة تقترب من سرعة الضوء عبر الهواء على إشارات الألياف الضوئية الأبطأ نسبيًا . ^{[80] [81]}

وعلى نحو مماثل، فإن الاتصالات بين الأرض والمركبة الفضائية ليست فورية. فهناك تأخير قصير من المصدر إلى المستقبل، والذي يصبح أكثر وضوحًا مع زيادة المسافات. وكان هذا التأخير مهمًا للاتصالات بين التحكم الأرضي وأبولو 8 عندما أصبحت أول مركبة فضائية مأهولة تدور حول القمر : لكل سؤال، كان على محطة التحكم الأرضية الانتظار لمدة ثلاث ثوانٍ على الأقل حتى تصل الإجابة. ^[82]

يمكن أن يتراوح تأخير الاتصالات بين الأرض والمريخ بين خمس وعشرين دقيقة اعتمادًا على المواضع النسبية للكوكبين. ونتيجة لهذا، إذا واجه روبوت على سطح المريخ مشكلة، فلن يدرك المتحكمون البشريون ذلك حتى بعد مرور ما يقرب من 4 إلى 24 دقيقة . ثم يستغرق الأمر 4 إلى 24 دقيقة أخرى حتى تنتقل الأوامر من الأرض إلى المريخ. ^{[83] [84]}

يستغرق استقبال الضوء والإشارات الأخرى من المصادر الفلكية البعيدة وقتًا أطول بكثير. على سبيل المثال، يستغرق الأمر 13 مليار (13 × 10) سنة ضوئية.⁹ ) سنوات حتى يسافر الضوء إلى الأرض من المجرات البعيدة التي شوهدت في صور مجال هابل العميق للغاية . ^{[85] [86]} تلتقط هذه الصور، التي تم التقاطها اليوم، صورًا للمجرات كما ظهرت قبل 13 مليار سنة، عندما كان عمر الكون أقل من مليار سنة. ^[85] إن حقيقة أن الأجسام الأكثر بعدًا تبدو أصغر سنًا، بسبب السرعة المحدودة للضوء، تسمح لعلماء الفلك باستنتاج تطور النجوم والمجراتوالكون نفسه . ^[87]

يتم التعبير عن المسافات الفلكية أحيانًا بالسنوات الضوئية ، وخاصة في المنشورات العلمية ووسائل الإعلام الشعبية . ^[88] السنة الضوئية هي المسافة التي يقطعها الضوء في سنة جوليانية واحدة ، أي حوالي 9461 مليار كيلومتر، أو 5879 مليار ميل، أو 0.3066 فرسخ فلكي . بالأرقام التقريبية، تبلغ السنة الضوئية ما يقرب من 10 تريليون كيلومتر أو ما يقرب من 6 تريليون ميل. يبعد بروكسيما سنتوري ، أقرب نجم إلى الأرض بعد الشمس، حوالي 4.2 سنة ضوئية. ^[89]

تقيس أنظمة الرادار المسافة إلى الهدف بالوقت الذي تستغرقه نبضة الموجة الراديوية للعودة إلى هوائي الرادار بعد انعكاسها من الهدف: المسافة إلى الهدف هي نصف وقت العبور ذهابًا وإيابًا مضروبًا في سرعة الضوء. يقيس جهاز استقبال نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) المسافة إلى أقمار GPS الصناعية بناءً على المدة التي تستغرقها إشارة الراديو للوصول من كل قمر صناعي، ومن هذه المسافات يحسب موقع جهاز الاستقبال. نظرًا لأن الضوء يسافر حوالي300000  كيلومتر (​186000  ميل ) في ثانية واحدة، يجب أن تكون هذه القياسات التي تستغرق أجزاء صغيرة من الثانية دقيقة للغاية. تحدد تجربة تحديد مدى القمر بالليزر وعلم الفلك بالرادار وشبكة الفضاء العميق المسافات إلى القمر، ^[90] والكواكب ^[91] والمركبات الفضائية، ^[92] على التوالي، من خلال قياس أوقات العبور ذهابًا وإيابًا.

توجد طرق مختلفة لتحديد قيمة c . إحدى هذه الطرق هي قياس السرعة الفعلية التي تنتشر بها موجات الضوء، ويمكن القيام بذلك في مختلف الإعدادات الفلكية والأرضية. ومن الممكن أيضًا تحديد قيمة c من قوانين فيزيائية أخرى حيث تظهر، على سبيل المثال، عن طريق تحديد قيم الثوابت الكهرومغناطيسية ε ₀ و μ ₀ واستخدام علاقتها بـ c . تاريخيًا، تم الحصول على النتائج الأكثر دقة من خلال تحديد تردد وطول موجة شعاع الضوء بشكل منفصل، مع حاصل ضربهما يساوي c . يتم وصف هذا بمزيد من التفصيل في قسم "قياس التداخل" أدناه.

في عام 1983 تم تعريف المتر على أنه "طول المسار الذي يقطعه الضوء في الفراغ خلال فترة زمنية مقدارها 1 ⁄2 ثانية ".299 792 458 من الثانية"،^[93]تحديد قيمة سرعة الضوء عند299 792 458  م/ث حسب التعريف، كما هو موضح أدناه. وبالتالي، فإن القياسات الدقيقة لسرعة الضوء تؤدي إلى تحقيق دقيق للمتر بدلاً من قيمة دقيقة لـ c .

الفضاء الخارجي هو مكان مناسب لقياس سرعة الضوء بسبب مقياسه الكبير والفراغ شبه المثالي . عادةً، يتم قياس الوقت اللازم للضوء لقطع مسافة مرجعية ما في النظام الشمسي ، مثل نصف قطر مدار الأرض. تاريخيًا، يمكن إجراء مثل هذه القياسات بدقة إلى حد ما، مقارنة بمدى دقة معرفة طول المسافة المرجعية بوحدات القياس الأرضية.

استخدم أولي كريستنسن رومر قياسًا فلكيًا لإجراء أول تقدير كمي لسرعة الضوء في عام 1676. ^{[94] [95]} عند القياس من الأرض، تكون فترات الأقمار التي تدور حول كوكب بعيد أقصر عندما تقترب الأرض من الكوكب مقارنة بوقت ابتعاد الأرض عنه. الفرق صغير، لكن الوقت التراكمي يصبح مهمًا عند قياسه على مدار أشهر. تكون المسافة التي يقطعها الضوء من الكوكب (أو قمره) إلى الأرض أقصر عندما تكون الأرض عند النقطة في مدارها الأقرب إلى كوكبها مقارنة بوقت وجود الأرض في أبعد نقطة في مدارها، ويكون الفرق في المسافة هو قطر مدار الأرض حول الشمس. يحدث التغيير الملحوظ في فترة مدار القمر بسبب الفرق في الوقت الذي يستغرقه الضوء لقطع المسافة الأقصر أو الأطول. لاحظ رومر هذا التأثير بالنسبة للقمر الرئيسي الأقرب لكوكب المشتري ، أيو، واستنتج أن الضوء يستغرق 22 دقيقة لعبور قطر مدار الأرض. ^[94]

طريقة أخرى هي استخدام انحراف الضوء ، الذي اكتشفه وشرحه جيمس برادلي في القرن الثامن عشر. ^[96] ينتج هذا التأثير عن إضافة متجه لسرعة الضوء القادم من مصدر بعيد (مثل نجم) وسرعة مراقبه (انظر الرسم البياني على اليمين). وبالتالي يرى المراقب المتحرك الضوء القادم من اتجاه مختلف قليلاً وبالتالي يرى المصدر في موضع مُزاح عن موضعه الأصلي. نظرًا لأن اتجاه سرعة الأرض يتغير باستمرار مع دوران الأرض حول الشمس، فإن هذا التأثير يتسبب في تحرك الموضع الظاهري للنجوم. من الفرق الزاوي في موضع النجوم (بحد أقصى 20.5 ثانية قوسية ) ^[97] من الممكن التعبير عن سرعة الضوء من حيث سرعة الأرض حول الشمس، والتي يمكن تحويلها بطول عام معروف إلى الوقت اللازم للسفر من الشمس إلى الأرض. في عام 1729، استخدم برادلي هذه الطريقة لاستنتاج أن الضوء سافرأسرع من الأرض بـ 10 210 مرة في مدارها (الرقم الحديث هو(10066 مرة أسرع) أو ما يعادله، أن الضوء سيستغرق 8 دقائق و12 ثانية للسفر من الشمس إلى الأرض. ^[96]

الوحدة الفلكية (AU) هي تقريبًا المسافة المتوسطة بين الأرض والشمس. وقد أعيد تعريفها في عام 2012 على أنها بالضبط149 597 870 700  م . ^{[98] [99]} في السابق لم تكن الوحدة الفلكية تعتمد على النظام الدولي للوحدات ولكن من حيث القوة الجاذبية التي تمارسها الشمس في إطار الميكانيكا الكلاسيكية. ^{[ملاحظة 12]} يستخدم التعريف الحالي القيمة الموصى بها بالأمتار للتعريف السابق للوحدة الفلكية، والتي تم تحديدها عن طريق القياس. ^[98] هذا التعريف الجديد مشابه لإعادة تعريف المتر وبالمثل له تأثير تثبيت سرعة الضوء على قيمة دقيقة بالوحدات الفلكية في الثانية (عبر السرعة الدقيقة للضوء بالأمتار في الثانية). ^[101]

في السابق، كان معكوس  c المعبر عنه بالثواني لكل وحدة فلكية يتم قياسه من خلال مقارنة الوقت الذي تستغرقه الإشارات الراديوية للوصول إلى مركبات فضائية مختلفة في النظام الشمسي، مع حساب موقعها من التأثيرات الجاذبية للشمس والكواكب المختلفة. من خلال الجمع بين العديد من هذه القياسات، يمكن الحصول على أفضل قيمة مناسبة لوقت الضوء لكل وحدة مسافة. على سبيل المثال، في عام 2009، كان أفضل تقدير، كما وافق عليه الاتحاد الفلكي الدولي (IAU)، هو: ^{[102] [103]}

زمن الضوء للمسافة الوحدوية: t _au  = 499.004 783 836 (10) ثانية ،

ج  = 0.002 003 988 804 10 (4) الاتحاد الأفريقي/الثانية  = 173.144 632 674 (3) وحدة استرالية/يوم .

إن عدم اليقين النسبي في هذه القياسات هو 0.02 جزء في المليار (2 × 10 ⁻¹¹ )، وهو ما يعادل عدم اليقين في القياسات الأرضية للطول عن طريق التداخل. ^[104] ونظرًا لأن المتر يُعرَّف بأنه الطول الذي يقطعه الضوء في فترة زمنية معينة، فإن قياس وقت الضوء من حيث التعريف السابق للوحدة الفلكية يمكن تفسيره أيضًا على أنه قياس لطول الوحدة الفلكية (التعريف القديم) بالأمتار. ^{[ملاحظة 13]}

إحدى طرق قياس سرعة الضوء هي قياس الوقت اللازم لقطع الضوء إلى مرآة على مسافة معروفة والعودة. هذا هو مبدأ العمل وراء التجارب التي أجراها هيبوليت فيزو وليون فوكو .

يتكون الإعداد الذي استخدمه فيزو من شعاع ضوء موجه إلى مرآة على بعد 8 كيلومترات (5 أميال). في طريقه من المصدر إلى المرآة، يمر الشعاع عبر عجلة مسننة دوارة. بمعدل دوران معين، يمر الشعاع عبر فجوة واحدة في طريقه للخروج وأخرى في طريقه للعودة، ولكن بمعدلات أعلى أو أقل قليلاً، يصطدم الشعاع بسن ولا يمر عبر العجلة. بمعرفة المسافة بين العجلة والمرآة، وعدد الأسنان الموجودة على العجلة، ومعدل الدوران، يمكن حساب سرعة الضوء. ^[105]

تستبدل طريقة فوكو الترس بمرآة دوارة. ولأن المرآة تستمر في الدوران بينما ينتقل الضوء إلى المرآة البعيدة ويعود، ينعكس الضوء من المرآة الدوارة بزاوية مختلفة في طريقه للخارج عن تلك الموجودة في طريقه للعودة. ومن هذا الاختلاف في الزاوية، يمكن حساب سرعة الدوران المعروفة والمسافة إلى المرآة البعيدة سرعة الضوء. ^[106] استخدم فوكو هذا الجهاز لقياس سرعة الضوء في الهواء مقابل الماء، بناءً على اقتراح من فرانسوا أراجو . ^[107]

اليوم، باستخدام أجهزة قياس الذبذبات ذات دقة زمنية أقل من نانوثانية واحدة، يمكن قياس سرعة الضوء بشكل مباشر من خلال توقيت تأخير نبضة الضوء من الليزر أو الصمام الثنائي الباعث للضوء المنعكس من المرآة. هذه الطريقة أقل دقة (مع أخطاء من رتبة 1%) من التقنيات الحديثة الأخرى، ولكنها تُستخدم أحيانًا كتجربة معملية في فصول الفيزياء الجامعية. ^[108]

أحد الخيارات لاستنتاج c الذي لا يعتمد بشكل مباشر على قياس انتشار الموجات الكهرومغناطيسية هو استخدام العلاقة بين c ونفاذية الفراغ ε ₀ ونفاذية الفراغ μ ₀ التي أنشأتها نظرية ماكسويل: c ²  = 1/( ε ₀ μ ₀ ). يمكن تحديد نفاذية الفراغ عن طريق قياس سعة وأبعاد المكثف ، في حين تم تحديد قيمة نفاذية الفراغ تاريخيًا عند4π × 10 ⁻⁷  H⋅m ⁻¹ من خلال تعريف الأمبير . استخدم روزا ودورسي هذه الطريقة في عام 1907 لإيجاد قيمة299 710 ± 22 كم/ثانية . اعتمدت طريقتهم على وجود وحدة قياسية للمقاومة الكهربائية، " الأوم الدولي "، وبالتالي كانت دقتها محدودة بكيفية تعريف هذا المعيار. ^{[109] [110]}

طريقة أخرى لقياس سرعة الضوء هي قياس التردد f وطول الموجة λ لموجة كهرومغناطيسية في الفراغ بشكل مستقل. يمكن بعد ذلك إيجاد قيمة c باستخدام العلاقة c  =  fλ . أحد الخيارات هو قياس تردد الرنين لمرنان تجويف . إذا كانت أبعاد تجويف الرنين معروفة أيضًا، فيمكن استخدامها لتحديد طول موجة الموجة. في عام 1946، حدد لويس إيسن وأيه سي جوردون سميث التردد لمجموعة متنوعة من الأوضاع الطبيعية للموجات الدقيقة لتجويف ميكروويف بأبعاد معروفة بدقة. تم تحديد الأبعاد بدقة تبلغ حوالي ±0.8 ميكرومتر باستخدام مقاييس معايرة بواسطة قياس التداخل. ^[109] نظرًا لأن الطول الموجي للأوضاع كان معروفًا من هندسة التجويف ومن النظرية الكهرومغناطيسية ، فإن معرفة الترددات المرتبطة مكنت من حساب سرعة الضوء. ^{[109] [111]}

نتيجة إيسن-جوردون-سميث،299 792 ± 9 كم/ثانية ، كانت أكثر دقة بشكل كبير من تلك التي تم العثور عليها بواسطة التقنيات البصرية. ^[109] بحلول عام 1950، أثبتت القياسات المتكررة التي أجراها إيسن نتيجة299792 .5 ± 3.0 كم/ثانية . ^[112]

من الممكن إجراء عرض منزلي لهذه التقنية باستخدام فرن ميكروويف وأطعمة مثل أعشاب من الفصيلة الخبازية أو السمن: إذا تمت إزالة القرص الدوار بحيث لا يتحرك الطعام، فسوف ينضج بشكل أسرع عند العقد المضادة (النقاط التي تكون فيها سعة الموجة أعظمية)، حيث سيبدأ في الذوبان. المسافة بين نقطتين من هذا القبيل هي نصف الطول الموجي للموجات الميكروية؛ من خلال قياس هذه المسافة وضرب الطول الموجي في تردد الموجات الميكروية (عادةً ما يتم عرضه على الجزء الخلفي من الفرن، عادةً 2450 ميجا هرتز)، يمكن حساب قيمة c ، "غالبًا بأقل من 5٪ خطأ". ^{[113] [114]}

التداخل هو طريقة أخرى لإيجاد الطول الموجي للإشعاع الكهرومغناطيسي لتحديد سرعة الضوء. ^{[ملاحظة 14]} يتم تقسيم شعاع متماسك من الضوء (على سبيل المثال من الليزر )، بتردد معروف ( f )، ليتبع مسارين ثم يتم إعادة دمجهما. من خلال ضبط طول المسار مع ملاحظة نمط التداخل وقياس التغير في طول المسار بعناية، يمكن تحديد الطول الموجي للضوء ( λ ). ثم يتم حساب سرعة الضوء باستخدام المعادلة  c  =  λf .

قبل ظهور تقنية الليزر، كانت مصادر الراديو المتماسكة تستخدم لقياسات التداخل لسرعة الضوء. ^[116] يصبح التحديد التداخلي لطول الموجة أقل دقة مع طول الموجة وبالتالي كانت التجارب محدودة الدقة بسبب الطول الموجي الطويل (~4 مم (0.16 بوصة)) للموجات الراديوية. يمكن تحسين الدقة باستخدام الضوء بطول موجي أقصر، ولكن بعد ذلك يصبح من الصعب قياس تردد الضوء بشكل مباشر. ^[117]

إحدى الطرق للتغلب على هذه المشكلة هي البدء بإشارة ذات تردد منخفض يمكن قياس ترددها بدقة، ومن هذه الإشارة يتم تجميع إشارات ذات تردد أعلى تدريجيًا يمكن ربط ترددها بالإشارة الأصلية. يمكن بعد ذلك قفل الليزر على التردد، ويمكن تحديد طوله الموجي باستخدام قياس التداخل. ^[117] كانت هذه التقنية من نصيب مجموعة في المكتب الوطني للمعايير (الذي أصبح فيما بعد المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا ). لقد استخدموها في عام 1972 لقياس سرعة الضوء في الفراغ مع عدم يقين جزئي قدره3.5 × 10 ⁻⁹ . ^{[117] [118]}

حتى أوائل العصر الحديث ، لم يكن معروفًا ما إذا كان الضوء ينتقل بشكل لحظي أو بسرعة محدودة للغاية. أول فحص مسجل موجود لهذا الموضوع كان في اليونان القديمة . ناقش الإغريق القدماء والعلماء العرب والعلماء الأوروبيون الكلاسيكيون هذا الأمر لفترة طويلة حتى قدم رومر أول حساب لسرعة الضوء. تفترض نظرية النسبية الخاصة لأينشتاين أن سرعة الضوء ثابتة بغض النظر عن إطار الشخص المرجعي. منذ ذلك الحين، قدم العلماء قياسات دقيقة بشكل متزايد.

تاريخ قياسات c (بالمتر/ثانية)

<1638	جاليليو ، الفوانيس المغطاة	غير حاسم [119] [120] [121] : 1252  [ملاحظة 15]
<1667	Accademia del Cimento ، الفوانيس المغطاة	غير حاسمة [121] : 1253  [122]
1675	رومر وهيجنز ، أقمار كوكب المشتري	220 000 000 [95] [123]	-27%
1729	جيمس برادلي ، انحراف الضوء	301 000 000 [105]	+0.40%
1849	هيبوليت فيزو ، عجلة مسننة	315000000 [ 105 ]	+5.1%
1862	ليون فوكو ، المرآة الدوارة	298000000 ± 500000 [ 105 ]​	-0.60%
1875	فيرنر سيمنز	260 000 000 [124]
1893	هاينريش هيرتز	200 000 000 [125]
1907	روزا ودورسي، ثوابت EM	299710000 ± 30000 [109 ] [ 110 ]	-280 جزء في المليون
1926	ألبرت أ. مايكلسون ، المرآة الدوارة	299 796 000 ± 4000 [126]	+12 جزء في المليون
1950	إيسن وجوردون سميث ، مرنان تجويف	299 792 500 ± 3000 [112]	+0.14 جزء في المليون
1958	كيه دي فروم، قياس التداخل الراديوي	299 792 500 ± 100 [116]	+0.14 جزء في المليون
1972	إيفنسون وآخرون ، قياس التداخل بالليزر	299 792 456 .2 ± 1.1 [118]	-0.006 جزء في المليون
1983	المؤتمر العام السابع عشر للمقاييس والموازين، تعريف المتر	299 792 458 (دقيق) [93]

كان إمبيدوكليس (حوالي 490-430 قبل الميلاد) أول من اقترح نظرية الضوء ^[127] وادعى أن الضوء له سرعة محدودة. ^[128] وأكد أن الضوء هو شيء متحرك، وبالتالي يجب أن يستغرق بعض الوقت للسفر. جادل أرسطو ، على العكس من ذلك، بأن "الضوء يرجع إلى وجود شيء، لكنه ليس حركة". ^{[129] قدم} إقليدس وبطليموس نظرية انبعاث إمبيدوكليس للرؤية، حيث ينبعث الضوء من العين، وبالتالي تمكين الرؤية. بناءً على هذه النظرية، جادل هيرون الإسكندري بأن سرعة الضوء يجب أن تكون غير محدودة لأن الأشياء البعيدة مثل النجوم تظهر فور فتح العينين. ^[130]

اتفق الفلاسفة المسلمون الأوائل في البداية مع وجهة النظر الأرسطية القائلة بأن الضوء ليس لديه سرعة للسفر. في عام 1021، نشر الحسن (ابن الهيثم) كتاب البصريات ، حيث قدم سلسلة من الحجج التي ترفض نظرية الانبعاث للرؤية لصالح نظرية التسلل المقبولة الآن، والتي يتحرك فيها الضوء من جسم إلى العين. ^[131] قاد هذا الحسن إلى اقتراح أن الضوء يجب أن يكون له سرعة محدودة، ^{[129] [132] [133]} وأن سرعة الضوء متغيرة، وتتناقص في الأجسام الأكثر كثافة. ^{[133] [134]} وجادل بأن الضوء مادة جوهرية، ويتطلب انتشارها وقتًا، حتى لو كان ذلك مخفيًا عن الحواس. ^[135] أيضًا في القرن الحادي عشر، وافق أبو الريحان البيروني على أن الضوء له سرعة محدودة، ولاحظ أن سرعة الضوء أسرع بكثير من سرعة الصوت. ^[136]

في القرن الثالث عشر، زعم روجر بيكون أن سرعة الضوء في الهواء ليست غير محدودة، مستخدمًا حججًا فلسفية مدعومة بكتابات ابن الهيثم وأرسطو. ^{[137] [138]} في سبعينيات القرن الثالث عشر، فكر ويتيلو في إمكانية انتقال الضوء بسرعة غير محدودة في الفراغ، لكنه يتباطأ في الأجسام الأكثر كثافة. ^[139]

في أوائل القرن السابع عشر، اعتقد يوهانس كيبلر أن سرعة الضوء لا نهائية لأن الفضاء الفارغ لا يمثل أي عقبة أمامها. جادل رينيه ديكارت أنه إذا كانت سرعة الضوء محدودة، فإن الشمس والأرض والقمر ستكون خارج المحاذاة بشكل ملحوظ أثناء خسوف القمر . على الرغم من فشل هذه الحجة عند أخذ انحراف الضوء في الاعتبار، إلا أنه لم يتم التعرف على الأخير حتى القرن التالي. ^[140] نظرًا لعدم ملاحظة مثل هذا الانحراف، خلص ديكارت إلى أن سرعة الضوء كانت لا نهائية. تكهن ديكارت أنه إذا تم العثور على سرعة الضوء محدودة، فقد يتم هدم نظامه الفلسفي بأكمله. ^[129] على الرغم من ذلك، افترض ديكارت في اشتقاقه لقانون سنيل أن بعض أنواع الحركة المرتبطة بالضوء كانت أسرع في الوسائط الأكثر كثافة. ^{[141] [142] اشتق} بيير دي فيرما قانون سنيل باستخدام الافتراض المعاكس، فكلما زاد كثافة الوسط، كانت سرعة الضوء أبطأ. كما زعم فيرما أيضًا أن سرعة الضوء محدودة. ^[143]

في عام 1629، اقترح إسحاق بيكمان تجربة يلاحظ فيها الشخص وميض مدفع ينعكس عن مرآة تبعد حوالي ميل واحد (1.6 كم). في عام 1638، اقترح جاليليو جاليلي تجربة، بزعم واضح أنه أجرىها قبل بضع سنوات، لقياس سرعة الضوء من خلال ملاحظة التأخير بين الكشف عن فانوس وإدراكه على مسافة ما. لم يتمكن من التمييز بين ما إذا كان سفر الضوء لحظيًا أم لا، لكنه خلص إلى أنه إذا لم يكن كذلك، فيجب أن يكون سريعًا بشكل غير عادي. ^{[119] [120]} في عام 1667، أفادت أكاديمية فلورنسا للكيمياء أنها أجرت تجربة جاليليو، حيث كانت الفوانيس مفصولة بحوالي ميل واحد، ولكن لم يتم ملاحظة أي تأخير. ^[144] كان التأخير الفعلي في هذه التجربة حوالي 11 ميكروثانية .

تم إجراء أول تقدير كمي لسرعة الضوء في عام 1676 بواسطة أولي رومر. ^{[94] [95]} من الملاحظة التي تفيد بأن فترات قمر المشتري الداخلي إيو تبدو أقصر عندما تقترب الأرض من المشتري مقارنة بالابتعاد عنه، استنتج أن الضوء يسافر بسرعة محدودة، وقدر أن الضوء يستغرق 22 دقيقة لعبور قطر مدار الأرض. جمع كريستيان هويجنز هذا التقدير مع تقدير لقطر مدار الأرض للحصول على تقدير لسرعة الضوء بمقدار220000  كم/ثانية ، وهو أقل بنسبة 27% من القيمة الفعلية. [ ^123]

في كتابه البصريات عام 1704 ، أورد إسحاق نيوتن حسابات رومر للسرعة المحدودة للضوء وأعطى قيمة "سبع أو ثماني دقائق" للوقت الذي يستغرقه الضوء للسفر من الشمس إلى الأرض (القيمة الحديثة هي 8 دقائق و19 ثانية). ^[145] تساءل نيوتن عما إذا كانت ظلال كسوف رومر ملونة. وعندما سمع أنها ليست كذلك، استنتج أن الألوان المختلفة سافرت بنفس السرعة. في عام 1729، اكتشف جيمس برادلي الانحراف النجمي . ^[96] ومن هذا التأثير، حدد أن الضوء يجب أن يسافر بسرعة أكبر من الأرض بمقدار 10210 مرة في مداره (الرقم الحديث أسرع بمقدار 10066 مرة) أو، على نحو مكافئ، سيستغرق الضوء 8 دقائق و12 ثانية للسفر من الشمس إلى الأرض. ^[96]

في القرن التاسع عشر، طور هيبوليت فيزو طريقة لتحديد سرعة الضوء بناءً على قياسات زمن الرحلة على الأرض وأبلغ عن قيمة315000  كم/ثانية . [ ^146] تم تحسين طريقته بواسطة ليون فوكو الذي حصل على قيمة298000  كم/ثانية في عام 1862. ^[105] في عام 1856، قام فيلهلم إدوارد فيبر ورودولف كولراوش بقياس نسبة وحدات الشحنة الكهرومغناطيسية والكهروستاتيكية، 1/ √ ε ₀ μ ₀ ، عن طريق تفريغ جرة ليدن ، ووجدوا أن قيمتها العددية كانت قريبة جدًا من سرعة الضوء كما قاسها فيزو مباشرة. في العام التالي، حسب جوستاف كيرشوف أن الإشارة الكهربائية في سلك بلا مقاومة تنتقل على طول السلك بهذه السرعة. ^[147]

في أوائل ستينيات القرن التاسع عشر، أظهر ماكسويل أنه وفقًا لنظرية الكهرومغناطيسية التي كان يعمل عليها، تنتشر الموجات الكهرومغناطيسية في الفضاء الفارغ ^[148] بسرعة تساوي نسبة ويبر/كولراوش المذكورة أعلاه، ولفت الانتباه إلى القرب العددي لهذه القيمة من سرعة الضوء كما قاسها فيزو، واقترح أن الضوء هو في الواقع موجة كهرومغناطيسية. ^[149] دعم ماكسويل ادعائه بتجربته الخاصة المنشورة في المعاملات الفلسفية عام 1868 والتي حددت نسبة الوحدات الكهرومغناطيسية والكهربائية. ^[150]

كانت خصائص الموجة للضوء معروفة جيدًا منذ توماس يونج . في القرن التاسع عشر، اعتقد الفيزيائيون أن الضوء ينتشر في وسط يسمى الأثير (أو الأثير). ولكن بالنسبة للقوة الكهربائية، يبدو الأمر أشبه بقوة الجاذبية في قانون نيوتن. لم تكن هناك حاجة إلى وسط ناقل. بعد أن وحدت نظرية ماكسويل الضوء والموجات الكهربائية والمغناطيسية، كان من المفضل أن تنتشر كل من الموجات الضوئية والكهربائية المغناطيسية في نفس وسط الأثير (أو يسمى الأثير المضيء ). ^[151]

كان يُعتقد في ذلك الوقت أن الفضاء الفارغ كان ممتلئًا بوسط خلفي يسمى الأثير المضيء الذي يوجد فيه المجال الكهرومغناطيسي. اعتقد بعض الفيزيائيين أن هذا الأثير كان بمثابة إطار مرجعي مفضل لانتشار الضوء وبالتالي يجب أن يكون من الممكن قياس حركة الأرض بالنسبة لهذا الوسط، من خلال قياس خواص سرعة الضوء. بدءًا من ثمانينيات القرن التاسع عشر، تم إجراء العديد من التجارب لمحاولة اكتشاف هذه الحركة، وأشهرها التجربة التي أجراها ألبرت أ. ميشيلسون وإدوارد دبليو مورلي في عام 1887. ^{[152] [153]} وجد أن الحركة المكتشفة كانت دائمًا صفرًا (ضمن خطأ الرصد). تشير التجارب الحديثة إلى أن سرعة الضوء في الاتجاهين متساوية الخواص (نفس الشيء في كل اتجاه) إلى 6 نانومتر في الثانية. ^[154]

وبسبب هذه التجربة اقترح هندريك لورنتز أن حركة الجهاز عبر الأثير قد تتسبب في انكماش الجهاز على طوله في اتجاه الحركة، وافترض كذلك أن متغير الوقت للأنظمة المتحركة يجب أن يتغير أيضًا وفقًا لذلك ("الوقت المحلي")، مما أدى إلى صياغة تحويل لورنتز . واستنادًا إلى نظرية الأثير للورنتز ، أظهر هنري بوانكاريه (1900) أن هذا الوقت المحلي (إلى الدرجة الأولى في v / c ) يُشار إليه بواسطة الساعات التي تتحرك في الأثير، والتي تتم مزامنتها تحت افتراض سرعة الضوء الثابتة. في عام 1904، تكهن بأن سرعة الضوء يمكن أن تكون سرعة محدودة في الديناميكيات، بشرط تأكيد جميع افتراضات نظرية لورنتز. في عام 1905، جلب بوانكاريه نظرية الأثير للورنتز إلى اتفاق رصدي كامل مع مبدأ النسبية . ^{[155] [156]}

في عام 1905، افترض أينشتاين منذ البداية أن سرعة الضوء في الفراغ، التي يقيسها مراقب غير متسارع، لا تعتمد على حركة المصدر أو المراقب. وباستخدام هذا ومبدأ النسبية كأساس، استنتج نظرية النسبية الخاصة ، حيث ظهرت سرعة الضوء في الفراغ c باعتبارها ثابتًا أساسيًا، كما ظهرت أيضًا في سياقات غير مرتبطة بالضوء. وهذا جعل مفهوم الأثير الثابت (الذي لا يزال لورنتز وبوانكاريه ملتزمين به) عديم الفائدة وأحدث ثورة في مفاهيم المكان والزمان. ^{[157] [158]}

في النصف الثاني من القرن العشرين، تم تحقيق تقدم كبير في زيادة دقة قياسات سرعة الضوء، أولاً من خلال تقنيات الرنين التجويفية ثم من خلال تقنيات مقياس التداخل بالليزر. وقد ساعدت في ذلك تعريفات جديدة أكثر دقة للمتر والثانية. في عام 1950، حدد لويس إيسن السرعة على أنها299 792.5 ± 3.0 كم/ثانية ، باستخدام رنين التجويف. ^[112] تم اعتماد هذه القيمة من قبل الجمعية العامة الثانية عشرة للاتحاد العلمي الراديوي في عام 1957. في عام 1960، تم إعادة تعريف المتر من حيث الطول الموجي لخط طيفي معين للكريبتون -86 ، وفي عام 1967، تم إعادة تعريف الثانية من حيث تردد الانتقال فائق الدقة للحالة الأرضية للسيزيوم-133 . ^[159]

في عام 1972، باستخدام طريقة مقياس التداخل بالليزر والتعريفات الجديدة، قامت مجموعة من المكتب الوطني الأمريكي للمعايير في بولدر، كولورادو، بتحديد سرعة الضوء في الفراغ لتكون c  = 299 792 456 .2 ± 1.1 م/ث . وكان هذا أقل عدم يقين بمقدار 100 مرة من القيمة المقبولة سابقًا. وكان عدم اليقين المتبقي مرتبطًا بشكل أساسي بتعريف المتر. ^{[ملاحظة 16] [118]} نظرًا لأن التجارب المماثلة وجدت نتائج مماثلة لـ c ، فقد أوصى المؤتمر العام الخامس عشر للأوزان والمقاييس في عام 1975 باستخدام القيمة299 792 458  م/ث لسرعة الضوء. ^[162]

في عام 1983، وجد الاجتماع السابع عشر للمؤتمر العام للأوزان والمقاييس (CGPM) أن أطوال الموجات من قياسات التردد وقيمة معينة لسرعة الضوء أكثر قابلية للتكرار من المعيار السابق. لقد احتفظوا بتعريف عام 1967 للثانية، لذلك فإن تردد السيزيوم فائق الدقة سيحدد الآن كل من الثانية والمتر. للقيام بذلك، أعادوا تعريف المتر على أنه "طول المسار الذي يسلكه الضوء في الفراغ خلال فترة زمنية تبلغ 1/"299 792 458 من الثانية". ^[93]

ونتيجة لهذا التعريف فإن قيمة سرعة الضوء في الفراغ تساوي بالضبط299 792 458  م/ث ^{[163] [164]} وأصبحت ثابتة محددة في نظام الوحدات الدولي. ^[14] لم تعد التقنيات التجريبية المحسنة التي كانت تقيس سرعة الضوء قبل عام 1983 تؤثر على القيمة المعروفة لسرعة الضوء في وحدات النظام الدولي للوحدات، بل تسمح بدلاً من ذلك بتحقيق أكثر دقة للمتر من خلال قياس الطول الموجي للكريبتون-86 ومصادر الضوء الأخرى بدقة أكبر. ^{[165] [166]}

في عام 2011، أعلنت اللجنة العامة للمقاييس والموازين عن نيتها إعادة تعريف جميع وحدات النظام الدولي للوحدات السبع باستخدام ما أسمته "صيغة الثابت الصريح"، حيث يتم تعريف كل "وحدة بشكل غير مباشر من خلال تحديد قيمة دقيقة صراحة لثابت أساسي معروف جيدًا"، كما حدث بالنسبة لسرعة الضوء. واقترحت صياغة جديدة، ولكنها مكافئة تمامًا، لتعريف المتر: "المتر، الرمز م، هو وحدة الطول؛ يتم تحديد مقداره من خلال تحديد القيمة العددية لسرعة الضوء في الفراغ لتكون مساوية تمامًا لـ299 792 458 عندما يتم التعبير عنها بوحدة النظام الدولي للوحدات ms ⁻¹ ." ^[167] كان هذا أحد التغييرات التي تم دمجها في مراجعة عام 2019 للنظام الدولي للوحدات ، والتي يطلق عليها أيضًا النظام الدولي للوحدات الجديد . ^[168]

• "اختبار سرعة الضوء في أنبوب مفرغ طوله ميل واحد". مجلة العلوم الشعبية ، سبتمبر 1930، ص 17-18.
• تعريف المتر (المكتب الدولي للأوزان والمقاييس، BIPM)
• سرعة الضوء في الفراغ (المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا، NIST)
• معرض البيانات: سرعة الضوء لميشيلسون (تقدير الموقع أحادي المتغير) (تحميل البيانات التي جمعها ألبرت أ. ميشيلسون )
• Subluminal (تطبيق Java من تصميم Greg Egan يوضح حدود معلومات سرعة المجموعة)
• مناقشة خفيفة حول إضافة السرعات
• سرعة الضوء (ستون رمزًا، قسم الفيزياء بجامعة نوتنغهام [فيديو])
• سرعة الضوء،  مناقشة على راديو بي بي سي 4 ( في عصرنا ، 30 نوفمبر 2006)
• سرعة الضوء (Live-Counter – الرسوم التوضيحية)
• سرعة الضوء – عروض توضيحية متحركة
• "سرعة الضوء"، ألبرت أ. نيكلسون، مجلة ساينتفك أمريكان ، 28 سبتمبر 1878، ص 193