La vitesse de la lumière c dans le vide n'est pas mesurée. Il a une valeur fixe exacte en unités standard. Selon l'accord international de 1983, le mètre est défini comme la longueur du trajet parcouru par la lumière dans le vide pendant 1/299792458 secondes. La vitesse de la lumière est exactement de 299 792 458 m / s. Un pouce est défini comme 2,54 centimètres. Par conséquent, en unités non métriques, la vitesse de la lumière a également une valeur exacte. Une telle définition n'a de sens que parce que la vitesse de la lumière dans le vide est constante, et ce fait doit être confirmé expérimentalement (voir La vitesse de la lumière est-elle constante?). Il est également nécessaire de déterminer expérimentalement la vitesse de la lumière dans des milieux tels que l'eau et l'air.
Jusqu'au XVIIe siècle, on croyait que la lumière se propage instantanément. Cela a été confirmé par les observations de l'éclipse lunaire. À une vitesse de lumière finie, il devrait y avoir un délai entre la position de la Terre par rapport à la Lune et la position de l'ombre de la Terre à la surface de la Lune, mais aucun retard n'a été trouvé. Nous savons maintenant que la vitesse de la lumière est trop rapide pour remarquer un retard. Galilée doutait de l'infini de la vitesse de la lumière. Il a proposé un moyen de le mesurer en fermant et en ouvrant une lanterne à plusieurs kilomètres. On ne sait pas s'il a tenté une telle expérience, mais en raison de la très grande vitesse de la lumière, la mesure n'a pas pu aboutir.
La première mesure réussie de c a été faite par Olaf Roemer en 1676. Il a remarqué que le temps entre les éclipses des satellites de Jupiter est plus court lorsque la distance de la Terre à Jupiter diminue, et plus long lorsque cette distance augmente. Il s'est rendu compte que cela était dû à un changement du temps nécessaire à la lumière pour voyager de Jupiter à la Terre lorsque la distance entre eux change. Il a calculé que la vitesse de la lumière est de 214 000 km / s. L'inexactitude est due au fait que les distances entre les planètes à cette époque n'étaient pas encore bien définies.
En 1728, James Bradley a estimé la magnitude de la vitesse de la lumière en observant l'aberration des étoiles (un changement de la position apparente d'une étoile causé par le mouvement de la Terre autour du Soleil). Il a observé l'une des étoiles de la constellation Draco, et a constaté que sa position apparente change tout au long de l'année. Cet effet fonctionne pour toutes les étoiles, par opposition à la parallaxe, qui est plus visible pour les étoiles proches. L'aberration est similaire à l'effet du mouvement sur l'angle d'incidence des gouttes de pluie. Si vous êtes debout et qu'il n'y a pas de vent, les gouttes tombent verticalement sur votre tête. Si vous courez, il s'avère que la pluie vient à un angle et frappe votre visage. Bradley a mesuré cet angle pour la lumière des étoiles. Connaissant la vitesse du mouvement de la Terre autour du Soleil, il a déterminé que la vitesse de la lumière était de 301 000 km / s.
La première mesure de c sur Terre a été faite par Armand Fizeau en 1849. Il a utilisé le reflet de la lumière d'un miroir à 8 km. Un faisceau de lumière a traversé un espace entre les dents d'une roue en rotation rapide. La vitesse de rotation a été augmentée jusqu'à ce que le faisceau réfléchi devienne visible dans l'espace suivant. La valeur calculée de c s'est avérée être de 315 000 km / s. Un an plus tard, Léon Foucault améliore cette méthode à l'aide d'un miroir rotatif et obtient une valeur beaucoup plus précise de 298 000 km / s. La méthode améliorée était suffisamment précise pour déterminer que la vitesse de la lumière dans l'eau est plus lente que dans l'air.
Après que Maxwell ait publié sa théorie de l'électromagnétisme, il est devenu possible de déterminer la vitesse de la lumière indirectement à partir des valeurs de la perméabilité magnétique et électrique. Weber et Kohlrausch ont été les premiers à le faire en 1857. En 1907, Rose et Dorsey obtenaient 299 788 km / s de la même manière. À l'époque, c'était la valeur la plus précise.
Par la suite, des mesures supplémentaires ont été appliquées pour améliorer la précision. Par exemple, l'indice de réfraction de la lumière dans l'air a été pris en compte. En 1958, Froome a obtenu une valeur de 299792,5 km / s à l'aide d'un interféromètre hyperfréquence et d'un obturateur électro-optique Kerr. Après 1970, des mesures encore plus précises sont devenues possibles grâce à l'utilisation d'un laser très stable et d'une horloge de précision au césium. Jusque-là, la précision du compteur standard était supérieure à la précision de la mesure de la vitesse de la lumière. Et maintenant, la vitesse de la lumière est devenue connue avec une précision de plus ou moins 1 m / s. Il est maintenant plus pratique d'utiliser la vitesse de la lumière pour déterminer le compteur. La norme de distance de 1 mètre est maintenant déterminée à l'aide d'une horloge atomique et d'un laser.
Le tableau présente les principales étapes de la mesure de la vitesse de la lumière (Froome et Essen):
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| Date | Auteurs | Méthode | km / s | Erreur |
|---|---|---|---|---|
| 1676 | Olaus Roemer | Lunes de Jupiter | 214 000 | |
| 1726 | James Bradley | Aberration des étoiles | 301 000 | |
| 1849 | Armand Fizeau | Équipement | 315 000 | |
| 1862 | Léon Foucault | Miroir rotatif | 298 000 | ± 500 |
| 1879 | Albert Michelson | Miroir rotatif | 299 910 | ± 50 |
| 1907 | Rosa, Dorsay | Constantes EM | 299 788 | ± 30 |
| 1926 | Albert Michelson | Miroir rotatif | 299 796 | ± 4 |
| 1947 | Essen, Gorden-Smith | Résonateur résonnant | 299 792 | ± 3 |
| 1958 | KDFroome | Interféromètre radio | 299 792,5 | ± 0,1 |
| 1973 | Evanson et coll. | Interféromètre laser | 299 792,4574 | ± 0,001 |
| 1983 | CGPM | Valeur acceptée | 299 792,458 | 0 |