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 8,3 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.