Ljóshraði

Ljóshraði í lofttæmi er nákvæmlega 299.792.458 metrar á sekúndu sem er tæplega 1.080.000.000 km/klst. Til viðmiðunar er þægilegt að hugsa til þess að ljósið er u.þ.b. 133 millisekúndur að ferðast hringinn í kringum jörðina, rúmlega 1,5 sekúndur að fara fram og til baka á milli jarðar og tungls og um 8 mínútur að ferðast frá Sólu til Jarðar. Hraði þessi er skilgreining, en ekki mæling, þar sem að lengd metrans er reiknuð út frá hraða ljóssins, en ekki öfugt. Ljóshraðinn á sitt eigið tákn í eðlisfræðinni sem er $c$.

Yfirlit

Allar rafsegulbylgjur, þar á meðal ljós, ferðast með föstum hraða í tómarúmi - svokölluðum ljóshraða en hann breytist ef bylgjan ferðast um efni. Þetta er náttúrulegur fasti táknaður með $c$ (frá Latínu „celeritas“ sem þýðir hraði). Allar mælingar á hraða ljóssins í lofttæmi munu gefa sama gildið, sama í hvaða viðmiðunarramma (hnitakerfi) viðkomandi er eða á hvaða hraða hann er. Ef upplýsingar gætu ferðast hraðar en $c$ í einum viðmiðunarramma þá væri orsakalögmálið brotið, þar sem einn viðmiðunarrammi gæti fengið upplýsingarnar áður en þær hefðu verið sendar af stað. Slíkt brot á orsakalögmálinu hefur aldrei verið mælt.

Skv. núverandi skilgreiningu (síðan 1983) er ljóshraðinn

$c$ = 299.792.458 metrar á sekúndu.

Þetta er u.þ.b. 3 × 10⁸ metrar á sekúndu, eða um 30 sentimetrar á nanósekúndu. Gildi $c\,\!$ skilgreinir rafsvörunarstuðul ($\epsilon _{0}\,\!$) og segulsvörunarstuðul lofttæmis ($\mu _{0}\,\!$) í SI kerfinu sem

$\epsilon _{0}=10^{7}/4\pi c^{2}\quad \mathrm {(A^{2}\,s^{4}\,kg^{-1}\,m^{-3})}$

$\mu _{0}=4\,\pi \,10^{-7}\quad \mathrm {(kg\,m\,A^{-2}\,s^{-2})}$.

Þessir fastar koma fram í jöfnum Maxwells sem lýsa rafsegulfræði.

Skilgreining á metranum

Þar sem ljóshraðinn í tómarúmi er fasti er þægilegt að skilgreina lengd út frá því hversu langt rafsegulbylgja ferðast í tómarúmi á ákveðnu tímabili. Árið 1983 var metrinn endurskilgreindur sem sú vegalengd sem ljósið fer á einni sekúndu deilt með 299.792.458 eða $1m=1/299.792.458\cdot c\cdot s\,\!$. Þessi skilgreining er háð því að ljóshraði mælist sá sami í öllum viðmiðunarrömmum. Þess má geta að oft eru stjarnfræðilegar lengdir mældar í ljósárum, en ljósár er sú vegalengd, sem ljósið fer á einu ári í tómarúmi. Það eru því sem næst 9,46$\cdot$ 10¹⁵ m.