A velocidade da luz é a velocidade das ondas eletromagnéticas. A luz viaja a velocidades menores dentro de materiais como vidro ou água; sua velocidade máxima é no vácuo. A velocidade da luz no vácuo é uma constante física universal denotada por c (nos padrões ISO e IEC
), exatamente igual a Predefinição:Physconst. É exata porque, por acordo internacional, um metro é definido como o comprimento do trajeto percorrido pela luz no vácuo durante um intervalo de tempo de 1⁄299792458 de segundo. O valor 299 792 458 metros por segundoé aproximadamente1 bilhão quilômetros por hora; 700 milhão milhas por hora. Para outras aproximações de c, válidas para várias unidades e escalas de tamanho, veja a infobox. A forma abreviada, velocidade da luz, significa velocidade da luz no vácuo em qualquer contexto onde o vácuo esteja implícito.
Todas as formas de radiação eletromagnética, incluindo a luz visível, viajam no vácuo à velocidade c, assim como partículas sem massa e perturbações de campo, como as ondas gravitacionais. A velocidade da luz no vácuo é a mesma para todos os observadores, independentemente de sua velocidade relativa. Como resultado, partículas sem massa e ondas viajam a c no vácuo, independentemente do movimento da fonte ou do referencial inercial do observador. A velocidade da luz no vácuo é o limite superior para a velocidade com que informação, matéria ou energia podem viajar através do espaço. Partículas com massa de repouso diferente de zero podem ser aceleradas para se aproximarem de c, mas nunca podem alcançá-la, independentemente do referencial no qual sua velocidade é medida.
Para longas distâncias e medições sensíveis, a velocidade finita da luz tem efeitos perceptíveis. Grande parte da luz estelar vista na Terra vem do passado distante, permitindo que os humanos estudem a história do universo observando objetos distantes. Ao se comunicar com sondas espaciais distantes, pode levar horas para que os sinais viajem. Na computação, a velocidade da luz determina o atraso mínimo absoluto de comunicação. A velocidade da luz no vácuo pode ser usada em medições de tempo de voo para medir grandes distâncias com altíssima precisão.
A velocidade com que a luz se propaga através de materiais transparentes, como vidro ou ar, é menor que c; da mesma forma, a velocidade das ondas eletromagnéticas em cabos de fio (a velocidade da eletricidade) é mais lenta que c. A razão entre c e a velocidade v com que a luz viaja em um material é chamada de índice de refração n do material (n = c/v). Por exemplo, para a luz visível, o índice de refração do vidro é tipicamente em torno de 1,5, o que significa que a luz no vidro viaja a c/1,5 ≈ 200000 km/s (124000 mi/s); o índice de refração do ar para luz visível é de cerca de 1,0003, então a velocidade da luz no ar é cerca de 90 km/s (56 mi/s) mais lenta que c.
No contexto da relatividade, a velocidade luminal pode ser usada. Em alguns casos, objetos ou ondas podem parecer viajar mais rápido que a luz, também chamado de velocidade superluminal. Cálculos simplistas da velocidade de galáxias distantes devido à expansão do universo parecem exceder a velocidade da luz, mas apenas a velocidade local pode ser definida de forma única. Ole Rømer primeiro demonstrou que a luz não viaja instantaneamente ao estudar o movimento aparente da lua Io de Júpiter. Em um artigo, Uma Teoria Dinâmica do Campo Eletromagnético, de 1865, James Clerk Maxwell propôs que a luz era uma onda eletromagnética e, portanto, viajava à velocidade c. Albert Einstein postulou que a velocidade da luz c em relação a qualquer referencial inercial é constante e independente do movimento da fonte de luz. Ele explorou as consequências desse postulado ao derivar a teoria da relatividade e, assim, mostrou que o parâmetro c tinha relevância fora do contexto da luz e do eletromagnetismo. Na teoria da relatividade, c inter-relaciona espaço e tempo e aparece na famosa equivalência massa-energia, E = mc2.
A velocidade da luz no vácuo é geralmente denotada por um c minúsculo. A origem da escolha da letra é incerta, com suposições incluindo "c" para "constante" ou o latim celeritas (significando 'rapidez, celeridade'). O "c" foi usado para "celeridade" significando uma velocidade em livros de Leonhard Euler e outros, mas essa velocidade não era especificamente para a luz; Isaac Asimov escreveu um artigo de ciência popular, "C for Celeritas", mas não explicou a origem. Em 1856, Wilhelm Eduard Weber e Rudolf Kohlrausch usaram c para uma constante diferente que mais tarde se mostrou igual a √2 vezes a velocidade da luz no vácuo. Historicamente, o símbolo V foi usado como um símbolo alternativo para a velocidade da luz, introduzido por James Clerk Maxwell em 1865. Em 1903, Max Abraham usou c com seu significado moderno em um livro-texto amplamente lido sobre eletromagnetismo. Einstein usou V em seus artigos originais em alemão sobre relatividade especial em 1905, mas em 1907 ele mudou para c, que já se tornara o símbolo padrão para a velocidade da luz.
Às vezes, c é usado para a velocidade das ondas em qualquer meio material, e c0 para a velocidade da luz no vácuo.
Predefinição:Further information A constante c é definida no Sistema Internacional de Unidades (SI) como exatamente 299792458 m/s. Esse valor fixo é usado para definir o metro como exatamente a distância que a luz percorre no vácuo em 1⁄299792458 de segundo. O segundo, por sua vez, é definido como a duração de 9192631770 ciclos da radiação emitida por um átomo de césio-133 em uma transição entre dois estados de energia especificados. Ao usar o valor fixo de c e uma medição precisa do segundo, o valor para o metro padrão é definido.
Antes de 1983, o metro era definido separadamente do segundo e a velocidade da luz era medida experimentalmente. O valor particular adotado para a velocidade fixa da luz no sistema de unidades atual foi escolhido para concordar com as melhores medições disponíveis antes de 1983. A definição atual do segundo foi adotada em 1967.
Como uma constante física dimensional, o valor numérico de c é diferente para diferentes sistemas de unidades. Por exemplo, em unidades imperiais, a velocidade da luz é de aproximadamente 186,282 milhas por segundo. Este valor é menos de 2% diferente de 1 bilhão de pés por segundo ou um pé por nanossegundo. O oficial da Marinha e cientista da computação Grace Murray Hopper distribuiu fios de um pé de comprimento para colegas no final dos anos 1960 para ilustrar visualmente a importância de projetar componentes menores para aumentar a velocidade da computação.
Em ramos da física em que c aparece com frequência, como na relatividade, é comum usar sistemas de unidades naturais de medida ou o sistema de unidades geometrizadas onde c = 1. Usando essas unidades, c não aparece explicitamente porque multiplicar ou dividir por 1 não afeta o resultado. Sua unidade de segundo-luz por segundo ainda é relevante, mesmo se omitida.
A velocidade com que as ondas luminosas se propagam no vácuo é independente tanto do movimento da fonte da onda quanto do referencial inercial do observador. Essa invariância da velocidade da luz foi postulada por Einstein em 1905, após ser motivado pela teoria do eletromagnetismo de Maxwell e pela falta de evidências de movimento contra o éter luminífero. Experimentos como o experimento de Kennedy-Thorndike e o experimento de Ives-Stilwell mostraram que este postulado corresponde às observações experimentais.
A teoria da relatividade restrita explora as consequências dessa invariância de c com a suposição de que as leis da física são as mesmas em todos os referenciais inerciais. Uma consequência é que c é a velocidade com que todas as partículas e ondas sem massa, incluindo a luz, devem viajar no vácuo.
A relatividade especial tem muitas implicações contra-intuitivas e verificadas experimentalmente. Estas incluem a equivalência de massa e energia (E = mc2), contração do comprimento (objetos em movimento encurtam), rotação de Terrell (rotação aparente), e dilatação do tempo (relógios em movimento funcionam mais lentamente). O fator γ pelo qual os comprimentos contraem e os tempos dilatam é conhecido como fator de Lorentz e é dado por γ = (1 − v2/c2)−1/2, onde v é a velocidade do objeto. A diferença de γ de 1 é desprezível para velocidades muito menores que c, como a maioria das velocidades do dia a dia – caso em que a relatividade especial é bem aproximada pela relatividade galileana – mas aumenta em velocidades relativísticas e diverge para o infinito à medida que v se aproxima de c. Por exemplo, um fator de dilatação do tempo de γ = 2 ocorre a uma velocidade relativa de 86,6% da velocidade da luz (v = 0,866c). Da mesma forma, um fator de dilatação do tempo de γ = 10 ocorre a 99,5% da velocidade da luz (v = 0,995c).