Кіріспе
Вакуумдағы электромагниттік толқындардың жылдамдығы Вакуумдағы жарық жылдамдығы, әдетте c деп белгіленеді, – бұл нақты мәні белгілі әмбебап физикалық тұрақты. Арнайы салыстырмалылық теориясына сәйкес, c – әдеттегі материя немесе энергия (соның салдарынан ақпаратты тасымалдайтын кез келген сигнал) кеңістікте қозғала алатын жылдамдықтың ең жоғары шегі. Электромагниттік сәулеленудің барлық түрлері, соның ішінде көрінетін жарық, жарық жылдамдығында қозғалады. Көптеген практикалық жағдайларда жарық және басқа электромагниттік толқындар бірден тарағандай көрінеді, бірақ ұзақ қашықтықтарда және өте жоғары сезімталдық өлшемдерде олардың шекті жылдамдығы байқалады. Жерде көрінетін әрбір жұлдыздың жарығы алыс өткеннен келгендіктен, адамдар алыстағы нысандарды қарап ғаламның тарихын зерттеуге мүмкіндік алады. Алыстағы ғарыш зондтарымен байланыс орнату кезінде сигналдардың жетіп баруына минуттар немесе сағаттар қажет болуы мүмкін. Есептеу техникасында жарық жылдамдығы ең төменгі байланыс кешігуін анықтайды. Жарық жылдамдығын ұшу уақыты өлшемдерінде үлкен қашықтықтарды өте жоғары дәлдікпен өлшеу үшін пайдалануға болады. Оле Рёмер 1676 жылы Юпитердің Ай Айоның көрінетін қозғалысын зерттеу арқылы жарықтың бірден қозғалмайтынын алғаш рет көрсетті. Келесі ғасырларда оның жылдамдығын одан да дәл өлшеуге мүмкіндік болды. 1865 жылы жарық туралы мақаласында Джеймс Клерк Максвелл жарықтың электромагниттік толқын екенін және сондықтан c жылдамдығымен қозғалатынын ұсынды. 1905 жылы Альберт Эйнштейн жарық жылдамдығы c кез келген инерциялық санақ жүйесіне қатысты тұрақты екенін және жарық көзінің қозғалысына тәуелсіз екенін жорамалдады. Ол салыстырмалылық теориясын туындытып, осы постулаттың салдарларын зерттеді, соның нәтижесінде c параметрі жарық пен электромагнетизм контексінен тыс маңызға ие екенін көрсетті. Массасыз бөлшектер және гравитациялық толқындар сияқты өріс бұзылыстары да вакуумда c жылдамдығымен қозғалады. Мұндай бөлшектер мен толқындар көздің қозғалысына немесе бақылаушының инерциялық санақ жүйесіне қарамастан c жылдамдығымен қозғалады. Нөлдік емес тынығу массасы бар бөлшектерді c жылдамдығына жақындауға дейін үдетуге болады, бірақ олар оған ешқашан жете алмайды, олардың жылдамдығы өлшенетін санақ жүйесіне қарамастан. Салыстырмалылық теориясында c кеңістік пен уақытты байланыстырады және белгілі масса-энергия эквиваленттігінде пайда болады. Кейбір жағдайларда нысандар немесе толқындар жарықтан жылдам қозғалатын сияқты көрінеді (мысалы, толқындардың фазалық жылдамдықтары, кейбір жоғары жылдамдықты астрономиялық нысандардың пайда болуы және нақты кванттық эффектілер). Ғаламның кеңеюі белгілі бір шекарадан асып түскенде жарық жылдамдығынан асып түсетіні түсініледі. Шыны немесе ауа сияқты мөлдір материалдар арқылы жарықтың таралу жылдамдығы c-ден аз; сонымен қатар, сым кабельдеріндегі электромагниттік толқындардың жылдамдығы c-ден төмен. c мен материалдағы жарықтың жылдамдығы v арасындағы қатынас материалдың сындыру көрсеткіші n деп аталады. Мысалы, көрінетін жарық үшін шынының сындыру көрсеткіші әдетте 1,5-ке жуық, яғни шыныдағы жарық көрінетін жарық үшін ауаның сындыру көрсеткіші шамамен 1,0003, сондықтан ауадағы жарықтың жылдамдығы c-ден азырақ.
The speed of light in vacuum, commonly denoted c, is a universal physical constant that is exactly equal to ). According to the special theory of relativity, c is the upper limit for the speed at which conventional matter or energy (and thus any signal carrying information) can travel through space. All forms of electromagnetic radiation, including visible light, travel at the speed of light. For many practical purposes, light and other electromagnetic waves will appear to propagate instantaneously, but for long distances and very sensitive measurements, their finite speed has noticeable effects. Any starlight viewed on Earth is from the distant past, allowing humans to study the history of the universe by viewing distant objects. When communicating with distant space probes, it can take minutes to hours for signals to travel. In computing, the speed of light fixes the ultimate minimum communication delay. The speed of light can be used in time of flight measurements to measure large distances to extremely high precision. Ole Rømer first demonstrated in 1676 that light does not travel instantaneously by studying the apparent motion of Jupiter's moon Io. Progressively more accurate measurements of its speed came over the following centuries. In a paper published in 1865, James Clerk Maxwell proposed that light was an electromagnetic wave and, therefore, travelled at speed c. In 1905, Albert Einstein postulated that the speed of light c with respect to any inertial frame of reference is a constant and is independent of the motion of the light source. He explored the consequences of that postulate by deriving the theory of relativity and, in doing so, showed that the parameter c had relevance outside of the context of light and electromagnetism. Massless particles and field perturbations, such as gravitational waves, also travel at speed c in vacuum. Such particles and waves travel at c regardless of the motion of the source or the inertial reference frame of the observer. Particles with nonzero rest mass can be accelerated to approach c but can never reach it, regardless of the frame of reference in which their speed is measured. In the theory of relativity, c interrelates space and time and appears in the famous mass–energy equivalence,
In some cases, objects or waves may appear to travel faster than light (e. g., phase velocities of waves, the appearance of certain high speed astronomical objects, and particular quantum effects). The expansion of the universe is understood to exceed the speed of light beyond a certain boundary. The speed at which light propagates through transparent materials, such as glass or air, is less than c; similarly, the speed of electromagnetic waves in wire cables is slower than c. The ratio between c and the speed v at which light travels in a material is called the refractive index n of the material For example, for visible light, the refractive index of glass is typically around 1.5, meaning that light in glass travels at ; the refractive index of air for visible light is about 1.0003, so the speed of light in air is about slower than c.
Сандық мәні, белгісі және бірліктері
Вакуумдағы жарық жылдамдығы әдетте "тұрақты" деген кіші әріппен немесе латынша "celeritas" (мағынасы – "шапшаңдық, жылдамдық") деген сөзбен белгіленеді. 1856 жылы Вильгельм Эдуард Вебер мен Рудольф Кольрауш c әрпін басқа тұрақтыны белгілеу үшін қолданған, кейіннен ол вакуумдағы жарық жылдамдығына пропорционал екені анықталды. Тарихи тұрғыдан, жарық жылдамдығын белгілеу үшін V символы да қолданылған, оны 1865 жылы Джеймс Клерк Максвелл енгізген. 1894 жылы Пол Друд c әрпін қазіргі мағынасында қайта анықтады. Эйнштейн 1905 жылы жарыққа қатысты ерекше салыстырмалылық теориясы туралы неміс тіліндегі алғашқы мақалаларында V символын қолданған, бірақ 1907 жылы ол c әрпіне ауысты, ол сол кезде жарық жылдамдығының стандартты символына айналды. Кейде c әрпі кез келген материалдық ортадағы толқындардың жылдамдығын, ал c₀ әрпі вакуумдағы жарық жылдамдығын белгілеу үшін қолданылады. Бұл белгілеу тәсілі ресми SI әдебиетінде қолдауға ие және осыған ұқсас электромагниттік тұрақтылар үшін де қолданылады: атап айтқанда, μ₀ вакуумдық өтімділікті немесе магниттік тұрақтыны, ε₀ вакуумдық диэлектрлік өтімділікті немесе электрлік тұрақтыны және Z₀ бос кеңістіктің кедергісін білдіреді. Осы мақалада c әрпі тек вакуумдағы жарық жылдамдығын белгілеу үшін қолданылады.
Бөлшектік жүйелерде қолдану
1983 жылдан бері тұрақты шама c Халықаралық бірліктер жүйесінде (SI) дәл 299 792 458 ретінде анықталды; бұл қатынас метрді вакуумде бір секунд ішінде жарық жүріп өтетін қашықтық деп анықтау үшін қолданылады. c шамасының және секундының нақты өлшемінің көмегімен метр стандарты белгіленеді. Өлшемді физикалық тұрақты ретінде c-ның сандық мәні әртүрлі бірлік жүйелерінде өзгеше болады. Мысалы, британдық бірліктерде жарық жылдамдығы секундына шамамен 186 282 мильге, немесе шамамен 1 футқа наносекунд сайын тең. c жиі кездесетін физика салаларында, мысалы, салыстырмалылық теориясында, табиғи бірліктер жүйесі немесе геометриялық бірліктер жүйесі қолданылуы кең таралған, себебі бұл бірліктерді пайдаланғанда c-ны көбейту немесе бөлу нәтижеге әсер етпейді. Оның жарық секундының секундымен өлшенетін бірлігі, алынып тасталған жағдайда да маңыздылығын сақтайды.
Физикадағы негізгі рөлі
Жарық толқынының вакуумда таралу жылдамдығы толқын көзінің қозғалысына да, бақылаушының инерциялық санақ жүйесіне де тәуелсіз. Бұл жарық жылдамдығының инварианттығын 1905 жылы Эйнштейн тұжырымдаған, содан бері көптеген тәжірибелер арқылы тұрақты расталған. Жарықтың екі бағытты жылдамдығын (мысалы, көзден айнаға және кері) санақ жүйесіне тәуелді емес екенін тәжірибе арқылы тексеруге болады, себебі жарықтың бір бағытты жылдамдығын (мысалы, көзден алыс детекторға) көз бен детектордағы сағаттардың синхрондалуын қалай жүзеге асыру керектігі туралы келісімсіз өлшеу мүмкін емес. Арнайы салыстырмалылық теориясы физика заңдары барлық инерциялық санақ жүйелерінде бірдей деген тұжырымдаманы пайдаланып, c-нің осы инварианттығының салдарларын зерттейді. Оның бір салдары – c, барлық массасыз бөлшектер мен толқындардың, соның ішінде жарықтың, вакуумдағы жылдамдығы болып табылады. Арнайы салыстырмалылық теориясы көптеген интуицияға қайшы және тәжірибелік түрде тексерілген салдарға ие. Оларға масса мен энергияның теңдестігі, ұзындықтың қысқаруы (қозғалатын денелер қысқарады) және уақыттың өзгеруі (қозғалатын сағаттар баяу жүреді) жатады. Ұзындықтың қысқаруы мен уақыттың өзгеруіне байланысты γ коэффициенті Лоренц коэффициенті деп аталады және v – дененің жылдамдығы болғанда былай беріледі: . γ мен 1 арасындағы айырмашылық c-ден әлдеқайда төмен жылдамдықтарда, мысалы, күнделікті жылдамдықтарда елеусіз, онда арнайы салыстырмалылық теориясы Галилейдің салыстырмалылық теориясына жақын, бірақ ол релятивистік жылдамдықтарда артады және v, c-ге жақындағанда шексіздікке ұмтылады. Мысалы, γ = 2 уақыттың өзгеру коэффициенті жарық жылдамдығының 86,6% салыстырмалы жылдамдығында (v = 0,866c) пайда болады. Сол сияқты, γ = 10 уақыттың өзгеру коэффициенті жарық жылдамдығының 99,5% -ында (v = 0,995c) пайда болады. Арнайы салыстырмалылық теориясының нәтижелерін кеңістік пен уақытты кеңістік-уақыт деп аталатын біртұтас құрылым ретінде қарастыру арқылы (c кеңістік пен уақыт бірліктерін байланыстырады) және физикалық теориялардың Лоренц инварианттығы деп аталатын арнайы симметрияны қанағаттандыруын талап ету арқылы қорытындылауға болады, оның математикалық формуласында c параметрі бар. Лоренц инварианттығы – кванттық электродинамика, кванттық хромодинамика, бөлшектер физикасының стандартты моделі және жалпы салыстырмалылық сияқты қазіргі заманғы физикалық теориялар үшін негізгі болжам. Осылайша, c параметрі қазіргі физикада кең таралған, жарықпен тікелей байланысы жоқ көптеген жағдайларда кездеседі. Мысалы, жалпы салыстырмалылық теориясы c гравитация мен гравитациялық толқындардың жылдамдығы екенін болжайды, ал гравитациялық толқындарды байқау осы болжамды растады. Инерциялық емес санақ жүйелерінде (гравитациялық қисық кеңістікте немесе үдемелі санақ жүйелерінде) жарықтың жергілікті жылдамдығы тұрақты және c-ге тең, бірақ жарықтың жылдамдығы алыс санақ жүйесінен өлшенгенде, өлшеулерді аймаққа экстраполяциялау тәсіліне байланысты c-ден өзгеше болуы мүмкін. Мұндай өзгерістердің нақтылы дәлелі табылмаған, бірақ олар зерттеулердің тақырыбы болып қалады. Жарықтың екі бағытты жылдамдығы изотроптық деп есептеледі, яғни ол өлшенген бағытына қарамастан бірдей мәнге ие. Ядролық энергия деңгейлерінен шығатын эмиссияларды магнит өрісінде сәуле шығарушы ядролардың бағытының функциясы ретінде бақылау (Хьюз-Древер тәжірибесі) және айналатын оптикалық резонаторларды зерттеу (резонатор тәжірибесі) екі бағытты анизотропияға қатаң шектеулер қойды.
Жылдамдықтың жоғарғы шегі
Арнайы салыстырмалылық теориясына сәйкес, тынығу массасы m және жылдамдығы v бар объектінің энергиясы келесі формуламен беріледі: , мұндағы γ – жоғарыда анықталған Лоренц коэффициенті. v нөлге тең болса, γ бірге тең болады, осылайша масса-энергия эквиваленттігінің белгілі формуласы туындайды. γ коэффициенті v шамасы c-ге жақындаған сайын шексіздікке жақындайды, ал массасы бар объектіні жарық жылдамдығына дейін үдету үшін шексіз мөлшерде энергия қажет. Жарық жылдамдығы – оң тынығу массасы бар объектілердің жылдамдықтарының жоғарғы шегі, ал жеке фотондар жарық жылдамдығынан асып түспейді. Бұл релятивистік энергия мен импульс бойынша жүргізілген көптеген тәжірибелерде эксперименталдық түрде расталған. Жалпы алғанда, сигналдардың немесе энергияның c жылдамдығынан жоғары жылдамдықпен таралуы мүмкін емес. Бұл тұжырымның бір дәлелі – арнайы салыстырмалылық теориясының бір мезгілделік принципінен туындайтын интуицияға қайшы келетін салдары. Егер екі оқиға А мен В арасындағы кеңістіктік қашықтық, олардың арасындағы уақыт аралығын c-ге көбейтуден артық болса, онда А-ның В-ден бұрын, ал В-нің А-дан бұрын болатын, сондай-ақ олардың бір мезгілде болатын координаттық жүйелер табылады. Осының салдарынан, егер бір нәрсе инерциялық координаттық жүйеге қатысты c жылдамдығынан жоғары жылдамдықпен қозғалса, ол басқа координаттық жүйеге қатысты уақытқа қарай кері жылдамдықпен қозғалады, ал себеп-салдарлық байланыс бұзылады. Мұндай координаттық жүйеде "салдары" "себебінен" бұрын байқалуы мүмкін. Мұндай себеп-салдарлық байланыстың бұзылуының ешқандай тіркелген деректері жоқ.
Жарықтан жылдамдықты бақылау және тәжірибелер
Материя, энергия немесе сигналды тасымалдайтын ақпарат жарық жылдамдығынан (c) жоғары жылдамдықпен қозғалғандай көрінетін жағдайлар бар, бірақ іс жүзінде олай болмайды. Мысалы, төменде келтірілген ортада жарық таралуы туралы талқылауда көрсілгендей, көптеген толқын жылдамдықтары c-ден асып кетуі мүмкін. Көптеген шынылар арқылы Х-сәулелерінің фазалық жылдамдығы әдетте c-ден жоғары болады, бірақ фазалық жылдамдық толқындардың ақпаратты жеткізу жылдамдығын анықтамайды. Егер лазер сәулесі алыс нысанға жылдам қозғалса, жарық нүктесі c-ден жылдам қозғалғандай көрінеді, бірақ нүктенің бастапқы қозғалысы, жарықтың алыс нысанға c жылдамдығымен жетуіне кеткен уақытқа байланысты кешіктіріледі. Дегенмен, қозғалатын жалғыз физикалық нысандар – лазер және одан шыққан жарық, ол лазерден нүктенің әртүрлі орнына c жылдамдығымен жетеді. Сол сияқты, алыс нысанға түсірілген көлеңке де уақыт кешігуімен c жылдамдығынан жылдам қозғалғандай көрінеді. Ешбір жағдайда материя, энергия немесе ақпарат жарықтан жылдам қозғалмайды. Екі нысанның бір-біріне қатысты қозғалатын есептеу жүйесіндегі арақашықтығының өзгеру жылдамдығы (олардың жақындасу жылдамдығы) c-ден аспайтын мәнге ие болуы мүмкін. Алайда, бұл бір инерциялық есептеу жүйесінде өлшенген жалғыз нысанның жылдамдығын білдірмейді. Жарық жылдамдығынан жоғары жылдамдықтарды болжауға мүмкіндік беретін тағы бір кванттық эффект – Хартман эффектісі: белгілі бір жағдайларда виртуалды бөлшектің тосқауыл арқылы туннельдеуіне қажетті уақыт тосқауылдың қалыңдығына қарамастан тұрақты болады. Бұл виртуалды бөлшектің үлкен аралықты жарықтан жылдам өтуіне әкелуі мүмкін. Алайда, бұл эффектті пайдаланып ешқандай ақпаратты жіберуге болмайды. Кейбір астрономиялық нысандар, мысалы, радиогалактикалар мен квазарлардың релятивистік джеттері «жарықтан асып түсетін» қозғалысқа ие болып көрінеді. Алайда, бұл джеттер жарық жылдамдығынан асып түсетін жылдамдықпен қозғалмайды: көрінетін «жарықтан асып түсетін» қозғалыс – бұл жарық жылдамдығына жақын қозғалатын және көзге көрінетін бағытқа қарағанда кіші бұрышпен Жерге жақындаған нысандардың проекциялық эффектісі. Джет алыста болған кезде шығарылған жарық Жерге жету үшін көбірек уақыт жұмсайтындықтан, екі тізбекті бақылау арасындағы уақыт жарық сәулелерінің шығарылған сәттері арасындағы ұзақ уақытқа сәйкес келеді. 2011 жылы нейтриноның жарықтан жылдам қозғалатыны байқалған эксперимент, шындығында, эксперименттік қателік екені анықталды. Кеңейіп жатқан Ғайматамның модельдерінде галактикалар бір-бірінен алшақтаған сайын, олардың алшақтау жылдамдығы артады. Мысалы, Жерден алыс галактикалардың Жерден алшақтау жылдамдығы олардың қашықтығына пропорционалды деп есептеледі. Хаббл сферасы деп аталатын шекарадан тыс жерде олардың Жерден алшақтау жылдамдығы жарық жылдамдығынан асып кетеді. Бұл алшақтау жылдамдықтары, космологиялық уақытқа сәйкес нақты қашықтықтың өсуі ретінде анықталады, релятивистік мағынада жылдамдықтар емес. Жарықтан асып түсетін космологиялық алшақтау жылдамдықтары – координаталық артефакттар ғана.
Жарықтың таралуы
Классикалық физикада жарық электромагниттік толқынның бір түрі ретінде сипатталады. Электромагниттік өрістің классикалық мінез-құлқы Максвелл теңдеулерімен сипатталады, олар электромагниттік толқындардың (мысалы, жарық) вакуумда таралу жылдамдығы c вакуумның таратылған сыйымдылығы мен индуктивтілігіне байланысты екенін болжайды, әйтпесе олар электрлік тұрақты ε0 және магниттік тұрақты μ0 деп аталады. Қазіргі кванттық физикада электромагниттік өрісті кванттық электродинамика теориясы (QED) сипаттайды. Бұл теорияда жарық фотондар деп аталатын электромагниттік өрістің негізгі қозулары (немесе кванттары) арқылы сипатталады. QED-де фотондар массасыз бөлшектер болып табылады, сондықтан арнайы салыстырмалылық теориясына сәйкес олар вакуумда жарық жылдамдығында қозғалады. Қатаң сынақтарда жарық жылдамдығының жиілікке байланысты өзгеруі байқалмаған, бұл фотонның массасына қатаң шектеулер қойды. Алынған шек пайдаланылған модельге байланысты: егер массивті фотон Прока теориясымен сипатталса, оның массасының эксперименттік жоғарғы шегі шамамен 10−57 граммды құрайды; егер фотонның массасы Хиггс механизмі арқылы туындаса, эксперименттік жоғарғы шек азырақ анықталған (шамамен 2 × 10−47 г).
In modern quantum physics, the electromagnetic field is described by the theory of quantum electrodynamics (QED). In this theory, light is described by the fundamental excitations (or quanta) of the electromagnetic field, called photons. In QED, photons are massless particles and thus, according to special relativity, they travel at the speed of light in vacuum. No variation of the speed of light with frequency has been observed in rigorous testing, putting stringent limits on the mass of the photon. The limit obtained depends on the model used: if the massive photon is described by Proca theory, the experimental upper bound for its mass is about 10−57 grams; if photon mass is generated by a Higgs mechanism, the experimental upper limit is less sharp, (roughly 2 × 10−47 g).
Орталықта
Ортада жарық әдетте c жылдамдығына тең жылдамдықпен таралмайды; сонымен қатар, жарық толқындарының әртүрлі түрлері әртүрлі жылдамдықпен жүреді. Жазық толқынның (барлық кеңістікті бір ғана жиілікпен толтыратын толқын) жеке қырлары мен төменгі деңгейлері таралатын жылдамдық фазалық жылдамдық vp деп аталады. Шектелген кеңістігі бар физикалық сигнал (жарық импульсі) басқа жылдамдықпен жүреді. Импульстің жалпы қабықшасы топтық жылдамдықпен vg, ал оның ең алғашқы бөлігі фронттық жылдамдықпен vf жүріп өтеді. Фазалық жылдамдық жарық толқынының материал арқылы немесе бір материалдан екіншісіне қалай өтуін анықтау үшін маңызды. Ол көбінесе сыну көрсеткіші ретінде беріледі. Материалдың сыну көрсеткіші c-нің материалдағы фазалық жылдамдық vp-ге қатынасы ретінде анықталады: сыну көрсеткіші жоғары болса, жылдамдық төмен болады. Материалдың сыну көрсеткіші жарықтың жиілігіне, қарқындылығына, поляризациясына немесе таралу бағытына байланысты болуы мүмкін; бірақ көп жағдайда оны материалға тәуелді тұрақты ретінде қарастыруға болады. Ауаның сыну көрсеткіші шамамен 1.0003-ке тең. Су, шыны және алмаз сияқты тығыз орталардың көрінетін жарық үшін сыну көрсеткіштері шамамен 1.3, 1.5 және 2.4-ке тең. Бозе-Эйнштейн конденсаты сияқты абсолютті нөлге жақын экзотикалық материалдарда жарықтың тиімді жылдамдығы секундына бірнеше метр ғана болуы мүмкін. Дегенмен, бұл материалдық заттардағы c жылдамдығынан төмен болатын барлық жылдамдықтар сияқты, атомдар арасындағы сіңіру және қайта сәулеленудің кешігуін көрсетеді. Материядағы жарықтың "баяулауының" ең шекті мысалы ретінде екі тәуелсіз физиктер тобы рубидий элементінің Бозе-Эйнштейн конденсаты арқылы өткізу арқылы жарықты "толық тоқтатуға" жеткендерін мәлімдеді. Бұл тәжірибелерде жарықтың "тоқтатылуы" туралы кең таралған түсіндірме атомдардың қозу күйлерінде сақталып, кейін екінші лазерлік импульспен ынталандырылған кезде қайта шығарылатын жарыққа ғана қатысты. Сол сәтте ол жарық болмай қойды. Мұндай мінез-құлық жарық жылдамдығын "баяулатуға" мүмкіндік беретін барлық мөлдір орталар үшін микроскопиялық деңгейде жалпыға ортақ. Мөлдір материалдарда сыну көрсеткіші әдетте 1-ден жоғары болады, яғни фазалық жылдамдық c-ден азырақ. Басқа материалдарда сыну көрсеткіші кейбір жиіліктерде 1-ден төмен болуы мүмкін; кейбір экзотикалық материалдарда сыну көрсеткіші тіпті теріс болуы мүмкін. Себеп-салдарлық қағидасы бұзылмауы үшін кез келген материалдың диэлектрлік тұрақтысының нақты және жорамал бөліктері, тиісінше сыну көрсеткішіне және әлсіреу коэффициентіне сәйкес келеді, олар Крамерс-Крониг қатынастарымен байланысты. Практикалық тұрғыдан алғанда, бұл сыну көрсеткіші 1-ден төмен материалда толқын тез сіңіріледі дегенді білдіреді. Әртүрлі топтық және фазалық жылдамдықтары бар импульс (фазалық жылдамдық импульстің барлық жиіліктері үшін бірдей болмаса) уақыт өте келе кеңейеді, бұл процесс дисперсия деп аталады. Кейбір материалдар жарық толқындары үшін ерекше төмен (немесе тіпті нөл) топтық жылдамдыққа ие, бұл құбылыс баяу жарық деп аталады. Керісінше, c-ден асып түсетін топтық жылдамдықтар 1993 жылы теориялық тұрғыдан ұсынылып, 2000 жылы тәжірибе жүзінде жүзеге асырылды. Тіпті топтық жылдамдықтың шексіз немесе теріс болуы мүмкін, импульстер бірден немесе уақыттың кері бағытында қозғалады.
Шектіліктің практикалық әсерлері
Жарық жылдамдығы байланыс саласында маңызды: бір бағытты және кері жолмен қабылдау уақыты нөлден жоғары болады. Бұл кішкентайдан астрономиялық өлшемдерге дейін қатысты. Екінші жағынан, кейбір техникалар жарық жылдамдығының шектілігіне негізделген, мысалы, қашықтықты өлшеулерде.
Кіші таразылар
Компьютерлерде жарық жылдамдығы процессорлар арасында деректерді қаншалықты жылдам жіберуге болатынына шектеу қояды. Егер процессор 1 гигагерцте жұмыс істесе, сигнал бір сағат циклында шамамен 30 сантиметрге дейін ғана жүре алады. Іс жүзінде бұл қашықтық тіпті де қысқа, себебі баспалы схема тақтасы сигналдарды бұрып, жылдамдығын төмендетеді. Сондықтан процессорлар мен жад чиптері байланыс уақытын азайту үшін бір-біріне жақын орналастырылуы керек, сондай-ақ олардың арасындағы сымдарды жүргізу кезінде сигналдың сақталуын қамтамасыз ету үшін сақ болу қажет. Егер сағат жиілігі арта берсе, жарық жылдамдығы бір чиптің ішкі дизайнын шектейтін факторға айналуы мүмкін.
Жердегі үлкен қашықтықтар
Жердің экваторлық шеңбері шамамен 40075 және c шамамен 300000 болғанда, ақпараттың жартылай шарды бетімен жүріп өтуіне теориялық ең аз уақыт шамамен 67 миллисекунд құрайды. Жарық оптикалық талшық (мөлдір материал) ішінде қозғалғанда, нақты өту уақыты ұзарады, себебі оптикалық талшықтағы жарық жылдамдығы оның сыну көрсеткішіне байланысты шамамен 35%-ға төмендейді. Глобалды коммуникацияларда түзу сызықтар сирек кездеседі және сигналдар электрондық коммутаторлар немесе сигналды қайта жаңарту құрылыстары арқылы өткенде уақыт ұзарады. Бұл қашықтық көптеген қолданулар үшін маңызды болмаса да, жоғары жиілікті сауда сияқты салаларда жайылмалылық маңызды рөл атқарады, онда трейдерлер өз саудаларын басқа трейдерлерге бірнеше секунд бұрын жеткізу арқылы минималды артықшылықтар алуға тырысады. Мысалы, трейдерлер сауда орталықтары арасындағы микротолқынды байланысқа көшуде, себебі ауа арқылы жарық жылдамдығына жуық жылдамдықпен қозғалатын радиотолқындар, салыстырмалы түрде баяу оптикалық талшықты сигналдардан артықшылыққа ие.
Ғарышқа ұшу және астрономия
Сол сияқты, Жер мен ғарыш кемесі арасындағы байланыс та бірден болмайды. Көзден қабылдағышқа дейінгі қысқа ғана кешігу болады, ол қашықтық артқан сайын анық байқалады. Бұл кешігу, Ай орбитасына шыққан алғашқы экипаждық ғарыш кемесі болған «Аполлон-8» мен Жердегі басқару орталығы арасындағы байланыс үшін маңызды болды: әр сұраққа жауап алу үшін Жердегі басқару станциясы кем дегенде үш секунд күтуге мәжбүр болды. Жер мен Марс арасындағы байланыс кешігуі екі планетаның өзара орналасуына байланысты бес пен жиырма минут аралығында өзгеруі мүмкін. Осының салдарынан, егер Марс бетіндегі робот қандай да бір мәселеге тап болса, оның Жердегі операторлары оны 5–20 минуттан кейін ғана біледі. Содан кейін Жерден Марсқа команда жіберуге тағы 5–20 минут уақыт кетеді. Алыстағы астрономиялық объектілерден жарық пен басқа сигналдарды қабылдау одан да ұзаққа созылады. Мысалы, Хабблдың «Өте терең өріс» суреттеріндегі алыс галактикалардан жарық Жерге 13 миллиард (13) жылда жетеді. Бүгін түсірілген бұл суреттер, ғалам 1 миллиард жылдан да жас болған кездегі галактикалардың көрінісін сақтайды. Астрономиялық қашықтықтар көбінесе жарық жылдарымен өрнектеледі, әсіресе ғылыми-танымдық жарияланымдар мен БАҚ-та. Жарық жылы – жарықтың бір Юлиан жылында жүріп өтетін қашықтық, шамамен 9461 миллиард километр, 5879 миллиард миль немесе 0,3066 парсек. Шамамен есептегенде, бір жарық жылы – 10 триллион километрге немесе 6 триллион мильге жуық. Күннен кейін Жерге ең жақын жұлдыз – Проксима Центавр, ол шамамен 4,2 жарық жылы қашықтықта орналасқан.
Қашықтықты өлшеу
Радар жүйелері нысанаға дейінгі қашықтықты радар антеннасына радиотолқын импульсі нысанадан шағылысқаннан кейін қайтып оралу уақыты бойынша өлшейді: нысанаға дейінгі қашықтық – жарық жылдамдығына көбейтілген бара-қайта сапар уақытының жартысы. Global Positioning System (GPS) қабылдағышы GPS спутниктеріне дейінгі қашықтықты әрбір спутниктен радиосигналдың келу уақытына қарай анықтайды, және осы қашықтықтардан қабылдағыштың орнын есептейді. Жарық бір секундта шамамен 300 000 (186 000) километрдей жол жүзеді, сондықтан секундының шағын үлесін өлшеу өте дәл болуы тиіс. Айдың лазерлік қашықтығын өлшеу эксперименті, радарлық астрономия және Терең ғарыш желісі айға, планеталарға және ғарыш кемелеріне дейінгі қашықтықты тиісінше бара-қайта сапар уақытын өлшеу арқылы анықтайды.
Өлшем
С мәнін анықтаудың әртүрлі жолдары бар. Бір жолы – жарық толқынының таралу жылдамдығын өлшеу, оны әртүрлі астрономиялық және Жердегі орнатуларда жасауға болады. Сондай-ақ, c-ті басқа физикалық заңдардан анықтауға болады, мысалы, ε0 және μ0 электромагниттік тұрақтыларының мәндерін анықтап, олардың c-ке қатынасын пайдалану арқылы. Тарихи тұрғыдан алғанда, ең дәл нәтижелер жарық сәулесінің жиілігі мен толқын ұзындығын бөлек анықтап, олардың көбейтіндісі c-ге тең болып алынған. Бұл төменде «Интерферометрия» бөлімінде егжей-тегжейлі сипатталған. 1983 жылы метр «бір секунд уақыт аралығында вакуумда жарық жүріп өткен жолдың ұзындығы» деп анықталды. Жерден өлшенгенде, алыс планетаның айналасында айналатын айлардың кезеңдері Жер планетаға жақындағанда, Жер одан алыстағанда қарағанда қысқа болады. Айырмашылық аз, бірақ айлар бойынша өлшенгенде жинақталған уақыт елеулі болады. Планетадан (немесе оның айларынан) Жерге жарық салған қашықтық Жер орбитасының ең жақын нүктесінде болған кезде, Жер орбитасының ең алыс нүктесінде болған кездегі қашықтыққа қарағанда қысқа болады, ал қашықтық айырмашылығы Жер орбитасының Күн айналасындағы диаметріне тең. Айдың орбиталық кезеңіндегі байқалатын өзгерістерге жарықтың қысқа немесе ұзақ қашықтықты өтуіне кететін уақыттың айырмашылығы себеп болады. Рёмер Юпитердің ең ішкі айларының бірі Ио үшін осы әсерді байқады және жарық Жер орбитасының диаметрін өтуіне 22 минут қажет екенін тұжырымдады. Бұл әсер алыстағы көзден (мысалы, жұлдыздан) келетін жарық жылдамдығы мен оның бақылаушысының жылдамдығын векторлық қосудан туындайды (оң жақтағы диаграмманы қараңыз). Қозғалатын бақылаушы жарықтың сәл басқа бағыттан келетінін көреді, сондықтан көзді бастапқы орнынан ығысқан күйде көреді. Жердің жылдамдығы Жер Күнді айналып жүргенде үнемі өзгеретіндіктен, бұл әсер жұлдыздардың көрінетін орнын айналдырады. Жұлдыздардың орналасуының бұрыштық айырмашылығынан (максималды 20,5 доға секунд) жарық жылдамдығын Күнді айналдыратын Жердің жылдамдығы ретінде өрнектеуге болады, оны белгілі жыл ұзындығымен Күннен Жерге жету үшін қажетті уақытқа айналдыруға болады. 1729 жылы Брэдли осы әдісті пайдаланып, жарық Жердің орбитасында 10 210 есе жылдам жүретінін (қазіргі көрсеткіш 10 066 есе жылдам) немесе, сол сияқты, Күннен Жерге жету үшін жарыққа 8 минут 12 секунд қажет екенін анықтады. Бұрын АЕ бірліктердің халықаралық жүйесіне негізделмеген, бірақ классикалық механика аясында Күннің гравитациялық күші бойынша есептелген. Қазіргі анықтамада астрономиялық бірліктің бұрынғы анықтамасы үшін метрдегі ұсынылатын мән қолданылады, ол өлшеу арқылы анықталды. Бұл қайта анықтама метрге ұқсас және жарық жылдамдығын секундына астрономиялық бірліктердегі нақты мәнге бекіту әсерін тигізеді (секундына метрдегі жарықтың нақты жылдамдығы арқылы). Бұрын c-нің кері шамасы секундына астрономиялық бірлікпен есептелгенде, Күн жүйесіндегі әртүрлі ғарыш кемелеріне радиосигналдардың жету уақытын салыстыру арқылы, олардың орны Күн мен әртүрлі планеталардың гравитациялық әсерінен есептелетін. Көптеген осындай өлшемдерді біріктіру арқылы бірлік қашықтыққа жарық уақытының ең жақсы сәйкес келетін мәнін алуға болады. Мысалы, 2009 жылы Халықаралық астрономиялық одақ (IAU) бекіткен ең жақсы бағалау: бірлік қашықтық үшін жарық уақыты: τ = 499.004783836, c = 0.00200398880410 = 173.144632674. Бұл өлшемдердің салыстырмалы белгісіздігі 0,02 бөлік / миллиард (2) құрайды, бұл интерферометрия арқылы Жердегі ұзындықты өлшеудегі белгісіздікке тең. Метр белгілі бір уақыт аралығында жарық жүріп өткен ұзындығы ретінде анықталғандықтан, астрономиялық бірліктің бұрынғы анықтамасы бойынша жарық уақытын өлшеуді бір АЕ (ескі анықтама) ұзындығын метрмен өлшеу ретінде түсіндіруге болады. Метр – ұзындықтың өлшем бірлігі, ал АЕ – белгілі бір координаттық жүйеде ұзындықтың өлшем бірлігі. Мұнда келтірілген мәндер соңғы конвенцияға сәйкес келеді және TDB үйлесімді. Фуконың әдісі тік дөңгелектің орнына айналып тұрған айнаны орнатады. Айна айналып тұрғандықтан, жарық алыс айнаға және кері жолға бара жатқанда, жарық айналып тұрған айнадан шығарда басқа бұрышпен, кері қайтарда басқа бұрышпен шағылысады. Бұл бұрыштың айырмашылығынан, белгілі айналу жылдамдығынан және алыс айнаға дейінгі қашықтықтан жарық жылдамдығын есептеуге болады. Фуко бұл құрылғыны Франсуа Арагоның ұсынысына негізделген ауадағы жарық жылдамдығын судағы жарық жылдамдығымен салыстыру үшін қолданды. Бүгінде бір наносекундтан аз уақыт ажырату қабілеті бар осциллоскоптарды қолдану арқылы лазерден немесе светодиодтан шағылысқан жарық импульсінің кешігу уақытын өлшеу арқылы жарық жылдамдығын тікелей өлшеуге болады. Бұл әдіс басқа қазіргі техникаларға қарағанда аз дәл (қателер шамамен 1% шамасында), бірақ кейде колледж физика сыныптарында зертханалық тәжірибе ретінде қолданылады.
light time for unit distance: tau = 499.004783836,
c = 0.00200398880410 = 173.144632674. The relative uncertainty in these measurements is 0.02 parts per billion (2), equivalent to the uncertainty in Earth based measurements of length by interferometry. Since the metre is defined to be the length travelled by light in a certain time interval, the measurement of the light time in terms of the previous definition of the astronomical unit can also be interpreted as measuring the length of an AU (old definition) in metres.#tag:ref|Nevertheless, at this degree of precision, the effects of general relativity must be taken into consideration when interpreting the length. The metre is considered to be a unit of proper length, whereas the AU is usually used as a unit of observed length in a given frame of reference. The values cited here follow the latter convention, and are TDB compatible. The method of Foucault replaces the cogwheel with a rotating mirror. Because the mirror keeps rotating while the light travels to the distant mirror and back, the light is reflected from the rotating mirror at a different angle on its way out than it is on its way back. From this difference in angle, the known speed of rotation and the distance to the distant mirror the speed of light may be calculated. Foucault used this apparatus to measure the speed of light in air versus water, based on a suggestion by François Arago. Today, using oscilloscopes with time resolutions of less than one nanosecond, the speed of light can be directly measured by timing the delay of a light pulse from a laser or an LED reflected from a mirror. This method is less precise (with errors of the order of 1%) than other modern techniques, but it is sometimes used as a laboratory experiment in college physics classes.
Электромагниттік тұрақтылар
Электромагниттік толқындардың таралуын тікелей өлшеуге қатысты емес, c-ні табудың бір жолы – Максвелл теориясымен орнатылған c пен вакуумдық диэлектрлік тұрақты ε0 және вакуумдық магниттік өтімділік μ0 арасындағы қатынасты қолдану: c² = 1/(ε0μ0). Вакуумдық диэлектрлік тұрақтыны конденсатордың сыйымдылығы мен өлшемдерін өлшеу арқылы анықтауға болады, ал вакуумдық магниттік өтімділіктің мәні ампердің анықтамасы арқылы тарихи түрде дәл 4-ке тең деп белгіленген. Роза мен Дорси 1907 жылы осы әдіс арқылы 299710 мәнін тапты. Олардың әдісі электр кедерісінің стандартты бірлігіне, «халықаралық омға» тәуелді болды, демек оның дәлдігі осы стандарттың қалай анықталғанымен шектелген.
Қиық резонансы
Жарық жылдамдығын өлшеудің тағы бір жолы – вакуумдағы электромагниттік толқынның f жиілігі мен λ толқын ұзындығын тәуелсіз өлшеу. c-нің мәнін c = fλ қатынасын қолдану арқылы табуға болады. Бір мүмкіндік – қуыс резонатордың резонанстық жиілігін өлшеу. Егер резонанстық қуыстың өлшемдері белгілі болса, оларды толқын ұзындығын анықтау үшін пайдалануға болады. 1946 жылы Луи Эссен мен А. С. Гордон Смит нақты белгілі өлшемдері бар микротолқынды қуыстың әртүрлі қалыпты режимдеріндегі микротолқындардың жиілігін анықтады. Өлшемдер интерферометриямен калибрленген өлшегіштерді пайдалану арқылы шамамен ±0,8 мкм дәлдікпен белгіленді. Эссен–Гордон Смит нәтижесі – 299792, оптикалық әдістермен алынғандардан әлдеқайда дәл болды. Бұл техниканы үйде де көрсетуге болады, микротолқынды пеш пен, мысалы, зефир немесе маргарин пайдаланып: егер айналмалы үстел алынып тасталса, тағам антинодаларда (толқын амплитудасы ең жоғары болатын нүктелерде) ең жылдам піседі, сол жерде ол еруді бастайды. Мұндай екі нүкте арасындағы қашықтық микротолқындардың толқын ұзындығының жартысына тең; осы қашықтықты өлшеп, толқын ұзындығын микротолқын жиілігімен көбейту арқылы (әдетте пештің артқы жағында көрсетіледі, әдетте 2450 МГц) c мәнін "көбінесе 5%-дан аз қателікпен" есептеуге болады.
Интерферометрия
Интерферометрия – жарық жылдамдығын анықтау үшін электромагниттік сәулеленудің толқын ұзындығын табудың тағы бір әдісі. Белгілі жиілігі (f) бар когерентті жарық сәулесі (мысалы, лазерден) екі жолға бөлінеді, содан кейін қайта біріктіріледі. Интерференциялық суретті бақылап, жол ұзындығының өзгеруін мұқият өлшеу арқылы жарықтың толқын ұзындығын (λ) анықтауға болады. Жарық жылдамдығы c = λf теңдеуі арқылы есептеледі. Лазерлік технология пайда болғанға дейін жарық жылдамдығын интерферометриялық өлшеу үшін когерентті радио көздер қолданылды. Толқын ұзындығын интерферометриялық анықтау толқын ұзындығы ұлғайған сайын дәлдігі төмендейді, сондықтан эксперименттер радио толқындарының ұзын толқын ұзындығымен (~) шектелген дәлдікке ие болды. Дәлдікті арттыру үшін қысқа толқын ұзындығы бар жарық қолданылуы керек, бірақ онда жарықтың жиілігін тікелей өлшеу қиынға соғады. Бұл техниканы Ұлттық Стандарттар Бюросы (кейін Ұлттық Стандарттар және Технология Институты) тобы жасады. Олар 1972 жылы вакуумдағы жарық жылдамдығын 3,5-ке тең бөлшексіз қателікпен өлшеу үшін оны қолданды.
Бірінші өлшеу әрекеттері
1629 жылы Исаак Бикман бір тәжірибе ұсынды, онда адам бір шақырымдай (1,6 км) қашықтықтағы күзгүде шағылысқан зеңбірек оғының жарқылын бақылайды. 1638 жылы Галилео Галилей жарық жылдамдығын өлшеу үшін, шамды ашу мен оның алыстан көрінуі арасындағы кешігуді бақылау арқылы тәжірибе жасады, және оны бірнеше жыл бұрын жасағанын айтты. Ол жарық жылдамдығының бірден болатынын анықтай алмады, бірақ егер болмаса, ол өте жылдам болуы керек деген қорытындыға келді. 1667 жылы Флоренциядағы Accademia del Cimento ғалымдары Галилеоның тәжірибесін, шамдарды шамамен бір шақырымға дейін бөліп, жүргізгенін, бірақ ешқандай кешігу байқалмағанын хабарлады. Бұл тәжірибедегі нақты кешігу шамамен 11 микросекунд құрар еді. Жарық жылдамдығын алғашқы сандық бағалауды 1676 жылы Оле Рёмер жасады. 1704 жылы жариялаған "Оптика" кітабында Исаак Ньютон Рёмердің жарық жылдамдығының шекті есептеулерін баяндап, жарықтың Күннен Жерге жетуіне кететін уақытты "жеті немесе сегіз минут" деп есептеді (қазіргі заманғы мәні 8 минут 19 секунд). Ньютон Рёмердің күн тұтылуының көлеңкелері түсті ме екен деп сұрады. Олар түссіз екенін естігенде, ол әртүрлі түстердің бірдей жылдамдықпен қозғалатынына тоқтады. 1729 жылы Джеймс Брэдли жұлдыздық аберрацияны ашты. Оның әдісін Леон Фуко 1862 жылы 298000 мәнін алғанда жетілдірді. 1860-шы жылдардың басында Максвелл электромагниттік толқындардың, өзі жұмыс істеп жатқан электромагнетизм теориясына сәйкес, бос кеңістікте жоғарыда аталған Вебер/Кольрауш қатынасына тең жылдамдықпен таралатынын көрсетті. Бұл мәннің Физо өлшеген жарық жылдамдығына сандық жақындығына назар салған ол жарықтың, шын мәнінде, электромагниттік толқын екенін ұсынды. Максвелл өзінің мәлімдемесін 1868 жылы "Философиялық еңбектер" журналында жарияланған тәжірибесімен растады, ол электрдің электростатикалық және электромагниттік бірліктерінің арақатынасын анықтады.
"Жарлы эфир"
Жарықтың толқындық қасиеттері Томас Янгтан бері белгілі болды. 19 ғасырда физиктер жарық, эфир (немесе эфир) деп аталатын ортада таралады деп сенді. Бірақ электр күші, Ньютон заңындағы гравитациялық күшке көбірек ұқсайды. Оны таратуға арналған орта қажет емес. Максвелл теориясы жарық пен электр және магниттік толқындарды біріктіргеннен кейін, жарық және электр-магниттік толқындардың екеуі де бірдей эфир ортасында (немесе люминоферлі эфир деп аталады) таралады деген пікір қалыптасты. Ол кезде бос кеңістік электромагниттік өрістің бар екендігімен, жарық эфирі деп аталатын фонолық ортамен толтырылған деп есептелді. Кейбір физиктер бұл эфирдің жарық таралуы үшін артықшылықты анықтамалық жүйе ретінде қызмет еткенін және жарық жылдамдығының изотропиясын өлшеу арқылы осы ортаға қатысты Жердің қозғалысын өлшеуге болады деп ойлады. 1880 жылдардан бастап осы қозғалысты анықтау үшін бірнеше тәжірибелер жасалды, олардың ең танымалдары 1887 жылы Альберт А. Микельсон мен Эдвард В. Морли жасаған тәжірибе болды. Анықталған қозғалыс әрқашан нөлдік (байқау қатесі шегінде) деп табылған. Қазіргі заманғы тәжірибелер жарықтың екі бағытты жылдамдығы секундына 6 нанометрге дейін изотропты (барлық бағытта бірдей) екенін көрсетеді. Осы тәжірибе нәтижесінде Хендрик Лоренц аппараттың эфир арқылы қозғалысы аппараттың ұзындығы бойынша қозғалыс бағытында қысқаруына себеп болуы мүмкін деп ұсынды, сондай-ақ жылжымалы жүйелер үшін уақыт айнымалысы да сәйкесінше өзгеруі керек ("жергілікті уақыт") деп болжады, бұл Лоренц түрлендіруінің жасалуына әкелді. Лоренцтің эфир теориясына сүйене отырып, Анри Пуанкаре (1900) осы жергілікті уақыттың (v/c-дегі бірінші ретке дейін) эфирде қозғалатын, тұрақты жарық жылдамдығын болжамдаумен синхрондалған сағаттар көрсетілетінін көрсетті. 1904 жылы ол Лоренц теориясының барлық болжамдары расталған жағдайда, жарық жылдамдығы динамикадағы шекті жылдамдық болуы мүмкін деп болжады. 1905 жылы Пуанкаре Лоренцтің эфир теориясын салыстырмалылық принципімен толық байқау сәйкестігіне жеткізді.
Арнайы салыстырмалылық теориясы
1905 жылы Эйнштейн бастапқыда вакуумдағы жарық жылдамдығының, үдемейтін бақылаушымен өлшенгенде, нұр көзінің немесе бақылаушының қозғалысына тәуелсіз екенін айтты. Осыны және салыстырмалылық принципін негізге ала отырып, ол арнайы салыстырмалылық теориясын тудырды, онда вакуумдағы жарық жылдамдығы c фундаментальды тұрақты ретінде қарастырылады, сондай-ақ жарықпен тікелей байланысы жоқ жағдайларда да кездеседі. Бұл тұрақты эфир концепциясын (Лоренц және Пуанкаре әлі де мойындаған) қажетсіз етіп, кеңістік және уақыт туралы түсініктерге революция жасады.
c-ның дәлдігін арттыру және метр мен секундты қайта анықтау
ХХ ғасырдың екінші жартысында жарық жылдамдығын өлшеудің дәлдігін арттыруда үлкен прогресс жасалды, бастапқыда қуыс резонанс әдістерімен, ал кейіннен лазерлік интерферометр әдістерімен. Бұған жаңа, дәл метр мен секундтың анықтамалары көмектесті. 1950 жылы Луи Эссен қуыс резонансын қолданып, жылдамдықты 299792.5 деп анықтады. 1972 жылы лазерлік интерферометр әдісі мен жаңа анықтамаларды пайдалана отырып, АҚШ-тың Колорадо штатындағы Боулдер қаласындағы Ұлттық Стандарттар бюросының тобы вакуумдағы жарық жылдамдығын c = 299792456.2 деп анықтады. Бұл бұрынғы қабылданған мәнге қарағанда 100 есе аз белгісіздікке ие болды. Қалған белгісіздік негізінен метрдің анықтамасына байланысты еді.
Ашықтық тұрақты ретінде анықталады
1983 жылы салмақтар мен өлшемдер жөніндегі жалпы конференцияның (CGPM) 17-ші мәжілісінде жиілік өлшемдерінен алынған толқын ұзындықтары мен жарық жылдамдығының белгілі бір мәні бұрынғы стандарттан гөрі дәл қайта өндірілетіні анықталды. Олар 1967 жылғы секундтың анықтамасын сақтап, цезийдің гиперфиналық жиілігі енді секундты да, метрді де анықтайтындай етті. Осыған байланысты, олар метрді "вакуумда жарық 1/299792458 секунд ішінде жүріп өткен жолдың ұзындығы" деп қайта анықтады. Бұл анықтаманың нәтижесінде вакуумдағы жарық жылдамдығының мәні дәл 299792458-ге тең болды және SI бірліктері жүйесіндегі анықталған тұрақтыға айналды. 2011 жылы CGPM барлық жеті SI негізгі бірлігін «нақты тұрақты формула» деп аталатын әдіс арқылы қайта анықтау ниетін білдірді, онда әрбір «бірлік жақсы танылған негізгі тұрақтының нақты мәнін анықтау арқылы жанама түрде анықталады», бұл жарық жылдамдығы үшін жасалғандай. Олар метрдің анықтамасын жаңа, бірақ толыққанды эквивалентті түрде ұсынды: «Метр, таңбасы m, ұзындықтың бірлігі; оның шамасы вакуумдағы жарық жылдамдығының сандық мәнін SI бірлігі м с−1-де көрсетілгенде дәл 299792458-ге тең деп бекіту арқылы анықталады». Бұл 2019 жылғы SI негізгі бірліктерінің қайта анықталуында енгізілген өзгерістердің бірі болды, бұл «Жаңа SI» деп те аталады.