Скорость света в вакууме , обычно обозначаемая с , является универсальной физической константой , важной во многих областях физики . Его точное значение определяется как299 792 458 метров в секунду (примерно 300 000 км/с или 186 000 миль/с). [Примечание 3] Согласно специальной теории относительности , с — это верхний предел скорости, с которой обычная материя , энергия или любой сигнал, несущий информацию , могут перемещаться в пространстве .
Все формы электромагнитного излучения — не только видимый свет — распространяются со скоростью света. Для многих практических целей кажется, что свет и другие электромагнитные волны распространяются мгновенно, но для больших расстояний и очень чувствительных измерений их конечная скорость оказывает заметное влияние. Звездный свет , видимый на Земле , покинул звезды много лет назад, что позволило людям изучать историю Вселенной, наблюдая за удаленными объектами. При связи с удаленными космическими зондами передача сообщения между Землей и космическим кораблем может занять от нескольких минут до нескольких часов. В вычислительной технике , 1 / cэто предельная минимальная задержка связи между компьютерами , с памятью компьютера и внутри центрального процессора . Скорость света можно использовать с измерением времени полета для измерения больших расстояний с высокой точностью.
Оле Рёмер впервые продемонстрировал в 1676 году , что свет распространяется с конечной скоростью (не мгновенно), изучая видимое движение спутника Юпитера Ио . В последующие столетия появились все более точные измерения его скорости. В 1865 году Джеймс Клерк Максвелл предположил, что свет представляет собой электромагнитную волну и, следовательно, распространяется со скоростью c , указанной в его теории электромагнетизма. [4] В 1905 году Альберт Эйнштейн постулировал, что скорость света с по отношению к любой инерциальной системе отсчета является постоянной и не зависит от движения источника света. [5]Он исследовал последствия этого постулата, выведя теорию относительности, и при этом показал, что параметр с имеет значение вне контекста света и электромагнетизма.
Безмассовые частицы и возмущения поля , такие как гравитационные волны , также распространяются со скоростью c в вакууме. Такие частицы и волны движутся со скоростью с независимо от движения источника или инерциальной системы отсчета наблюдателя . Частицы с отличной от нуля массой покоя могут приблизиться к c , но никогда не достигнут ее, независимо от системы отсчета, в которой измеряется их скорость. В специальной и общей теориях относительности c связывает пространство и время , а также фигурирует в известном уравнении эквивалентности массы и энергии ,Е = мк 2 . [6] В некоторых случаях может казаться, что объекты или волны движутся быстрее света (например , фазовые скорости волн, появление некоторых высокоскоростных астрономических объектов и определенные квантовые эффекты ). Расширение Вселенной понимается как превышение скорости света за определенной границей .
Скорость, с которой свет распространяется через прозрачные материалы , такие как стекло или воздух, меньше с ; точно так же скорость электромагнитных волн в проволочных кабелях меньше c . Отношение между c и скоростью v , с которой свет распространяется в материале, называется показателем преломления n материала ( n = c / v ). Например, для видимого света показатель преломления стекла обычно составляет около 1,5, что означает, что свет в стекле распространяется со скоростью c / 1,5 ≈ 200 000 км/с ( 124000 миль/с); показательпреломления воздухадля видимого света составляет около 1,0003, поэтому скорость света в воздухе примерно на 90 км/с (56 миль/с) медленнее, чемc.