La velocidad de la luz en el vacío , comúnmente denominada c , es una constante física universal que es exactamente igual a 299 792 458 metros por segundo (aproximadamente 300 000 kilómetros por segundo; 186 000 millas por segundo; 671 millones de millas por hora). [Nota 3] De acuerdo con la teoría de la relatividad especial , c es el límite superior de la velocidad a la que la materia o energía convencional (y, por lo tanto, cualquier señal que lleve información ) puede viajar a través del espacio . [4] [5] [6]
Todas las formas de radiación electromagnética , incluida la luz visible , viajan a la velocidad de la luz. Para muchos propósitos prácticos, la luz y otras ondas electromagnéticas parecerán propagarse instantáneamente, pero para largas distancias y mediciones muy sensibles, su velocidad finita tiene efectos notables. La luz de las estrellas que se ve en la Tierra es del pasado, lo que permite a los humanos estudiar la historia del universo al ver objetos distantes. Cuando se comunica con sondas espaciales distantes , las señales pueden tardar de minutos a horas en viajar. En informática , la velocidad de la luz fija el último retraso mínimo de comunicación. La velocidad de la luz se puede utilizar en mediciones de tiempo de vuelo para medir grandes distancias con una precisión extremadamente alta.
Ole Rømer demostró por primera vez en 1676 que la luz no viaja instantáneamente al estudiar el movimiento aparente de la luna Io de Júpiter . A lo largo de los siglos siguientes se produjeron mediciones progresivamente más precisas de su velocidad. En un artículo publicado en 1865, James Clerk Maxwell propuso que la luz era una onda electromagnética y, por lo tanto, viajaba a una velocidad c . [7] En 1905, Albert Einstein postuló que la velocidad de la luz c con respecto a cualquier marco de referencia inercial es constante e independiente del movimiento de la fuente de luz.[8] Exploró las consecuencias de ese postulado derivando la teoría de la relatividad y, al hacerlo, demostró que el parámetro c tenía relevancia fuera del contexto de la luz y el electromagnetismo.
Las partículas sin masa y las perturbaciones de campo , como las ondas gravitacionales , también viajan a una velocidad c en el vacío. Tales partículas y ondas viajan en c independientemente del movimiento de la fuente o del marco de referencia inercial del observador . Las partículas con masa en reposo distinta de cero pueden acelerarse para aproximarse a c , pero nunca pueden alcanzarla, independientemente del marco de referencia en el que se mida su velocidad. En las teorías especial y general de la relatividad , c interrelaciona espacio y tiempo y también aparece en la famosa ecuación de equivalencia masa-energía ,mi = mc 2 . [9]
En algunos casos, puede parecer que los objetos o las ondas viajan más rápido que la luz (por ejemplo, las velocidades de fase de las ondas, la aparición de ciertos objetos astronómicos de alta velocidad y efectos cuánticos particulares ). Se entiende que la expansión del universo excede la velocidad de la luz más allá de un cierto límite .
La velocidad a la que la luz se propaga a través de materiales transparentes , como el vidrio o el aire, es menor que c ; De manera similar, la velocidad de las ondas electromagnéticas en los cables de alambre es más lenta que c . La relación entre c y la velocidad v a la que viaja la luz en un material se denomina índice de refracción n del material ( n = c / v ). Por ejemplo, para la luz visible, el índice de refracción del vidrio suele ser de alrededor de 1,5, lo que significa que la luz en el vidrio viaja a c / 1,5 ≈ 200 000 km/s ( 124000 mi/s); elíndice de refracción del airepara la luz visible es de aproximadamente 1,0003, por lo que la velocidad de la luz en el aire es aproximadamente 90 km/s (56 mi/s) más lenta quec.