« Vitesse de la lumière » : différence entre les versions
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{{Infobox Grandeur physique
| nom = Vitesse de la lumière
| image = Earth to Sun - en.png
| légende = Il faut environ {{heure||8|19}} à la [[rayonnement solaire|lumière du Soleil]] pour parcourir la distance moyenne entre la surface du Soleil et la surface de la Terre.
| symbole = {{mvar|c}}
| unités = [[mètre par seconde]] ({{unité|m/s}} ou {{unité|m s-1}})
| autres unités = [[Système CGS|CGS]] : [[centimètre par seconde]] ({{unité|cm/s}} ou {{unité|cm s-1}})
| nature = scalaire
| constante = oui
| valeur = {{unité|299792458 m/s}}
}}
La '''vitesse de la lumière''' dans le [[Vide (physique)|vide]], habituellement notée {{mvar|c}}, est une [[constante physique]] de l'[[Univers]] qui est fondamentale dans plusieurs domaines de la [[physique]].
L'étude de la lumière et de sa vitesse remonte à l'[[Antiquité]]. Des [[Philosophie|philosophes]] et des scientifiques, en s'appuyant sur des arguments théoriques ou des observations, affirment que sa vitesse est infinie, alors que d'autres prétendent que non. [[Ole Christensen Rømer|Ole Rømer]] démontre en 1676 qu'elle est finie. Les scientifiques s'attachent ensuite à déterminer sa valeur par divers moyens, la précision s'améliorant au fil des années. Dès la fin du {{s-|XIX}}, il est acquis qu'elle vaut environ {{unité|300000 km/s}} ; en 1975, le résultat fiable le plus précis est {{unité|299792458 ± 1 m/s}}. En [[1983]], un accord international redéfinit le [[mètre]] de telle sorte que la vitesse de la lumière est d'exactement {{unité|299792458 m/s}}.
Dans la vie de tous les jours, la lumière (et donc les ondes électromagnétiques) semble se déplacer instantanément, mais sur de longues distances ou dans des instruments de mesure très précis, des effets permettent de déduire que sa vitesse est finie.
Dans les [[Transparence (physique)|matériaux transparents]] et les conducteurs électriques, les ondes électromagnétiques se déplacent plus lentement que {{mvar|c}}.
Les vitesses de certains phénomènes ondulatoires et de certains objets célestes peuvent être plus grandes que {{mvar|c}}.
La vitesse d'[[expansion de l'Univers]] excède {{mvar|c}} hors de [[Volume de Hubble|certaines limites géométriques]].
Bien que cette vitesse soit le plus souvent associée à la lumière, c'est aussi celle de toute [[luxon|particule sans masse]] et de toute perturbation dans un [[champ (physique)|champ]] situé dans le vide, incluant les [[onde gravitationnelle|ondes gravitationnelles]] et les [[onde électromagnétique|ondes électromagnétiques]] (dont la [[spectre visible|lumière visible]] ne constitue qu'une minuscule partie).
Les particules dotées d'une [[masse au repos]] peuvent approcher de {{mvar|c}}, mais ne peuvent l'atteindre, peu importe le référentiel inertiel dans lequel leur vitesse est mesurée.
Dans les référentiels non inertiels (des espaces-temps courbés par la gravité ou des référentiels accélérés), la vitesse de la lumière locale (à proximité immédiate des événements) reste constante et égale c, mais elle peut être différente sur une trajectoire de longueur finie selon la façon dont sont définis les distances et les temps.
== Définitions ==
Au {{s-|XXI}}, la vitesse de la lumière dans le vide est dénotée par la lettre minuscule {{mvar|c}}, initiale du mot [[latin]] ''{{lang|la|celeritas}}'' (signifiant « rapidité, célérité ») ou encore de « célérité » en français, mais son symbole a varié dans le temps. En 1856, [[Wilhelm Eduard Weber]] et [[Rudolf Kohlrausch]] utilisent {{mvar|c}} pour une constante différente qui a été plus tard démontrée égale à {{Racine|2}} × {{mvar|c}}. En 1865, le symbole {{mvar|V}} est introduit par [[James Clerk Maxwell]] comme alternative pour indiquer la vitesse de la lumière dans le vide. En 1894, [[Paul Drude]] préfère {{mvar|c}}, tout en lui donnant sa définition moderne. Pourtant, [[Albert Einstein]] utilise {{mvar|V}} dans ses [[Annus mirabilis d'Albert Einstein|articles sur la relativité restreinte]] de 1905 ; c'est en 1907 qu'il commence à utiliser {{mvar|c}}, devenu entretemps le symbole courant pour la vitesse de la lumière dans le vide<ref name="Yc">{{Lien web |langue=en |prénom=P |nom=Gibbs |titre=Why is ''c'' the symbol for the speed of light? |url=https://web.archive.org/web/20100325220247/http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SpeedOfLight/c.html |site=Usenet Physics FAQ |éditeur=University of California, Riverside |année=2004 |consulté le=2009-11-16}}
: {{citation étrangère|langue=en|The origins of the letter c being used for the speed of light can be traced back to a paper of 1856 by Weber and Kohlrausch [...] Weber apparently meant c to stand for 'constant' in his force law, but there is evidence that physicists such as Lorentz and Einstein were accustomed to a common convention that c could be used as a variable for velocity. This usage can be traced back to the classic Latin texts in which c stood for 'celeritas', meaning 'speed'.}}</ref>{{,}}<ref>{{Article |langue=en |prénom1=K. S. |nom1=Mendelson |titre=The story of ''c'' |périodique=[[American Journal of Physics]] |volume=74 |numéro=11 |année=2006 |doi=10.1119/1.2238887 |bibcode=2006AmJPh..74..995M |pages=995-997}}</ref>{{,}}<ref>{{Ouvrage |prénom1=Marc |nom1=Séguin |prénom2=Benoît |nom2=Villeuneuve |titre=Astronomie et astrophysique |sous-titre=Cinq grandes idées pour explorer et comprendre l'Univers |volume=2 |passage=121 |éditeur=[[Pearson ERPI|ERPI]] |année=2002 |pages totales=618 |isbn=978-2-7613-1184-7}}</ref>.
Parfois, {{mvar|c}} est utilisée pour indiquer la vitesse d'une onde lumineuse dans n'importe quel médium physique et {{formule|''c''{{ind|0}}}} pour la vitesse de la lumière dans le vide<ref name="handbook">Consulter par exemple :
* {{Ouvrage |langue=en |prénom1=D. R. |nom1=Lide |titre=CRC Handbook of Chemistry and Physics |passage=2-9 |éditeur=[[CRC Press]] |année=2004 |isbn=978-0-8493-0485-9 |lire en ligne=https://books.google.com/books?id=WDll8hA006AC&q=speed+of+light+%22c0+OR+%22&pg=PT76}}
* {{ouvrage|langue=en
|nom=Harris |prénom=J. W.
|et al.=oui
|année=2002
|titre=Handbook of Physics
|passage=499
|éditeur=Springer
|isbn=978-0-387-95269-7
|url=https://books.google.com/books?id=c60mCxGRMR8C&q=speed+of+light+%22c0+OR+%22+date:2000-2009&pg=PA499
}}
* {{ouvrage|langue=en
|auteur1=J. C. Whitaker
|année=2005
|titre=The Electronics Handbook
|passage=235
|éditeur=CRC Press
|isbn=978-0-8493-1889-4
|url=https://books.google.com/books?id=FdSQSAC3_EwC&q=speed+of+light+c0+handbook&pg=PA235
}}
* {{ouvrage|langue=en
|auteur1=E. R. Cohen
|année=2007
|titre=Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry
|passage=184
|numéro d'édition=3
|éditeur=[[Royal Society of Chemistry]]
|isbn=978-0-85404-433-7
|url=https://books.google.com/books?id=TElmhULQoeIC&q=speed+of+light+c0+handbook&pg=PA143
}}</ref>.
Cette notation indicée, présente dans la littérature du SI<ref name="BIPM_SI_units">{{SIbrochure|page=112}}</ref>, a la même forme que plusieurs constantes de l'[[électromagnétisme]] : {{formule|''μ''{{ind|0}}}} pour la [[perméabilité du vide]] (ou constante magnétique), {{formule|''ε''{{ind|0}}}} pour la [[permittivité du vide]] (ou constante électrique) et {{formule|''Z''{{ind|0}}}} pour l'[[impédance caractéristique du vide]]. Dans la suite de cet article, seul {{mvar|c}} est utilisé pour désigner la vitesse de la lumière dans le vide.
== Histoire ==
Avant l'[[époque moderne]] (grossièrement, de 1500 à 1800), des scientifiques et des philosophes proposent soit que la lumière se déplace instantanément soit à une vitesse finie très grande. Le premier enregistrement connu d'un effort dans ce sens remonte à la [[Grèce antique]]. Les Grecs anciens, les érudits musulmans puis les scientifiques européens de l'époque moderne ont longuement débattu sur ce sujet, jusqu'à ce que [[Ole Christensen Rømer|Ole Rømer]] fournisse la première preuve que la vitesse de la lumière est finie. La [[relativité restreinte]] d'Einstein, proposée en 1905 et vérifiée expérimentalement par la suite, permet de conclure que {{mvar|c}} est constante, peu importe le référentiel où elle est mesurée. Au {{s-|XX}}, des scientifiques ont continué à affiner la valeur de {{mvar|c}}.
{| class="wikitable" style="margin:0 auto 0 auto;"
|+Histoire succincte des mesures de {{mvar|c}} en km/s
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|<1638||[[Galilée (savant)|Galilée]], lanternes masquées||colspan="2"|pas concluant<ref name=2newsciences />{{,}}<ref name=boyer />{{,}}<ref>{{Article |langue=en |auteur1=Renato Foschi |auteur2=Matteo Leone |titre=Galileo, measurement of the velocity of light, and the reaction times |périodique=Perception |volume=38 |numéro=8 |année=2009 |pmid=19817156 |doi=10.1068/p6263 |hdl=2318/132957 |pages=1252 |s2cid=11747908}}</ref>{{,}}{{#tag:ref|Galilée rapporte que les lanternes se trouvaient à une courte distance, moins de 1,5 km (1 mile). En supposant que cette distance soit vraie, et qu'« au moins un trentième de seconde est l'intervalle minimum de temps pour la détection par un œil nu ({{citation étrangère|lang=en|about a thirtieth of a second is the minimum time interval distinguishable by the unaided eye}}), {{harvsp|Boyer|1941}} avance que l'expérience de Galilée ne pouvait que donner une limite basse d'environ 100 km/s pour la vitesse de la lumière.|group=note}}
|-
|<1667||''[[Accademia del Cimento]]'', lanternes masquées || colspan="2"|pas concluant<ref name="FoschiLeone">{{Article |langue=en |auteur1=Renato Foschi |auteur2=Matteo Leone |titre=Galileo, measurement of the velocity of light, and the reaction times |périodique=Perception |volume=38 |numéro=8 |année=2009 |pmid=19817156 |doi=10.1068/p6263 |hdl=2318/132957 |pages=1253 |s2cid=11747908}}</ref>{{,}}<ref name="magalotti">{{Ouvrage |langue=it |auteur1=Lorenzo Magalotti |titre=Saggi di Naturali Esperienze fatte nell' Accademia del Cimento |passage=[http://brunelleschi.imss.fi.it/cimentosite/ShowFullSize.asp?Image=FullSize/A0000283.JPG&Title=Pagina:%20265 265]–[http://brunelleschi.imss.fi.it/cimentosite/ShowFullSize.asp?Image=FullSize/A0000284.JPG&Title=Pagina:%20266 66] |lieu=Florence |éditeur=Istituto e Museo di Storia delle Scienze |année=2001 |année première édition=1667 |lire en ligne=http://brunelleschi.imss.fi.it/cimentosite/indice.asp?xmlFile=Indice00.xml |format électronique=numérique}}</ref>
|-
|1675||[[Ole Rømer|Rømer]] et [[Christian Huygens|Huygens]], lune Io de Jupiter||{{val|220000}}<ref name=roemer/>{{,}}<ref name="Huygens 1690 8–9" />||erreur de ‒27 %
|-
|1729||[[James Bradley]], aberration de la lumière||{{val|301000}}<ref name=How/>||erreur de +0,40 %
|-
|1849||[[Hippolyte Fizeau]], roue dentelée en rotation||{{val|315000}}<ref name=How/>||erreur de +5,1 %
|-
|1862||[[Léon Foucault]], miroirs rotatifs||{{val|298000|500}}<ref name=How/>||erreur de ‒0,60 %
|-
|1907||Rosa et Dorsey, constantes électromagnétiques <math>\mu_0</math> et <math>\epsilon_0</math>||{{val|299710|30}}<ref name="Essen1948" />{{,}}<ref name="RosaDorsey" />||erreur de ‒280 [[Partie par million|ppm]]
|-
|1926||[[Albert Michelson]], miroir rotatif||{{val|299796|4}}<ref>{{Article |langue=en |prénom1=A. A. |nom1=Michelson |titre=Measurement of the Velocity of Light Between Mount Wilson and Mount San Antonio |périodique=The Astrophysical Journal |volume=65 |année=1927 |doi=10.1086/143021 |bibcode=1927ApJ....65....1M |pages=1}}</ref>||erreur de +12 ppm
|-
|1950||[[Louis Essen|Essen]] et Gordon-Smith, cavité résonnante ||{{val|299792.5|3.0}}<ref name="Essen1950" />||erreur de +0,14 ppm
|-
|1958||K. D. Froome, interférométrie radio||{{val|299792.50|0.10}}<ref name="Froome1858" />||erreur de +0,14 ppm
|-
|1972||Evenson ''et al.'', interférométrie laser||{{val|299792.4562|0.0011}}<ref name="NIST heterodyne" />||erreur de ‒0,006 ppm
|-
|1983||17{{e}} congrès de la [[Conférence générale des poids et mesures|CGPM]], définition du mètre||{{val|299792.458}}<ref name=Resolution_1/>||exact, par définition
|}
=== Premières tentatives d'explications ===
[[Empédocle]] (c. 490-430 av. J.-C.) est le premier à proposer une théorie de la lumière<ref>{{Ouvrage |langue=en |prénom1=John |nom1=Weiner |prénom2=Frederico |nom2=Nunes |titre=Light-Matter Interaction: Physics and Engineering at the Nanoscale |passage=1 |éditeur=OUP Oxford |année=2013 |format livre=édition illustrée |isbn=978-0-19-856766-0 |lire en ligne=https://books.google.com/books?id=ctpG-kmmK8kC&pg=PA1}}</ref> et déclare que la lumière a une vitesse finie<ref>{{Ouvrage |langue=en |auteur1=G. Sarton |titre=Ancient science through the golden age of Greece |passage=248 |éditeur=Courier Dover |année=1993 |isbn=978-0-486-27495-9 |lire en ligne=https://books.google.com/books?id=VcoGIKlHuZcC&pg=PA248}}</ref>.
Il affirme que la lumière est quelque chose en mouvement, et doit donc prendre du temps pour voyager.
[[Aristote]], au contraire, argue que « la lumière est due à la présence de quelque chose, mais ce n'est pas un mouvement »{{trad|en|light is due to the presence of something, but it is not a movement}}{{,}}<ref name="Statistics">{{Article |langue=en |prénom1=R. H. |nom1=MacKay |prénom2=R. W. |nom2=Oldford |titre=Scientific Method, Statistical Method and the Speed of Light |périodique=Statistical Science |volume=15 |numéro=3 |année=2000 |doi=10.1214/ss/1009212817 |lire en ligne=http://sas.uwaterloo.ca/~rwoldfor/papers/sci-method/paperrev/ |pages=254–78}} (cliquer sur ''Historical background'' dans la table des matières)</ref>.
[[Euclide]] et [[Claude Ptolémée|Ptolémée]] reprennent la [[Théorie de l'émission (vision)|théorie de l'émission d'Empédocle]], où la lumière provient de l'œil, ce qui permet de voir. En se basant sur cette théorie, [[Héron d'Alexandrie]] affirme que la vitesse de la lumière doit être infinie puisque l'on voit des objets distants, telles les étoiles, dès que l'on ouvre les yeux<ref>{{Ouvrage |langue=en |prénom1=Sherif Sayed |nom1=Ahmed |titre=Electronic Microwave Imaging with Planar Multistatic Arrays |passage=1 |éditeur=Logos Verlag Berlin |année=2014 |isbn=978-3-8325-3621-3 |lire en ligne=https://books.google.com/books?id=ob79AgAAQBAJ&pg=PA1}}</ref>.
Les premiers [[Philosophie islamique|philosophes islamiques]] acceptent dans un premier temps la [[Physique d'Aristote|vision aristotélicienne]] selon laquelle la lumière ne voyage pas. En 1021, [[Alhazen]] publie son ''[[Traité d'optique]]'', où il présente un ensemble d'arguments contre la théorie de l'émission et en faveur de la théorie de l'intromission, c'est-à-dire que la lumière d'un objet entre dans l’œil<ref>{{Article |langue=en |prénom1=C. G. |nom1=Gross |titre=The Fire That Comes from the Eye |périodique=Neuroscientist |volume=5 |année=1999 |doi=10.1177/107385849900500108 |pages=58–64 |s2cid=84148912}}</ref>.
Sa réflexion l'amène à proposer que la lumière doit voyager à une vitesse finie<ref name=Statistics/>{{,}}<ref name="Hamarneh">{{Article |langue=en |prénom1=S. |nom1=Hamarneh |titre=Review: Hakim Mohammed Said, ''Ibn al-Haitham'' |périodique=[[Isis (revue)|Isis]] |volume=63 |numéro=1 |année=1972 |doi=10.1086/350861 |pages=119}}</ref>{{,}}<ref name="Lester">{{Ouvrage |langue=en |prénom1=P. M. |nom1=Lester |titre=Visual Communication: Images With Messages |éditeur=Thomson Wadsworth |année=2005 |pages totales=10–11 |isbn=978-0-534-63720-0}}</ref> et que cette vitesse peut changer selon le corps dans lequel elle se propage, étant plus lente dans les corps plus denses<ref name=Lester/>{{,}}<ref>{{Lien web |langue=en |prénom=J. J. |nom=O'Connor |prénom2=E. F. |nom2=Robertson |titre=Abu Ali al-Hasan ibn al-Haytham |url=http://www-history.mcs.st-andrews.ac.uk/Biographies/Al-Haytham.html |site=[[MacTutor History of Mathematics archive]] |éditeur=[[University of St Andrews]] |consulté le=2010-01-12}}</ref>.
Il soutient que la lumière est une matière faite d'une substance solide, sa propagation exige donc du temps, même si nos sens ne peuvent le percevoir<ref>{{Lien conférence |langue=en |nom1=Lauginie |prénom1=P. |année=2004 |url=https://web.archive.org/web/20150704043700/http://sci-ed.org/documents/Lauginie-M.pdf |titre=Measuring Speed of Light: Why? Speed of what? |conférence=Fifth International Conference for History of Science in Science Education |pages=75–84 |lieu=Keszthely, Hungary |consulté le=12 août 2017 |format électronique=Pdf}}</ref>.
Également au {{s-|XI}}, [[Al-Biruni]] soutient que la vitesse de la lumière est finie et mentionne qu'elle est nettement plus grande que celle du son<ref>{{Lien web |langue=en |prénom=J. J. |nom=O'Connor |prénom2=E. F. |nom2=Robertson |titre=Abu han Muhammad ibn Ahmad al-Biruni |url=http://www-history.mcs.st-andrews.ac.uk/Biographies/Al-Biruni.html |site=MacTutor History of Mathematics archive |éditeur=University of St Andrews |consulté le=2010-01-12}}</ref>.
Au {{s-|XIII}}, [[Roger Bacon]] argue que la vitesse de la lumière dans l'air n'est pas infinie, recourant à des arguments philosophiques qui s'appuient sur les travaux d'Alhazen et d'Aristote<ref name="Lindberg">{{Ouvrage |langue=en |prénom1=D. C. |nom1=Lindberg |titre=Roger Bacon and the origins of Perspectiva in the Middle Ages: a critical edition and English translation of Bacon's Perspectiva, with introduction and notes |passage=143 |éditeur=Oxford University Press |année=1996 |isbn=978-0-19-823992-5 |lire en ligne=https://books.google.com/books?id=jSPHMKbjYkQC&pg=PA143}}</ref>{{,}}<ref>{{Chapitre |langue=en |prénom1=D. C. |nom1=Lindberg |titre chapitre=Late Thirteenth-Century Synthesis in Optics |auteurs ouvrage=Edward Grant |titre ouvrage=A source book in medieval science |éditeur=Harvard University Press |année=1974 |isbn=978-0-674-82360-0 |lire en ligne=https://books.google.com/books?id=fAPN_3w4hAUC&q=roger-bacon%20speed-of-light&pg=RA1-PA395 |passage=396}}</ref>.
Dans les {{nobr|années 1270}}, [[Vitellion]] étudie la possibilité que la lumière voyage à une vitesse infinie dans le vide, mais ralentit dans les corps plus denses<ref name="Marshall">{{Article |langue=en |prénom1=P. |nom1=Marshall |titre=Nicole Oresme on the Nature, Reflection, and Speed of Light |périodique=[[Isis (journal)|Isis]] |volume=72 |numéro=3 |année=1981 |doi=10.1086/352787 |pages=357–374 [367–374] |s2cid=144035661}}</ref>.
Au début du {{s-|XVII}}, [[Johannes Kepler]] pense que la vitesse de la lumière est infinie puisque l'espace vide ne présente aucun obstacle à sa propagation. [[René Descartes]] argue que si la vitesse de la lumière est finie, le [[Soleil]], la [[Terre]] et la [[Lune]] ne seraient pas parfaitement alignés lors d'une [[éclipse lunaire]]. Puisqu'un tel manque d'alignement n'a pas été observé, Descartes conclut que la vitesse de la lumière est infinie. Il spécule que si la vitesse de la lumière était finie, tout son système philosophique pourrait être réfuté<ref name=Statistics />.
Lorsqu'il dérive les [[lois de Snell-Descartes]], il accepte la contradiction que la lumière se déplace instantanément, alors que son système philosophique affirme que plus dense est le médium, plus rapide est la lumière<ref>{{Ouvrage |langue=en |auteur1=[[Florian Cajori]] |titre=A History of Physics in its Elementary Branches: Including the Evolution of Physical Laboratories |année=1922}}</ref>.
[[Pierre de Fermat]], qui soutient que la vitesse de la lumière est finie, dérive les mêmes lois en utilisant l'argument opposé que la lumière voyage moins vite dans les médiums plus denses<ref>{{Ouvrage |langue=en |auteur1=[[Carl Benjamin Boyer]] |titre=The Rainbow: From Myth to Mathematics |année=1959}}</ref>.
=== Premières tentatives de mesures ===
[[Fichier:Illustration from 1676 article on Ole Rømer's measurement of the speed of light.jpg|vignette|gauche|redresse=1.25|Schéma dessiné par [[Ole Christensen Rømer|Ole Rømer]] pour son étude de la vitesse de la lumière.<br>
Le Soleil est la figure près de la lettre A. La Terre suit l'orbite qui passe par les points E, F, G, H, L et K. [[Jupiter (planète)|Jupiter]] est représenté par le petit cercle identifié par la lettre B, alors que l'orbite de la lune Io passe par les points C et D. La zone d'ombre solaire de Jupiter est représentée par le rectangle grisé.<br>
Rømer a observé que la durée de l'occultation de Io changeait selon la position de la Terre. Il devait soit conclure que la période orbitale de Io changeait, soit que la vitesse de la lumière était finie.|alt=Schéma d'une planète orbitant autour du Soleil et d'une lune orbitant autour d'une autre planète.]]
En 1629, [[Isaac Beeckman]] propose une expérience où une personne observe l'éclair d'un coup de canon réfléchi sur un miroir à une distance d'environ 1 mile (1,6 km)<ref name=boyer/>.
En 1638, [[Galilée (savant)|Galilée]] propose une autre expérience, qu'il aurait réalisée quelques années plus tôt, pour mesurer {{mvar|c}} en observant le délai entre l'exposition du hublot d'une lanterne allumée et de la détection de la lumière projetée à quelque distance de là. Il aurait été incapable de déterminer si {{mvar|c}} est infinie ou pas. Il conclut que si elle n'est pas infinie, elle doit être très grande<ref name="2newsciences">{{Ouvrage |langue=en |auteur1=G. Galilei |auteur2=H. Crew |auteur3=A. de Salvio |responsabilité3=trad. |titre=Dialogues Concerning Two New Sciences |passage=43 |éditeur=[[Dover Publications]] |année=1954 |année première édition=1638 |isbn=978-0-486-60099-4 |lire en ligne=https://www.questia.com/read/88951396/dialogues-concerning-two-new-sciences}}</ref>{{,}}<ref name="boyer">{{Article |langue=en |prénom1=C. B. |nom1=Boyer |titre=Early Estimates of the Velocity of Light |périodique=[[Isis (journal)|Isis]] |volume=33 |numéro=1 |année=1941 |doi=10.1086/358523 |pages=24 |s2cid=145400212}}</ref>.
En 1667, l’''[[Accademia del Cimento]]'' de Florence rapporte avoir effectué l'expérience de Galilée, avec des lanternes distantes d'environ 1 mile. Aucun délai n'est observé<ref name=FoschiLeone/>{{,}}<ref name=magalotti/>{{,}}<ref group="note">Pour cette distance, le délai serait d'environ 11 microsecondes.</ref>.
[[Ole Rømer]] est, en 1676, [[Détermination de la vitesse de la lumière par Ole Rømer|le premier à tenter de mesurer {{mvar|c}}]].
Connaissant la période orbitale de la [[Io (lune)|lune Io de Jupiter]], il détermine qu'elle raccourcit lorsque la Terre approche de Jupiter et qu'elle allonge lorsque la Terre s'éloigne de Jupiter. Il conclut que la lumière voyage à une vitesse finie ; il estime qu'elle prend {{unité|22 minutes}} à franchir le diamètre de l'orbite terrestre<ref name="cohen" />{{,}}<ref name="roemer" />.
Pour sa part, [[Christian Huygens]] combine cette durée avec une estimation du diamètre de l'orbite terrestre et calcule que {{mvar|c}} égale {{val|220000 km/s}}<ref name="Huygens 1690 8–9">{{Ouvrage |langue=fr |prénom1=C. |nom1=Huygens |titre=Traitée de la Lumière |passage=8–9 |éditeur=Pierre van der Aa |année=1690 |lire en ligne=https://archive.org/details/bub_gb_kVxsaYdZaaoC/page/n19}}</ref>{{,}}<ref group="note">C'est-à-dire 26 % de moins que la valeur moderne.</ref>.
Dans son livre ''[[Opticks]]'' de 1704, [[Isaac Newton]] rapporte les calculs de Rømer et affirme que la lumière franchit la distance séparant le Soleil de la Terre en « sept ou huit minutes »{{trad|en|seven or eight minutes}}{{,}}<ref>{{Ouvrage |langue=la |prénom1=I. |nom1=Newton |titre=Optiks |année=1704 |lire en ligne=http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k3362k.image.f235.vignettesnaviguer |titre chapitre=Prop. XI}}
: Le texte de la {{nobr|Prop. XI}} est identique dans les éditions de 1704 et de 1719.</ref>{{,}}<ref group="note">La valeur avancée au {{s-|XXI}} est {{heure||8|19}}.</ref>.
En 1729, [[James Bradley]] découvre l'[[aberration de la lumière|aberration stellaire]]<ref name="Bradley1729" />.
En s'appuyant sur cet effet, il détermine que {{mvar|c}} égale {{unit|10210 fois}} la vitesse orbitale de la Terre<ref group="note">Au {{s-|XXI}}, c'est {{unité|10066 fois}}.</ref> ou, de façon équivalente, qu'il faut à la lumière {{heure||8|12}} pour franchir la distance Soleil-Terre<ref name="Bradley1729" />.
=== Lien avec l'électromagnétisme ===
{{Articles connexes|Histoire de l'électricité|Histoire de la relativité restreinte}}
Au {{s-|XIX}}, [[Hippolyte Fizeau]] développe une méthode pour déterminer {{mvar|c}} en effectuant des mesures terrestres du temps de vol de la lumière ; il rapporte la valeur de {{unité|315000 km/s}}<ref name="guarnieri 7-1">{{Article |langue=en |prénom1=M. |nom1=Guarnieri |titre=Two Millennia of Light: The Long Path to Maxwell's Waves |périodique=IEEE Industrial Electronics Magazine |volume=9 |numéro=2 |année=2015 |doi=10.1109/MIE.2015.2421754 |pages=54–56, 60 |s2cid=20759821}}</ref>.
En 1856, [[Wilhelm Eduard Weber]] et [[Rudolf Kohlrausch]], grâce aux décharges électriques d'une [[bouteille de Leyde]], mesurent une unité de charge électromagnétique et une unité de charge électrostatique ; ils calculent le rapport des deux unités et obtiennent une vitesse proche de la valeur obtenue par Fizeau. L'année suivante, [[Gustav Kirchhoff]] calcule qu'un signal électrique voyage dans un fil sans résistance à cette même vitesse<ref>{{Article |langue=de |prénom1=G. |nom1=Kirchhoff |titre=Über die Bewegung der Elektricität |périodique=[[Annalen der Physik|Ann. Phys.]] |volume=178 |numéro=12 |année=1857 |doi=10.1002/andp.18571781203 |bibcode=1857AnP...178..529K |lire en ligne=https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k15187j/f549.item.r= |pages=529–44}}</ref>.
Au début des années 1860, [[James Clerk Maxwell]] démontre, dans le cadre de sa théorie de l'[[électromagnétisme]], que les ondes électromagnétiques se propagent dans le vide<ref>{{Ouvrage |langue=en |prénom1=Nicholas J. |nom1=Giordano |titre=College physics: reasoning and relationships |passage=787 |éditeur=Cengage Learning |année=2009 |isbn=978-0-534-42471-8 |lire en ligne=https://books.google.com/books?id=BwistUlpZ7cC}} [https://books.google.com/books?id=BwistUlpZ7cC&pg=PA787 Extract of page 787]</ref>{{,}}<ref>{{Ouvrage |langue=en |prénom1=Peter Gabriel |nom1=Bergmann |titre=The riddle of gravitation |passage=17 |éditeur=Courier Dover Publications |année=1992 |isbn=978-0-486-27378-5 |lire en ligne=https://books.google.com/books?id=WYxkrwMidp0C}} [https://books.google.com/books?id=WYxkrwMidp0C&pg=PA17 Extract of page 17]</ref>{{,}}<ref>{{Ouvrage |langue=en |prénom1=Sander |nom1=Bais |titre=The Equations: Icons of knowledge |passage=40 |éditeur=Harvard University Press |année=2005 |isbn=978-0-674-01967-6 |lire en ligne=https://archive.org/details/equationsiconsof0000bais/page/40}}</ref> à une vitesse égale à celle calculée par Weber et Kohlrausch, tout en attirant l'attention sur la proximité numérique avec la vitesse de la lumière mesurée par Fizeau<ref name="maxwellbio">{{Lien web |langue=en |prénom=J. J. |nom=O'Connor |prénom2=E. F. |nom2=Robertson |titre=James Clerk Maxwell |url=https://web.archive.org/web/20110128034939/http://www-groups.dcs.st-and.ac.uk/~history/Biographies/Maxwell.html |éditeur=School of Mathematics and Statistics, University of St Andrews |date=November 1997}}</ref>. Pour lui, la lumière est une [[onde électromagnétique]]<ref>{{Ouvrage |auteur1=[[Richard Feynman]] |traducteur=[[Françoise Balibar]] et Alain Laverne |titre=Lumière et Matière |sous-titre=Une étrange histoire |titre original=QED, The Strange Theory of Light and Matter |passage=17 |éditeur=InterÉditions |collection=Sciences |année=1992 |année première édition=1987 |pages totales=206 |isbn=2-7296-0154-6}}.</ref>.
Améliorant la méthode de Fizeau, [[Léon Foucault]] obtient {{val|298000 km/s}} en 1862<ref name="How" />.
=== Éther luminifère ===
[[Fichier:Einstein en Lorentz.jpg|vignette|redresse=1.25|alt=Photo en noir et blanc de deux hommes en costume debout et regardant l'objectif.|Le physicien néerlandais [[Hendrik Lorentz]] (à la droite) avec [[Albert Einstein]].]]
Aux {{s-|XIX}}, les scientifiques pensent qu'un médium est nécessaire pour qu'un phénomène ondulatoire puisse se produire, peu importe que ce soit une vague ou une onde sonore par exemple. Puisque la lumière se propage dans le vide, il doit être rempli d'un médium qui sert à la propagation des ondes lumineuses. La Terre, qui se déplace dans ce médium immobile appelé « [[éther luminifère]] », est soumise à l'équivalent d'un vent<ref group="note">Situation analogue au déplacement d'un corps physique dans l'atmosphère terrestre. Lorsque nous marchons, on perçoit très peu ou pas la résistance de l'air, alors que si nous sommes dans un véhicule à haute vitesse, la résistance de l'air est perceptible.</ref>{{,}}{{sfn|Serway|1992|p=320}}.
Reprenant cette hypothèse, des scientifiques du {{s-|XIX}} pensent qu'il est possible de mesurer la vitesse de la Terre en détectant un changement dans la vitesse de la lumière. En effet, si la Terre s'éloigne ou se rapproche du Soleil par exemple, la vitesse de la lumière issue du Soleil change selon la [[Composition des mouvements#Composition_des_vitesses|loi de composition des vitesses]]{{sfn|Serway|1992|p=320}}.
Au début des années 1880, plusieurs expériences sont menées pour calculer la vitesse de la Terre{{sfn|Serway|1992|p=323}}. La plus connue est l'[[expérience de Michelson–Morley]] de 1887{{sfn|Serway|1992|p=321}}.
Pendant cette expérience, la vitesse détectée est toujours plus petite que l'erreur d'observation<ref>{{Ouvrage |langue=en |prénom1=Maurizio |nom1=Consoli |prénom2=Alessandro |nom2=Pluchino |titre=Michelson-Morley Experiments: An Enigma for Physics & The History of Science |passage=118-119 |éditeur=World Scientific |date=2018 |isbn=978-9-813-27818-9 |lire en ligne=https://books.google.com/books?id=VdWEDwAAQBAJ&pg=PA118}}</ref>{{,}}<ref>{{Article |langue=en |prénom1=A. A. |nom1=Michelson |prénom2=E. W. |nom2=Morley |titre=On the Relative Motion of the Earth and the Luminiferous Ether |périodique=[[American Journal of Science]] |volume=34 |numéro=203 |année=1887 |doi=10.1366/0003702874447824 |lire en ligne=https://zenodo.org/record/1450078 |pages=333–345 |s2cid=98374065}}</ref>.
Des expériences menées au {{s-|XX}} démontrent que l'erreur est inférieure à 6 nanomètres par seconde ; il faut donc conclure que la lumière se déplace à la même vitesse, peu importe la direction de propagation (elle est donc [[isotropie|isotrope]])<ref>{{Ouvrage |langue=en |prénom1=A. P. |nom1=French |titre=Special relativity |passage=51–57 |éditeur=Van Nostrand Reinhold |année=1983 |isbn=978-0-442-30782-0}}</ref>.
À la suite de cette expérience, [[George FitzGerald (physicien)|George FitzGerald]] et [[Hendrik Lorentz]] proposent de façon indépendante que les appareils utilisés [[Contraction des longueurs|se contractent]] dans le sens du mouvement, ce qui annulerait l'effet du vent d'éther. Lorentz indique de plus que le temps d'un système en mouvement, qu'il appelle « temps local », doit aussi être modifié par le même facteur, ce qui mène à la formulation des [[transformations de Lorentz]]. En se basant sur la [[théorie de l'éther de Lorentz]], [[Henri Poincaré]] démontre en 1900 que ce temps local (une approximation d'ordre 2 du rapport {{mvar|v}}/{{mvar|c}}) est celui indiqué par les horloges qui se déplacent dans l'éther, qui sont synchronisées en faisant l'hypothèse que {{mvar|c}} est constante. En 1904, il spécule que {{mvar|c}} pourrait être l'ultime vitesse en [[Dynamique (mécanique)|dynamique]], à la condition que toutes les hypothèses de la théorie de Lorentz soient validées. En 1905, il démontre, en se basant sur différentes expériences, que la théorie de l'éther de Lorentz explique complètement le [[principe de relativité]]<ref>{{Ouvrage |langue=en |prénom1=O. |nom1=Darrigol |titre=Electrodynamics from Ampère to Einstein |éditeur=Clarendon Press |année=2000 |isbn=978-0-19-850594-5 |lire en ligne=https://archive.org/details/electrodynamicsf0000darr}}</ref>{{,}}<ref>{{Ouvrage |langue=en |auteur1=[[Peter Galison|P. Galison]] |titre=Einstein's Clocks, Poincaré's Maps: Empires of Time |éditeur=W.W. Norton |année=2003 |isbn=978-0-393-32604-8}}</ref>.
En 1905, le physicien [[Albert Einstein]] postule que la vitesse de la lumière dans le vide, telle que mesurée par des observateurs non accélérés, est indépendante du mouvement de la source et du mouvement des observateurs. En se basant à la fois sur cette invariance et le principe de relativité, il jette les bases de la [[relativité restreinte]], où {{mvar|c}} est élevée au rang de constante fondamentale de l'[[Univers]], constante qui apparaît dans des contextes où la lumière ne joue aucun rôle direct. Sa théorie rend caduque la notion d'éther luminifère (hypothèse que soutiennent encore Lorentz et Poincaré) et met en avant ce qui sera appelé l'« [[espace-temps]] », une façon de représenter l'espace et le temps comme deux notions inséparables{{sfn|Serway|1992|p=323-324}}{{,}}<ref>{{Ouvrage |langue=en |prénom1=A. I. |nom1=Miller |titre=Albert Einstein's special theory of relativity. Emergence (1905) and early interpretation (1905–1911) |éditeur=Addison–Wesley |année=1981 |isbn=978-0-201-04679-3 |lire en ligne=https://archive.org/details/alberteinsteinss0000mill}}</ref>{{,}}<ref>{{Ouvrage |langue=en |auteur1=[[Abraham Pais|A. Pais]] |titre=Subtle is the Lord: The Science and the Life of Albert Einstein |éditeur=Oxford University Press |année=1982 |isbn=978-0-19-520438-4}}</ref>.
=== Des mesures de plus en plus précises, redéfinitions du mètre et de la seconde ===
{{Article connexe|Histoire du mètre}}
Dans la seconde moitié du {{s-|XX}}, des progrès techniques permettent de préciser encore plus la valeur de la vitesse de la lumière. En 1950, [[Louis Essen]] détermine que {{mvar|c}} égale {{unité|299792.5 km/s|±=3.0}} en utilisant une cavité résonnante<ref name="Essen1950" />.
Cette valeur est adoptée par la 12{{e}} assemblée de l'[[Union radio-scientifique internationale]] en 1957. En 1960, le [[Histoire du mètre|mètre est redéfini]] en fonction de la longueur d'onde d'une ligne spectrale particulière du [[krypton]] 86. En 1967, c'est au tour de la seconde d'être redéfinie selon la fréquence de transition hyperfine de l'[[état fondamental]] du [[césium]] 133<ref name="13thCGPMr1">{{Lien web |langue=en |titre=Resolution 1 of the 15th CGPM |url=https://www.bipm.org/en/CGPM/db/13/1/ |éditeur=[[Bureau international des poids et mesures|BIPM]] |année=1967 |consulté le=2021-03-14}}</ref>.
En 1972, en utilisant des techniques d'[[interférométrie]] par laser et les nouvelles définitions, un groupe du [[National Institute of Standards and Technology|National Bureau of Standards]] détermine que la vitesse de la lumière dans le vide est de {{unité|299792456.2 m/s|±=1.1}}. Cette mesure est 100 fois plus précise que la plus précise des mesures précédentes. L'incertitude est surtout attribuable à la définition du mètre{{#tag:ref|Entre 1960 et 1983, le mètre est défini ainsi : « Le mètre est la longueur égale à {{val|1650763.73}} longueurs d'onde dans le vide de la radiation qui correspond à la transition entre les niveaux 2p<sup>10</sup> et 5d<sup>5</sup> de l'atome de [[krypton]] 86 »{{trad|en|The metre is the length equal to {{val|1650763.73}} wavelengths in vacuum of the radiation corresponding to the transition between the levels 2p<sup>10</sup> and 5d<sup>5</sup> of the krypton 86 atom}}{{,}}<ref name="11thCGPM">{{Lien web |langue=en |titre=Resolution 6 of the 15th CGPM |url=http://www.bipm.org/en/CGPM/db/11/6/ |éditeur=[[Bureau international des poids et mesures|BIPM]] |année=1967 |consulté le=2010-10-13}}</ref>.
Dans les années 1970, des scientifiques découvrent que la raie du spectre lumineux n'est pas symétrique, ce qui augmente l'imprécision sur la largeur de la raie lorsqu'elle est calculée en se basant sur l'interférométrie<ref>{{Article |langue=en |prénom1=R. |nom1=Barger |prénom2=J. |nom2=Hall |titre=Wavelength of the 3.39-μm laser-saturated absorption line of methane |périodique=Applied Physics Letters |volume=22 |numéro=4 |année=1973 |doi=10.1063/1.1654608 |bibcode=1973ApPhL..22..196B |lire en ligne=https://semanticscholar.org/paper/0a5dbb6954fdffaf703e1e4c5b250724e65d5d91 |pages=196 |s2cid=1841238}}</ref>.|group=note}}{{,}}<ref name="NIST heterodyne" />.
D'autres expériences ayant déterminé la même valeur de {{mvar|c}}, la 15{{e}} [[Conférence générale des poids et mesures]] (CPGM), tenue en 1975, recommande d'utiliser la valeur de {{unité|299792458 m/s}} pour la vitesse de la lumière<ref name="15thCGPM">{{Lien web |langue=en |titre=Resolution 2 of the 15th CGPM |url=http://www.bipm.org/en/CGPM/db/15/2/ |éditeur=BIPM |année=1975 |consulté le=2009-09-09}}</ref>.
=== Définition de la vitesse de la lumière comme une constante explicite ===
En 1983, le 17{{e}} congrès de la [[Conférence générale des poids et mesures]] (CGPM) conclut que, comparativement aux méthodes reconnues par les standards en vigueur, il est plus facile [[Reproductibilité|de reproduire]] certaines longueurs d'onde à partir de mesures de fréquences et d'une valeur connue de {{mvar|c}}. Le congrès retient la définition de 1967 pour la [[seconde (temps)|seconde]], ce qui fait de la fréquence hyperfine du [[césium]] la base servant à définir la seconde et le mètre. Le congrès déclare que « le mètre est la longueur du trajet parcouru par la lumière dans le vide pendant l'intervalle temporel de {{sfrac|1|{{val|299792458}}}} seconde »{{trad|en|the length of the path travelled by light in vacuum during a time interval of {{sfrac|1|{{val|299792458}}}} of a second}}{{,}}<ref name="Resolution_1">{{Lien web |langue=en |titre=Resolution 1 of the 17th CGPM |url=http://www.bipm.org/en/CGPM/db/17/1/ |éditeur=BIPM |année=1983 |consulté le=2009-08-23}}</ref>.
En conséquence, la valeur de {{mvar|c}} est définie exactement égale à {{unité|299792458 m/s}}<ref name="Wheeler">{{Ouvrage |langue=en |auteur1=E. F. Taylor |auteur2=[[John Wheeler|J. A. Wheeler]] |titre=Spacetime Physics: Introduction to Special Relativity |éditeur=Macmillan |année=1992 |numéro édition=2 |isbn=978-0-7167-2327-1 |lire en ligne=https://books.google.com/books?id=PDA8YcvMc_QC&pg=PA59}}</ref>{{,}}<ref name="timeline">{{Lien web |langue=en |prénom=W. B. |nom=Penzes |titre=Time Line for the Definition of the Meter |url=https://www.nist.gov/pml/div683/upload/museum-timeline.pdf |format=Pdf |éditeur=[[National Institute of Standards and Technology|NIST]] |année=2009 |consulté le=2010-01-11}}</ref>{{,}}<ref name="penrose">{{Ouvrage |langue=en |prénom1=R. |nom1=Penrose |titre=The Road to Reality: A Complete Guide to the Laws of the Universe |passage=410-411 |éditeur=Vintage Books |année=2004 |isbn=978-0-679-77631-4 |lire en ligne=https://archive.org/details/roadtoreality00penr_319/page/n438}}
: {{citation étrangère|lang=en|[...] the most accurate standard for the metre is conveniently ''defined'' so that there are exactly {{unité|299792458}} of them to the distance travelled by light in a standard second, giving a value for the metre that very accurately matches the now inadequately precise standard metre rule in Paris.}}</ref> et devient ainsi une constante définie dans le [[Système international d'unités]] (SI)<ref name="Jespersen" />.
La décision du congrès impose que la valeur du mètre dépende dorénavant de mesures plus précises de fréquences ou de longueurs d'onde de la lumière, par exemple en mesurant plus précisément la longueur d'onde de la transition hyperfine du krypton 86 ou de toute autre source d'ondes électromagnétiques<ref name="Adams">{{Ouvrage |langue=en |prénom1=S. |nom1=Adams |titre=Relativity: An Introduction to Space–Time Physics |passage=140 |éditeur=CRC Press |année=1997 |isbn=978-0-7484-0621-0 |lire en ligne=https://books.google.com/books?id=1RV0AysEN4oC&pg=PA140}}
: {{citation étrangère|langue=en|One peculiar consequence of this system of definitions is that any future refinement in our ability to measure ''c'' will not change the speed of light (which is a defined number), but will change the length of the meter!}}</ref>{{,}}<ref name="W_Rindler">{{Ouvrage |langue=en |prénom1=W. |nom1=Rindler |titre=Relativity: Special, General, and Cosmological |passage=41 |éditeur=Oxford University Press |année=2006 |numéro édition=2 |isbn=978-0-19-856731-8 |lire en ligne=https://books.google.com/books?id=MuuaG5HXOGEC&pg=PT41}}
: {{citation étrangère|langue=en|Note that [...] improvements in experimental accuracy will modify the meter relative to atomic wavelengths, but not the value of the speed of light!}}</ref>.
En 2011, la CGPM déclare son intention de redéfinir les sept unités de base du SI en utilisant ce qu'elle appelle « la formulation des constantes explicites »{{trad|en|the explicit-constant formulation}}, où chaque « unité est définie indirectement en spécifiant explicitement une valeur exacte pour une constante fondamentale bien connue »{{trad|en|unit is defined indirectly by specifying explicitly an exact value for a well-recognized fundamental constant}}, comme il a été fait pour {{mvar|c}}<ref>{{Lien web |langue=en |titre=The "explicit-constant" formulation |url=https://web.archive.org/web/20140811195806/http://www.bipm.org/en/si/new_si/explicit_constant.html |site=BIPM |date=2011}}</ref>.
Une nouvelle définition du mètre, complètement équivalente, est proposée : {{citation|Le mètre, symbole m, est l’unité de longueur du SI. Il est défini en prenant la valeur numérique fixée de la vitesse de la lumière dans le vide, c, égale à {{unité|299 792 458}} lorsqu’elle est exprimée en m/s, la seconde étant définie en fonction de ∆''ν''<sub>Cs</sub>.}}{{#tag:ref|La seconde est alors définie par la durée de {{unité|9192631770 cycles}} de la radiation émise lors de la transition d'un électron entre deux [[niveau d'énergie|niveaux d'énergie]] précis de l'atome de [[césium]] 133<ref>{{Lien web |langue=en |titre=Base unit definitions: Second |url=http://physics.nist.gov/cuu/Units/second.html |site=physics.nist.gov |consulté le=7 avril 2018}}</ref>.|group=note |name=seconde}}.
Cette définition est inscrite dans le « [[Redéfinition du Système international d'unités de 2018-2019|SI révisé]] »<ref>{{Ouvrage |titre=Conférence générale des poids et mesures - Comptes rendus de la 26e réunion de la CGPM |passage=212 |éditeur=Bureau international des poids et mesures |année=2018 |lire en ligne=https://www.bipm.org/documents/20126/30876792/CGPM26.pdf/9db96c32-a986-e32a-09f9-3ed7e6c77cf7 |format électronique=Pdf |titre chapitre=Annexe 3. Les unités de base du SI}}</ref>.
== Rôle fondamental en physique ==
{{Article connexe|Relativité restreinte|Vitesse de la lumière dans un seul sens}}
=== Invariance ===
La vitesse à laquelle se déplace la lumière dans le vide est à la fois indépendante de la vitesse de la source et du [[référentiel galiléen|référentiel inertiel]] de l'observateur<ref name=Sriranjan/>{{,}}<ref name=Inverno/>{{,}}<ref group="note">Néanmoins, à cause de l'[[effet Doppler]], la fréquence de la lumière dépend du mouvement de la source par rapport à un observateur.</ref>.
Cette invariance a été postulée par [[Albert Einstein]] en 1905<ref name="stachel">{{Ouvrage |langue=en |prénom1=J. J. |nom1=Stachel |titre=Einstein from "B" to "Z" – Volume 9 of Einstein studies |passage=226 |éditeur=Springer |année=2002 |isbn=978-0-8176-4143-6 |lire en ligne=https://books.google.com/books?id=OAsQ_hFjhrAC&pg=PA226}}</ref>,
après une étude de la théorie de l'[[électromagnétisme]] de [[James Clerk Maxwell]] et du manque de preuve de l'existence de l'[[éther luminifère]]<ref>{{article|langue=de
|nom=Einstein |prénom=A.
|année=1905
|titre=Zur Elektrodynamik bewegter Körper
|journal=[[Annalen der Physik]]
|volume=17 |numéro=10
|pages=890-921
|doi=10.1002/andp.19053221004
|bibcode=1905AnP...322..891E
|url=http://sedici.unlp.edu.ar/handle/10915/2786
|accès doi=libre
}}
: Traduit en anglais : {{Lien web |langue=en |prénom=W. |nom=Perrett |traducteur=G. B. Jeffery |titre=On the Electrodynamics of Moving Bodies |url=http://www.fourmilab.ch/etexts/einstein/specrel/www/ |site=Fourmilab |éditeur=J. Walker}}
: Traduit en français à partir d'une version publiée par le physicien indien [[Meghnad Saha]] en 1920 : {{lien web
|auteur1=Albert Einstein
|traducteur=Cantons-de-l'Est et Simon Villeneuve
|titre=De l'électrodynamique des corps en mouvement
|année=2012
|url=http://classiques.uqac.ca/classiques/einstein_albert/Electrodynamique/Electrodynamique.html
|site=Les Classiques des sciences sociales
}}</ref>.
Son hypothèse a été confirmée à maintes reprises par la suite{{sfn|Serway|1992|p=324}}{{,}}<ref group="note">Voyez par exemple l'[[expérience de Michelson–Morley]] et l'[[expérience de Kennedy–Thorndike]].</ref>.
Il est seulement possible de vérifier expérimentalement que la vitesse d'un rayon de lumière effectuant un aller-retour (par exemple, d'une source à un miroir, et vice-versa) ne dépend pas du référentiel inertiel, parce qu'il est impossible de mesurer la [[vitesse de la lumière dans un seul sens]] (d'une source à un très lointain détecteur par exemple) sans avoir établi au préalable une convention pour synchroniser les horloges à la source et au détecteur. Toutefois, en adoptant la [[synchronisation d'Einstein]], {{mvar|c}} dans un sens et {{mvar|c}} dans un aller-retour sont identiques par définition<ref name="Hsu2">{{Ouvrage |langue=en |prénom1=J.-P. |nom1=Hsu |prénom2=Y. Z. |nom2=Zhang |titre=Lorentz and Poincaré Invariance |volume=8 |passage=543 et suiv. |éditeur=[[World Scientific]] |collection=Advanced Series on Theoretical Physical Science |année=2001 |isbn=978-981-02-4721-8 |lire en ligne=https://books.google.com/books?id=jryk42J8oQIC&pg=RA1-PA541}}</ref>{{,}}<ref name="Zhang">{{Ouvrage |langue=en |prénom1=Y. Z. |nom1=Zhang |titre=Special Relativity and Its Experimental Foundations |volume=4 |passage=172–173 |éditeur=[[World Scientific]] |collection=Advanced Series on Theoretical Physical Science |année=1997 |isbn=978-981-02-2749-4 |lire en ligne=https://archive.org/details/specialrelativit0000chan/page/172}}</ref>.
[[Fichier:Lorentz factor.svg|vignette|gauche|redresse|alt=Graphique où la valeur de la variable γ commence à 1 lorsque v est nulle, demeure presque constante pour de faibles valeurs de v, puis augmente brusquement en se rapprochant d'une asymptote verticale, atteignant ainsi l'infini positif lorsque v est très près de c. |Le [[facteur de Lorentz]] ''γ'' comme fonction de la vitesse. Il commence à 1 et approche de l'infini positif lorsque {{mvar|v}} tend vers {{mvar|c}}.]]
La [[relativité restreinte]], fondée par [[Albert Einstein]] en 1905, explore plusieurs conséquences de l'invariance de {{mvar|c}}.
Par exemple, {{mvar|c}} est la vitesse à laquelle toutes les [[luxon|particules sans masse]] et toutes les [[onde électromagnétique|ondes électromagnétiques]] se propagent dans le vide<ref name="Inverno">{{Ouvrage |langue=en |prénom1=R. |nom1=d'Inverno |titre=Introducing Einstein's Relativity |passage=19-20 |éditeur=Oxford University Press |année=1992 |isbn=978-0-19-859686-8 |lire en ligne=https://archive.org/details/introducingeinst0000dinv/page/19}}</ref>{{,}}<ref name="Sriranjan">{{Chapitre |langue=en |auteur1=B. Sriranjan |titre chapitre=Postulates of the special theory of relativity and their consequences |titre ouvrage=The Special Theory to Relativity |éditeur=PHI Learning Pvt. Ltd. |année=2004 |isbn=978-81-203-1963-9 |lire en ligne=https://books.google.com/books?id=FsRfMvyudlAC&pg=PA20 |passage=20 et suiv.}}</ref>.
Cette théorie prédit des phénomènes contre-intuitifs, qui ont été vérifiés expérimentalement<ref>{{Lien web |langue=en |auteur=T. Roberts |directeur=J. M. Dlugosz |nom2=S. Schleif |titre=What is the experimental basis of Special Relativity? |url=https://web.archive.org/web/20091015153529/http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SR/experiments.html |site=Usenet Physics FAQ |éditeur=University of California, Riverside |année=2007}}</ref>.
Parmi ceux-ci, il y a l'[[équivalence masse-énergie]] (exprimée par <math>E=mc^2</math>)<ref name="LeClerq">{{Ouvrage |langue=en |prénom1=J.-P. |nom1=Uzan |prénom2=B. |nom2=Leclercq |titre=The Natural Laws of the Universe: Understanding Fundamental Constants |passage=43–44 |éditeur=Springer |année=2008 |isbn=978-0-387-73454-5 |lire en ligne=https://books.google.com/books?id=dSAWX8TNpScC&pg=PA43}}</ref>, la [[contraction des longueurs]]<ref>{{Ouvrage |auteur1=James H. Smith |titre=Introduction à la relativité |éditeur=InterEditions |année=1968 |numéro chapitre=4 |titre chapitre=§4 Le paradoxe des longueurs et la simultanéité}}
: Réédité par Masson (Dunod, {{3e|édition}}, 1997).</ref> (les objets en mouvement sont plus courts dans le sens du mouvement){{#tag:ref|Pour les objets en mouvement, leur longueur est plus courte dans le sens du mouvement et ils sont aussi observés à la fois pivotés et déformés. C'est la [[rotation de Terrell]], qui est la conséquence des temps que prennent les rayons lumineux des différentes parties d'un objet à atteindre un observateur<ref>{{Article |langue=en |prénom1=J. |nom1=Terrell |titre=Invisibility of the Lorentz Contraction |périodique=[[Physical Review]] |volume=116 |numéro=4 |année=1959 |doi=10.1103/PhysRev.116.1041 |bibcode=1959PhRv..116.1041T |pages=1041-1045}}</ref>{{,}}<ref>{{Article |langue=en |prénom1=R. |nom1=Penrose |titre=The Apparent Shape of a Relativistically Moving Sphere |périodique=[[Proceedings of the Cambridge Philosophical Society]] |volume=55 |numéro=1 |année=1959 |doi=10.1017/S0305004100033776 |bibcode=1959PCPS...55..137P |pages=137–39}}</ref>.|group=note}} et la [[dilatation du temps]]<ref>{{Ouvrage |langue=français |auteur1=David Langlois |titre=Introduction à la relativité |sous-titre=Principes fondamentaux et conséquences physiques |passage=16-19 |éditeur=Vuibert |date=13 juillet 2011 |pages totales=192}}</ref> (les horloges en mouvement avancent plus lentement). Le [[facteur de Lorentz]], noté {{mvar|γ}}, permet de calculer la contraction de la longueur et la dilatation du temps d'un objet en mouvement{{sfn|Taillet|Villain|Febvre|2013|loc={{s.v.}}facteur de Lorentz|p=269, {{col.|2}}}} ; il est donné par la formule {{mvar|γ}} = <math>\frac{1}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}</math>, où {{mvar|v}} est la vitesse de l'objet et {{mvar|c}}, la vitesse de la lumière<ref name="Giancoli">{{Ouvrage |auteur1=Douglas C. Giancoli |auteur2=Paul-Étienne Ouellet |responsabilité2=adaptation |auteur3=Louis-André Hamel |responsabilité3=consult. scient. |auteur4=J. M. Luc Ouellet |responsabilité4=consult. scient. |titre=Physique générale |sous-titre=Ondes, optique et physique moderne |volume=3 : Ondes, optique et physique moderne |passage=207 |éditeur=de boeck |année=2004 |pages totales=488 |isbn=2-8041-1702-2 |lire en ligne=https://books.google.fr/books?id=tAJIt_NA3dYC&pg=PA207#v=onepage&q&f=false}}</ref>.
La valeur de {{mvar|γ}} est très proche de 1 aux vitesses beaucoup plus faibles que {{mvar|c}}, ce qui est le cas pour la plupart des vitesses observées dans la vie courante<ref name=Giancoli/> {{incise|dans ces cas, les valeurs calculées par la [[relativité restreinte]] sont très proches de celles calculées par la [[relativité galiléenne]]|stop}}. Il augmente sensiblement aux vitesses dites relativistes (donc, proches de {{mvar|c}}) et tend vers l'infini positif lorsque {{mvar|v}} est très proche de {{mvar|c}}<ref>{{Ouvrage |langue=en |prénom1=Graham |nom1=Woan |titre=The Cambridge Handbook of Physics |passage=64 |éditeur=Cambridge University Press |année=2000 |isbn=0521575079}} (consulter le graphique)</ref>. Par exemple, le taux de contraction {{mvar|γ}} d'un objet en mouvement égale 2 lorsque sa vitesse relative atteint 86,6 % de {{mvar|c}}. Par ailleurs, un taux de dilation du temps {{mvar|γ}} = 10 apparaît lorsque {{nobr|1={{mvar|v}} = 99,5 % {{mvar|c}}}}<ref group=note>En effet,
* si v = 86,6 % {{mvar|c}}, alors {{mvar|γ}} = <math>\frac{1}{\sqrt{1-\frac{(0.866c)^2}{c^2}}}</math> = 1,999824
* si v = 99,5 % {{mvar|c}}, alors {{mvar|γ}} = <math>\frac{1}{\sqrt{1-\frac{(0.995c)^2}{c^2}}}</math> = 10,01</ref>.
Les résultats de la relativité restreinte peuvent être résumés en regroupant l'espace et le temps dans une seule structure appelée « [[espace-temps]] », tout en exigeant que soit satisfaite l'[[invariance de Lorentz]], dont la formulation mathématique comprend {{mvar|c}}<ref>{{Ouvrage |langue=en |prénom1=J. B. |nom1=Hartle |titre=Gravity: An Introduction to Einstein's General Relativity |passage=52-59 |éditeur=[[Addison-Wesley]] |année=2003 |isbn=978-981-02-2749-4 |lire en ligne=https://archive.org/details/specialrelativit0000chan/page/52}}</ref> (elle permet de relier l'espace au temps puisque {{mvar|c}} comprend à la fois les unités de mesure de l'espace et du temps).
L'invariance de Lorentz, une [[symétrie (physique)|symétrie]], est une hypothèse de base régulièrement mentionnée dans les théories physiques fondamentales modernes, telles l'[[électrodynamique quantique]], la [[chromodynamique quantique]], le [[modèle standard de la physique des particules]] et la [[relativité générale]]. En conséquence, {{mvar|c}} apparaît en beaucoup d'endroits en physique. Par exemple, la relativité générale prédit que {{mvar|c}} est aussi la [[vitesse de la gravité]] et des [[onde gravitationnelle|ondes gravitationnelles]]<ref name="Hartle">{{Ouvrage |langue=en |prénom1=J. B. |nom1=Hartle |titre=Gravity: An Introduction to Einstein's General Relativity |passage=332 |éditeur=[[Addison-Wesley]] |année=2003 |isbn=978-981-02-2749-4}}</ref>{{,}}{{#tag:ref|En 2008, l'interprétation d'observations de [[système binaire|systèmes binaires]] utilisés pour déterminer la vitesse de la gravité est mise en doute par quelques auteurs<ref name="Brügmann">{{Chapitre |langue=en |auteur1=G. Schäfer |auteur2=M. H. Brügmann |titre chapitre=Propagation of light in the gravitational field of binary systems to quadratic order in Newton's gravitational constant: Part 3: 'On the speed-of-gravity controversy' |auteurs ouvrage=H. Dittus, C. Lämmerzahl et S. G. Turyshev |titre ouvrage=Lasers, clocks and drag-free control: Exploration of relativistic gravity in space |éditeur=Springer |année=2008 |isbn=978-3-540-34376-9 |lire en ligne=https://books.google.com/books?id=QYnfdXOI8-QC&pg=PA111}}</ref>.|group=note}}.
Dans les [[Référentiel non inertiel|référentiels non inertiels]] (des espaces-temps courbés par la gravité ou des référentiels accélérés), la vitesse de la lumière ''locale'' est constante et égale {{mvar|c}}. Elle peut être différente sur une trajectoire de longueur finie selon la façon dont sont définis les distances et les temps<ref name="Gibbs1997" />.
La plupart des scientifiques pensent que les constantes fondamentales, telle que {{mvar|c}}, sont identiques peu importe l'espace-temps choisi. Elles seraient donc indépendantes du lieu et du temps où elles seraient calculées ou observées. Néanmoins, des scientifiques ont produit des [[Théories d'une vitesse de lumière variable|théories où {{mvar|c}} serait différente selon l'époque cosmologique]]<ref name="Ellis_Uzan">{{Article |langue=en |prénom1=G. F. R. |nom1=Ellis |prénom2=J.-P. |nom2=Uzan |titre='c' is the speed of light, isn't it? |périodique=[[American Journal of Physics]] |volume=73 |numéro=3 |année=2005 |doi=10.1119/1.1819929 |bibcode=2005AmJPh..73..240E |arxiv=gr-qc/0305099 |pages=240-327 |s2cid=119530637}}
: {{citation étrangère|lang=en|The possibility that the fundamental constants may vary during the evolution of the universe offers an exceptional window onto higher dimensional theories and is probably linked with the nature of the dark energy that makes the universe accelerate today.}}</ref>{{,}}<ref name="Mota">{{Ouvrage |langue=en |prénom1=D. F. |nom1=Mota |titre=Variations of the Fine Structure Constant in Space and Time |année=2006 |bibcode=2004astro.ph..1631M |arxiv=astro-ph/0401631}} (thèse doctorale)</ref>.
Aucune preuve concluante qui permettrait de valider ces théories n'a été trouvée jusqu'en 2013, et la recherche se poursuit<ref name="Uzan">{{Article |langue=en |prénom1=J.-P. |nom1=Uzan |titre=The fundamental constants and their variation: observational status and theoretical motivations |périodique=[[Reviews of Modern Physics]] |volume=75 |numéro=2 |année=2003 |doi=10.1103/RevModPhys.75.403 |bibcode=2003RvMP...75..403U |arxiv=hep-ph/0205340 |pages=403 |s2cid=118684485}}</ref>{{,}}<ref name="Camelia">{{Article |langue=en |prénom1=G. |nom1=Amelino-Camelia |titre=Quantum Gravity Phenomenology |périodique=Living Reviews in Relativity |volume=16 |numéro=1 |année=2013 |pmid=28179844 |pmcid=5255913 |doi=10.12942/lrr-2013-5 |bibcode=2013LRR....16....5A |arxiv=0806.0339 |pages=5}}</ref>.
Également, {{mvar|c}} est régulièrement jugée [[isotropie|isotrope]], c'est-à-dire qu'elle a la même valeur peu importe sa direction de propagation. Les observations d'ondes émises (1) [[Expérience de Hughes–Drever|par des noyaux atomiques plongés dans un champ magnétique variable]]<ref>{{Chapitre |langue=en |auteur1=R. L. Walsworth |titre chapitre=Tests of Lorentz Symmetry in the Spin-Coupling Sector |auteurs ouvrage=Jürgen Ehlers et Claus Lämmerzahl |titre ouvrage=Special Relativity |volume=702 |éditeur=Springer |série=Lecture Notes in Physics |date=2006 |isbn=978-3-540-34522-0 |doi=10.1007/3-540-34523-X_18 |passage=493-505}}</ref> et (2) par des [[Cavité optique|résonateurs optiques]] en rotation, imposent des limites strictes et très faibles sur l'imprécision d'une anisotropie en fonction de l'angle d'observation<ref name=Herrmann>{{Article |langue=en |prénom1=S. |nom1=Herrmann |prénom2=A. |nom2=Senger |prénom3=K. |nom3=Möhle |prénom4=M. |nom4=Nagel |titre=Rotating optical cavity experiment testing Lorentz invariance at the 10<sup>−17</sup> level |périodique=Physical Review D |volume=80 |numéro=100 |année=2009 |doi=10.1103/PhysRevD.80.105011 |bibcode=2009PhRvD..80j5011H |arxiv=1002.1284 |pages=105011 |nom5=Kovalchuk |prénom5=E. V. |nom6=Peters |prénom6=A. |s2cid=118346408}}</ref>{{,}}<ref name="Lang">{{Ouvrage |langue=en |prénom1=K. R. |nom1=Lang |titre=Astrophysical formulae |passage=152 |éditeur=Birkhäuser |année=1999 |numéro édition=3 |isbn=978-3-540-29692-8 |lire en ligne=https://books.google.com/books?id=OvTjLcQ4MCQC&pg=PA152}}</ref>.
=== Vitesse limite ===
{{Loupe|Vitesse limite}}
Selon la [[relativité restreinte]], l'énergie d'un objet ayant une [[masse au repos]] {{mvar|m}} et une vitesse {{mvar|v}} est donnée par {{nobr|{{mvar|γmc}}{{2}}}}, où {{mvar|γ}} est le facteur de Lorentz (qui comprend le terme {{mvar|v}}). Quand {{mvar|v}} est nulle, {{mvar|γ}} égale un, ce qui mène à la « fameuse équation »<ref name="David_BODANIS" /> <math>E=mc^2</math> ([[équivalence masse-énergie]]). {{mvar|γ}} tend vers l'infini positif lorsque {{mvar|v}} approche de {{mvar|c}} et il faudrait une énergie encore plus grande (jusqu'à une valeur infinie) pour accélérer encore plus un objet pesant pour lui faire atteindre {{mvar|c}}. La vitesse de la lumière dans le vide est donc l'ultime limite de vitesse pour les objets en mouvement dotés d'une masse au repos positive. Les [[photon]]s individuels ne peuvent voyager plus vite que cette vitesse<ref>{{Lien web |langue=en |auteur=Deborah Netburn |titre=It's official: Time machines won't work |url=http://latimesblogs.latimes.com/technology/2011/07/time-travel-impossible.html |site=Los Angeles Times |date=25 juillet 2011}}</ref>{{,}}<ref>{{Lien web |langue=en |titre=HKUST Professors Prove Single Photons Do Not Exceed the Speed of Light |url=http://web.archive.org/web/20120225022608/http://www.ust.hk/eng/news/press_20110719-893.html |site=The Hong Kong University of Science and Technology |date=2011-07-19}}</ref>{{,}}<ref>{{Article |langue=en |auteur1=Shanchao Zhang |auteur2=J.F. Chen |auteur3=Chang Liu |auteur4=M.M.T. Loy |auteur5=G.K.L. Wong |auteur6=Shengwang Du |titre=Optical Precursor of a Single Photon |périodique=Phys. Rev. Lett. |volume=106 |numéro=243602 |date=16 June 2011 |pmid=21770570 |doi=10.1103/physrevlett.106.243602 |bibcode=2011PhRvL.106x3602Z |lire en ligne=http://repository.ust.hk/ir/bitstream/1783.1-7246/1/PhysRevLett.106.243602.pdf |format=Pdf |pages=243602}}</ref>.
Ces hypothèses [[tests de l'énergie et de la quantité de mouvement relativistes|ont été confirmées expérimentalement]]<ref>{{Ouvrage |langue=en |auteur1=M. Fowler |titre=Notes on Special Relativity |passage=56 |éditeur=University of Virginia |date=mars 2008 |lire en ligne=http://galileo.phys.virginia.edu/classes/252/SpecRelNotes.pdf |format électronique=Pdf}}</ref>.
[[Fichier:Relativity of Simultaneity Animation.gif|vignette|redresse=1.5|Lignes de simultanéité: Les deux évènements A, B et C sont simultanés pour un observateur immobile par rapport aux endroits où ils se produisent. En revanche pour un observateur se déplaçant rapidement vers la droite ou vers la gauche, ils ne le sont plus. Pour l'observateur se déplaçant vers la droite à une vitesse de 0.3c, l'événement C se produit en premier]]
Plus généralement, il est impossible aux signaux ou à l'énergie de voyager plus vite que {{mvar|c}}. Un argument en faveur de cette position provient de la relativité de la [[simultanéité]], l'une des conséquences de la [[relativité restreinte]]. Si la distance spatiale des évènements A et B est plus grande que l'intervalle de temps entre les deux multiplié par {{mvar|c}}, alors il existe des référentiels où A précède B, d'autres où B précède A et d'autres où les deux sont simultanés.
En conséquence, si quelque chose voyageait plus vite que {{mvar|c}} relativement à un référentiel inertiel, il reculerait dans le temps relativement à un autre référentiel et la [[causalité]] serait violée{{#tag:ref|Des scientifiques pensent que l'[[effet Scharnhorst]] permet à des signaux de voyager un peu plus rapidement que la lumière dans le vide, mais les conditions requises pour observer de tels signaux interdisent d'utiliser cet effet pour violer la causalité<ref>{{Article |langue=en |prénom1=S. |nom1=Liberati |prénom2=S. |nom2=Sonego |prénom3=M. |nom3=Visser |titre=Faster-than-''c'' signals, special relativity, and causality |périodique=[[Annals of Physics]] |volume=298 |numéro=1 |année=2002 |doi=10.1006/aphy.2002.6233 |bibcode=2002AnPhy.298..167L |arxiv=gr-qc/0107091 |pages=167-185 |s2cid=48166}}</ref>.|group=note}}{{,}}<ref name="Taylor_p74">{{Ouvrage |langue=en |auteur1=[[Edwin F. Taylor|E. F. Taylor]] |auteur2=[[John Wheeler|J. A. Wheeler]] |titre=Spacetime Physics |passage=74-75 |éditeur=W. H. Freeman |année=1992 |isbn=978-0-7167-2327-1 |lire en ligne=https://archive.org/details/spacetimephysics00edwi_0/page/74}}</ref>.
Dit autrement, un effet serait observé avant sa cause. Ce phénomène, qui n'a jamais été observé<ref name=Zhang/>, mènerait par exemple à l'existence d'un antitéléphone [[tachyon]]ique, c'est-à-dire un hypothétique appareil qui pourrait être utilisé pour envoyer un signal dans son passé<ref>{{Ouvrage |langue=en |auteur1=[[Richard Tolman|R. C. Tolman]] |titre=The Theory of the Relativity of Motion |passage=54 |éditeur=BiblioLife |année=2009 |année première édition=1917 |isbn=978-1-103-17233-7 |titre chapitre=Velocities greater than that of light}}</ref>.
[[Albert Einstein]] en 1907<ref name="Einst">{{Article |langue=de |prénom1=Albert |nom1=Einstein |titre=Über das Relativitätsprinzip und die aus demselben gezogenen Folgerungen |traduction titre=On the relativity principle and the conclusions drawn from it |périodique=Jahrbuch der Radioaktivität und Elektronik |volume=4 |date=1907 |lire en ligne=http://www.soso.ch/wissen/hist/SRT/E-1907.pdf |format=Pdf |pages=411-462}}</ref>{{,}}<ref name="Einsttransl">{{Chapitre |langue=en |prénom1=Albert |nom1=Einstein |titre chapitre=On the relativity principle and the conclusions drawn from it |auteurs ouvrage=John Stachel, David C. Cassidy, Jürgen Renn et Robert Schulmann |titre ouvrage=The Collected Papers of Albert Einstein, Volume 2: The Swiss Years: Writings, 1900-1909 |lieu=Princeton |éditeur=[[Princeton University Press]] |date=1990 |isbn=9780691085265 |lire en ligne=http://einsteinpapers.press.princeton.edu/vol2-trans/279 |passage=252}}</ref> présente une expérience de pensée où des signaux [[supraluminique]]s pourraient provoquer un paradoxe de [[Causalité (physique)|causalité]].
En 1910, [[Arnold Sommerfeld]] et Einstein le décrivent comme un moyen de « télégraphier dans le passé »{{trad|en|to telegraph into the past}}{{,}}<ref>{{Ouvrage |langue=en |auteur1=A. I. Miller |titre=Albert Einstein's special theory of relativity. Emergence (1905) and early interpretation (1905–1911) |lieu=Reading |éditeur=Addison–Wesley |année=1981 |isbn=0-201-04679-2 |lire en ligne=https://archive.org/details/alberteinsteinss0000mill}}</ref>.
La même expérience de pensée a été décrite par [[Richard Tolman]] en 1917<ref name="tol">{{Chapitre |langue=en |auteur1=R. C. Tolman |titre chapitre=Velocities greater than that of light |titre ouvrage=The theory of the Relativity of Motion |éditeur=[[University of California Press]] |année=1917 |oclc=13129939 |lire en ligne=https://archive.org/details/theoryrelativmot00tolmrich |passage=54}}</ref> ; des scientifiques peuvent faire allusion à cet appareil en mentionnant le « paradoxe de Tolman ».
Plus tard, il a été nommé « antitéléphone tachyonique »{{trad|en|tachyonic antitelephone}} par [[Gregory Benford]] ''et al''<ref name="ben">{{Article |langue=en |auteur1=Gregory Benford |nom2=D. L. Book |nom3=W. A. Newcomb |titre=The Tachyonic Antitelephone |périodique=[[Physical Review D]] |volume=2 |numéro=2 |année=1970 |doi=10.1103/PhysRevD.2.263 |bibcode=1970PhRvD...2..263B |lire en ligne=https://web.archive.org/web/20200207230346/https://pdfs.semanticscholar.org/0fbd/29db01362f5bf2859ba8d30f528a29ee6cb9.pdf |format=Pdf |pages=263-265 |s2cid=121124132}}</ref>.
Dans les domaines de la physique où {{mvar|c}} apparaît régulièrement, comme la [[relativité restreinte]] et la [[relativité générale]], il est courant d'utiliser des [[système d'unités naturelles|systèmes d'unités naturelles]] de mesures ou des [[Système d'unités géométriques|systèmes d'unités géométriques]] dans lesquelles {{nowrap|1={{mvar|c}} = 1}}<ref name="Lawrie">{{Chapitre |langue=en |auteur1=I. D. Lawrie |titre chapitre=Appendix C: Natural units |titre ouvrage=A Unified Grand Tour of Theoretical Physics |éditeur=CRC Press |année=2002 |numéro d'édition=2 |isbn=978-0-7503-0604-1 |lire en ligne=https://books.google.com/books?id=9HZStxmfi3UC&pg=PA540 |passage=540}}</ref>{{,}}<ref name="Hsu1">{{Chapitre |langue=en |auteur1=L. Hsu |titre chapitre=Appendix A: Systems of units and the development of relativity theories |titre ouvrage=A Broader View of Relativity: General Implications of Lorentz and Poincaré Invariance |éditeur=[[World Scientific]] |année=2006 |numéro d'édition=2 |isbn=978-981-256-651-5 |lire en ligne=https://books.google.com/books?id=amLqckyrvUwC&pg=PA428 |passage=427-428}}</ref>{{,}}<ref group="note">De cette façon, {{mvar|c}} n'apparaît pas explicitement parce que la multiplication ou la division par 1 ne modifie pas le résultat.</ref>.
== Observations et expériences de vitesses supraluminiques ==
{{Article principal|Vitesse supraluminique}}
Certaines observations laissent penser, à tort, que la matière, l'énergie ou des signaux transportant des informations se déplacent à une vitesse supérieure à {{mvar|c}}. Par exemple, tel que discuté dans la section [[#Dans un médium|''Dans un médium'']] ci-dessous, les vitesses de plusieurs caractéristiques d'ondes peuvent excéder {{mvar|c}}. Par exemple, les [[Vitesse d'une onde#Vitesse_de_phase|vitesses de phase]] des [[rayon X|rayons X]], lorsqu'ils traversent la plupart des verres, dépassent régulièrement {{mvar|c}}<ref>{{Ouvrage |langue=en |auteur1=E. Hecht |titre=Optics |passage=62 |éditeur=Addison-Wesley |année=1987 |isbn=978-0-201-11609-0 |numéro d'édition=2}}</ref>, mais aucune vitesse de phase n'influe sur la vitesse à laquelle les ondes transportent des informations<ref>{{Ouvrage |langue=en |auteur1=R. S. Quimby |titre=Photonics and lasers: An introduction |passage=9 |éditeur=John Wiley and Sons |année=2006 |isbn=978-0-471-71974-8 |lire en ligne=https://books.google.com/books?id=yWeDVfaVGxsC&pg=PA9}}</ref>.
Si un faisceau laser balaie rapidement un objet distant, la vitesse de la tache lumineuse peut se déplacer plus rapidement que {{mvar|c}}. Il y a un délai entre le moment où le faisceau initial quitte le laser et le moment où la réflexion du faisceau parvient à un observateur. Les seuls objets qui se déplacent sont le laser et le faisceau, la vitesse de ce dernier atteignant au plus {{mvar|c}} avant qu'il n'atteigne le site de réflexion. De la même façon, une ombre sur un objet lointain peut se déplacer plus rapidement que {{mvar|c}}, mais l'absence de lumière se déplace à {{mvar|c}}<ref>{{Article |langue=en |prénom1=M. |nom1=Wertheim |titre=The Shadow Goes |périodique=The New York Times |date=2007-06-20 |lire en ligne=https://www.nytimes.com/2007/06/20/opinion/20wertheim.html?_r=1&scp=1&sq=%27the%20shadow%20goes%27&st=cse&oref=slogin |consulté le=2009-08-21}}</ref>.
Dans ces deux cas, ni la matière, ni l'énergie et ni l'information ne voyagent plus rapidement que la lumière<ref name="Gibbs">{{Lien web |langue=en |prénom=P. |nom=Gibbs |titre=Is Faster-Than-Light Travel or Communication Possible? |url=https://web.archive.org/web/20100310205556/http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SpeedOfLight/FTL.html |site=Usenet Physics FAQ |éditeur=University of California, Riverside |année=1997}}</ref>.
La vitesse de changement de la distance entre deux objets observée dans un référentiel distinct de ceux des deux objets peut dépasser {{mvar|c}}. Encore une fois, cela ne représente pas la vitesse d'un objet dans le même référentiel inertiel<ref name="Gibbs" />.
Quelques effets quantiques semblent être transmis instantanément et seraient donc plus rapides que {{mvar|c}}, par exemple dans le [[paradoxe EPR]]. Un exemple met en jeu les [[état quantique|états quantiques]] de deux particules [[intrication quantique|intriquées]]. Tant qu'elles ne sont pas observées, elles [[Principe de superposition quantique|sont superposées]] dans deux états quantiques. Si les deux sont séparées et que l'état de l'une est observé, alors l'état de l'autre est déterminé instantanément. Néanmoins, il est impossible de vérifier dans quel état quantique se trouve la première particule sans l'observer au préalable ; donc, aucune information ne peut être transmise de cette façon<ref name=Gibbs />{{,}}<ref>{{Ouvrage |langue=en |auteur1=S. F. Tuan |directeur1=oui |auteur2=J. J. Sakurai |titre=Modern Quantum Mechanics |passage=231-232 |éditeur=Addison-Wesley |année=1994 |isbn=978-0-201-53929-5 |lire en ligne=https://archive.org/details/modernquantummec00saku_488/page/n243}}</ref>.
L'[[effet Hartman]] prédit l'existence de vitesses supérieures à {{mvar|c}} : sous certaines conditions, le temps nécessaire à une [[particule virtuelle]] de [[Effet tunnel|franchir une barrière grâce à un tunnel quantique]] est constant, peu importe l'épaisseur de la barrière<ref name="Muga">{{Ouvrage |langue=en |auteur1=J. G. Muga |directeur1=oui |auteur2=R. S. Mayato |directeur2=oui |auteur3=I. L. Egusquiza |directeur3=oui |titre=Time in Quantum Mechanics |passage=48 |éditeur=Springer |année=2007 |isbn=978-3-540-73472-7 |lire en ligne=https://books.google.com/books?id=InKru6zHQWgC&pg=PA48}}</ref>{{,}}<ref name="Recami">{{Ouvrage |langue=en |prénom1=H. E. |nom1=Hernández-Figueroa |prénom2=M. |nom2=Zamboni-Rached |prénom3=E. |nom3=Recami |titre=Localized Waves |passage=26 |éditeur=[[Wiley Interscience]] |année=2007 |isbn=978-0-470-10885-7 |lire en ligne=https://books.google.com/books?id=xxbXgL967PwC&pg=PA26}}</ref>.
Si la barrière est suffisamment mince, la particule virtuelle franchit la barrière à une vitesse supérieure à {{mvar|c}}. Encore une fois, aucune information ne peut être transmise ainsi<ref name="Wynne">{{Article |langue=en |prénom1=K. |nom1=Wynne |titre=Causality and the nature of information |périodique=Optics Communications |volume=209 |numéro=1-3 |année=2002 |doi=10.1016/S0030-4018(02)01638-3 |bibcode=2002OptCo.209...85W |lire en ligne=https://web.archive.org/web/20090325093856/http://bcp.phys.strath.ac.uk/the_group/r/uf/2002-OC-causality.pdf |format=Pdf |pages=84-100}}</ref>.
Des [[vitesse supraluminique|vitesses supraluminiques]] sont observées dans certains phénomènes astronomiques<ref>{{Article |langue=en |auteur1=M. Rees |titre=The Appearance of Relativistically Expanding Radio Sources |périodique=[[Nature (journal)|Nature]] |volume=211 |numéro=5048 |année=1966 |doi=10.1038/211468a0 |bibcode=1966Natur.211..468R |pages=468 |s2cid=41065207}}</ref>, tels que les [[Jet (astrophysique)|jets relativistes]] de [[radiogalaxie]]s et de [[quasar]]s. Ces jets ne se déplacent pas à une vitesse supérieure à celle de la lumière : c'est la conséquence de la [[Projection centrale|projection géométrique]] du mouvement apparent de ces objets qui voyagent à une vitesse proche de {{mvar|c}} et qui sont observés sous un petit angle de la ligne de mire. Ces objets s'éloignent de la Terre à une vitesse relativiste ; le temps d'observation de chaque rayon successif est plus grand que le précédent<ref>{{Lien web |langue=en |prénom=I. P. |nom=Chase |titre=Apparent Superluminal Velocity of Galaxies |url=http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SpeedOfLight/Superluminal/superluminal.html |site=Usenet Physics FAQ |éditeur=University of California, Riverside |consulté le=2009-11-26}}</ref>.
Selon les modèles inflationnistes de l'[[Univers]], le plus loin se trouve une galaxie, le plus rapidement elle s'éloigne{{sfn|Tegmark|2018|p=74}}. Cette récession n'est pas la conséquence du mouvement dans l'espace, mais plutôt de l'[[expansion de l'Univers]]{{sfn|Tegmark|2018|p=75-76}}.
Par exemple, les galaxies distantes de la Terre semblent s'en éloigner à des vitesses proportionnelles à leur distance{{sfn|Tegmark|2018|p=74}}. Au-delà du [[volume de Hubble]], la vitesse d'éloignement est plus grande que {{mvar|c}}<ref name="Harrison">{{Ouvrage |langue=en |auteur1=E. R. Harrison |titre=Masks of the Universe |passage=206 |éditeur=Cambridge University Press |année=2003 |isbn=978-0-521-77351-5 |lire en ligne=https://books.google.com/books?id=tSowGCP0kMIC&pg=PA206}}</ref>.
== Propagation de la lumière ==
En [[physique classique]], la lumière est considérée comme une [[onde électromagnétique]]. Dans ce cadre, le comportement du [[champ électromagnétique]] est décrit par les [[équations de Maxwell]] qui prédisent que {{mvar|c}}, vitesse à laquelle les ondes électromagnétiques (dont la lumière visible) se propagent dans le vide, est fonction de la capacité du vide et de l'inductance du vide. Ces deux caractéristiques, appelées respectivement la [[permittivité du vide]] (<math>\varepsilon_0</math>) et la [[perméabilité du vide]] (<math>\mu_0</math>), sont reliées à la vitesse de la lumière dans le vide ({{mvar|c}}) par l'équation<ref>{{Ouvrage |langue=en |prénom1=W. K. H. |nom1=Panofsky |prénom2=M. |nom2=Phillips |titre=Classical Electricity and Magnetism |passage=182 |éditeur=Addison-Wesley |année=1962 |isbn=978-0-201-05702-7 |lire en ligne=https://archive.org/details/classicalelectri00pano_563/page/n192}}</ref> :
:<math> c =\frac {1}{\sqrt{\varepsilon_0 \mu_0}} \ . </math>
En [[mécanique quantique]], approche plus moderne, le champ électromagnétique est décrit par l'[[électrodynamique quantique]] (QED). La lumière y est décrite comme une excitation fondamentale (ou [[théorie des quanta|quanta]]) du champ électromagnétique ; elle est alors composée de [[photon]]s, qui sont également des [[luxon|particules sans masse]]{{sfn|Feynman|1992|p=109}}{{,}}{{sfn|Hladik|2008|p=185}}.
Des extensions de QED où le photon est doté d'une masse ont été étudiées. Dans ces cadres théoriques, la vitesse du photon dépendrait de sa fréquence et l'invariant {{mvar|c}} de la [[relativité restreinte]] serait alors la limite ultime de la vitesse de la lumière dans le vide<ref name="Gibbs1997">{{Lien web |langue=en |auteur=P. Gibbs |directeur=oui |auteur2=S. Carlip |titre=Is The Speed of Light Constant? |url=https://web.archive.org/web/20100402090332/http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SpeedOfLight/speed_of_light.html |site=Usenet Physics FAQ |éditeur=University of California, Riverside |année=1997 |consulté le=2009-11-26}}</ref>.
Toutefois, aucune variation de la vitesse de la lumière en fonction de la fréquence n'a été observée dans des conditions de laboratoire rigoureuses<ref name="Schaefer">{{Article |langue=en |prénom1=B. E. |nom1=Schaefer |titre=Severe limits on variations of the speed of light with frequency |périodique=[[Physical Review Letters]] |volume=82 |numéro=25 |année=1999 |doi=10.1103/PhysRevLett.82.4964 |bibcode=1999PhRvL..82.4964S |arxiv=astro-ph/9810479 |pages=4964–66 |s2cid=119339066}}</ref>{{,}}<ref name="Sakharov">{{Article |langue=en |prénom1=J. |nom1=Ellis |prénom2=N. E. |nom2=Mavromatos |prénom3=D. V. |nom3=Nanopoulos |prénom4=A. S. |nom4=Sakharov |titre=Quantum-Gravity Analysis of Gamma-Ray Bursts using Wavelets |périodique=[[Astronomy & Astrophysics]] |volume=402 |numéro=2 |année=2003 |doi=10.1051/0004-6361:20030263 |bibcode=2003A&A...402..409E |arxiv=astro-ph/0210124 |pages=409-424 |s2cid=15388873}}</ref>{{,}}<ref name="Füllekrug">{{Article |langue=en |auteur1=M. Füllekrug |titre=Probing the Speed of Light with Radio Waves at Extremely Low Frequencies |périodique=Physical Review Letters |volume=93 |numéro=4 |année=2004 |pmid=15323762 |doi=10.1103/PhysRevLett.93.043901 |bibcode=2004PhRvL..93d3901F |pages=043901}}</ref>, lesquelles ont imposé des limites strictes sur la masse du photon.
La limite calculée dépend du modèle utilisé : si le photon massif est décrit selon l'[[Action de Proca|approche de Proca]] par exemple<ref name="adelberger">{{Article |langue=en |prénom1=E. |nom1=Adelberger |prénom2=G. |nom2=Dvali |prénom3=A. |nom3=Gruzinov |titre=Photon Mass Bound Destroyed by Vortices |périodique=Physical Review Letters |volume=98 |numéro=1 |année=2007 |pmid=17358459 |doi=10.1103/PhysRevLett.98.010402 |bibcode=2007PhRvL..98a0402A |arxiv=hep-ph/0306245 |pages=010402 |s2cid=31249827}}</ref>,
alors la limite supérieure expérimentale pour sa masse est de {{unité|e=−57|[[gramme]]}}<ref name="Sidharth">{{Ouvrage |langue=en |auteur1=B. G. Sidharth |titre=The Thermodynamic Universe |passage=134 |éditeur=World Scientific |année=2008 |isbn=978-981-281-234-6 |lire en ligne=https://books.google.com/books?id=OUfHR36wSfAC&pg=PA134}}</ref>.
Une autre raison qui militerait en faveur de la vitesse de la lumière en fonction de sa fréquence serait l'impossibilité d'appliquer la relativité restreinte à de très petites échelles arbitraires, tel que prédit par quelques théories s'appuyant sur la [[gravité quantique]]. En 2009, l'observation de [[sursaut gamma|sursauts gamma]] provenant du système stellaire {{nobr|GRB 090510}} n'a pas démontré que la vitesse du photon dépend de son énergie, ce qui impose des limites strictes aux modèles de quantification de l'espace-temps qui s'appuient sur l'idée que cette vitesse est influencée par l'énergie du photon lorsque les énergies sont proches de l'[[échelle de Planck]]<ref>{{Article |langue=en |prénom1=G. |nom1=Amelino-Camelia |titre=Astrophysics: Burst of support for relativity |périodique=[[Nature (journal)|Nature]] |volume=462 |numéro=7271 |année=2009 |pmid=19924200 |doi=10.1038/462291a |bibcode=2009Natur.462..291A |pages=291–92 |s2cid=205051022}}</ref>.
=== Dans un milieu ===
{{article connexe|Indice de réfraction}}
[[Fichier:frontgroupphase.gif|vignette|gauche|Le point bleu se déplace à la vitesse des ondulations, donc la vitesse de phase. Le point vert se déplace à la vitesse de l'enveloppe, donc la vitesse de groupe. Le point rouge se déplace à la même vitesse que la plus grande partie de l'impulsion, c'est-à-dire la vitesse de front.|alt=Un onde modulée se déplace de la gauche vers la droite. Trois points de couleur se déplacent avec l'onde modulée : un point bleu est arrimé à l'onde porteuse, un point vert est situé sur le maximum de l'enveloppe et un point rouge est attaché à l'avant de l'onde porteuse.]]
Au moins huit vitesses différentes peuvent être utilisées pour caractériser la propagation de la lumière, à savoir : (1) la vitesse de phase, (2) la vitesse de groupe, (3) la vitesse d'énergie, (4) la vitesse de signal, (5) la constante de [[vitesse relativiste]], (6) la vitesse de rapport d'unités, (7) la centrovitesse et (8) la vitesse de corrélation<ref>{{Article |langue=en |prénom1=Sylvan C. |nom1=Bloch |titre=Eight velocities of light |périodique=[[American Journal of Physics]] |volume=45 |numéro=6 |mois=juin |année=1976 |doi=10.1119/1.10953 |lire en ligne=http://jpkc.fudan.edu.cn/picture/article/90/64657339-a919-423f-b5ff-425cd2983d2d/dc1cd42f-a25d-4a56-8780-a8acb1e174fc.pdf |consulté le=19 août 2014 |format=Pdf |pages=538-549}}</ref>{{,}}<ref>{{Article |langue=en |prénom1=Richard L. |nom1=Smith |titre=The velocities of light |périodique=[[American Journal of Physics]] |volume=38 |numéro=8 |mois=août |année=1970 |doi=10.1119/1.1976551 |bibcode=1970AmJPh..38..978S |consulté le=19 août 2014 |pages=978-984}}</ref>. Dans le vide, toutes ces vitesses sont égales à {{mvar|c}}, alors que dans un autre milieu, seule la vitesse du [[front d'onde]] conserve cette valeur.
Par ailleurs, pour des fréquences différentes, les vitesses sont différentes. Dans une [[onde plane]], chaque crête et chaque creux se propage à {{mvar|v}}<sub>p</sub>, la [[vitesse de phase]]. Un signal physique qui a une portée finie (une impulsion de lumière) voyage à une vitesse différente. La plus grande partie d'une impulsion voyage à ''v''<sub>g</sub>, la {{lien |lang=en |trad=Group velocity |fr=vitesse de groupe}}, alors que l'autre partie voyage à {{mvar|v}}<sub>f</sub>, la [[vitesse de front]].
La vitesse de phase est importante pour déterminer comment une onde lumineuse se propage dans un matériau ou d'un matériau à un autre. Régulièrement, cette information est décrite par l'[[indice de réfraction]] qui est défini par le rapport de {{mvar|c}} à la vitesse de phase ''v''<sub>p</sub> du matériel (plus grand est l'indice, plus faible est la vitesse de l'onde). L'indice de réfraction dépend de plusieurs facteurs, dont la fréquence de la lumière, son intensité, sa [[Polarisation (optique)|polarisation]] et sa direction de propagation. Néanmoins, dans plusieurs cas, il est traité comme une quantité invariable<ref name="Podesta">{{Ouvrage |langue=en |auteur1=M. de Podesta |titre=Understanding the Properties of Matter |passage=131 |éditeur=CRC Press |année=2002 |isbn=978-0-415-25788-6 |lire en ligne=https://books.google.com/books?id=h8BNvnR050cC&pg=PA131}}</ref>.
L'indice de réfraction de l'air est d'environ 1,0003<ref name=Podesta/>.
Des médias plus denses, comme l'eau<ref>{{Lien web |langue=en |titre=Optical constants of H2O, D2O (Water, heavy water, ice) |url=https://refractiveindex.info/?shelf=main&book=H2O&page=Hale |site=refractiveindex.info |éditeur=Mikhail Polyanskiy |consulté le=2017-11-07}}</ref>,
le [[verre]]<ref>{{Lien web |langue=en |titre=Optical constants of Soda lime glass |url=https://refractiveindex.info/?shelf=glass&book=soda-lime&page=Rubin-clear |site=refractiveindex.info |éditeur=Mikhail Polyanskiy |consulté le=2017-11-07}}</ref>
et le [[diamant]]<ref>{{Lien web |langue=en |titre=Optical constants of C (Carbon, diamond, graphite) |url=https://refractiveindex.info/?shelf=main&book=C&page=Phillip |site=refractiveindex.info |éditeur=Mikhail Polyanskiy |consulté le=2017-11-07}}</ref>, présentent des indices de réfraction d'environ 1,3, 1,5 et 2,4 pour la lumière visible. Dans des matériaux exotiques, tel le [[condensat de Bose-Einstein]] maintenu à une température très proche du [[zéro absolu]], la lumière peut se déplacer à quelques mètres par seconde. Dans ces cas, la durée prise par les atomes pour absorber puis émettre la lumière est significativement plus longue que si le processus d'absorption-émission avait été réalisé à {{tmp|0|C}} par exemple.
Deux équipes de physiciens ont affirmé avoir complètement arrêté la lumière en la faisant passer dans un condensat de Bose-Einstein de [[rubidium]]. L'énergie de la lumière est stockée dans les atomes (qui deviennent ainsi excités), puis émise plus tard sous forme lumineuse si les atomes sont illuminés par un faisceau laser. Le comportement absorption-émission retardée est en général vrai au niveau microscopique pour tous les médiums transparents qui « ralentissent » la lumière<ref>{{Lien web |langue=en |auteur=William J. Cromie |titre=Researchers now able to stop, restart light |url=https://web.archive.org/web/20111028041346/http://www.news.harvard.edu/gazette/2001/01.24/01-stoplight.html |site=Harvard University Gazette |date=2001-01-24}}</ref>.
Dans les matériaux transparents, l'indice de réfraction est habituellement plus grand que 1, ce qui signifie que la vitesse de phase est plus petite que {{mvar|c}}. Dans certains matériaux, l'indice de réfraction peut être plus faible que 1 à certaines fréquences lumineuses ; dans quelques matériaux exotiques, l'indice peut être négatif<ref>{{Ouvrage |langue=en |auteur1=P. W. Milonni |titre=Fast light, slow light and gauche-handed light |passage=25 |éditeur=CRC Press |année=2004 |isbn=978-0-7503-0926-4 |lire en ligne=https://books.google.com/books?id=kE8OUCvt7ecC&pg=PA25}}</ref>.
L'exigence que la [[causalité]] ne soit pas violée implique que les parties réelle et imaginaire de la [[permittivité]] d'un matériau, qui correspondent respectivement à l'indice de réfraction et au [[coefficient d'extinction]], soient reliées par les [[relations de Kramers-Kronig]]<ref>{{Article |langue=en |prénom1=J. S. |nom1=Toll |titre=Causality and the Dispersion Relation: Logical Foundations |périodique=[[Physical Review]] |volume=104 |numéro=6 |année=1956 |doi=10.1103/PhysRev.104.1760 |bibcode=1956PhRv..104.1760T |pages=1760–70}}</ref>.
En pratique, dans un matériau qui présente un indice de réfraction inférieur à 1, l'absorption de l'onde lumineuse est si rapide qu'aucun signal ne peut être transmis plus vite que {{mvar|c}}.
Une impulsion lumineuse avec des vitesses de groupe ({{mvar|v}}<sub>g</sub>) et de phase ({{mvar|v}}<sub>p</sub>) différentes (qui survient lorsque la vitesse de phase change selon la fréquence des ondes de l'impulsion) s'étale avec le temps, un processus appelé [[dispersion (optique)|dispersion]]. Quelque matériaux présentent une vitesse de groupe très faible (ou même nulle) pour les ondes lumineuses, un phénomène appelé [[lumière lente]]<ref>{{Article |langue=en |prénom1=L. V. |nom1=Hau |prénom2=S. E. |nom2=Harris |prénom3=Z. |nom3=Dutton |prénom4=C. H. |nom4=Behroozi |titre=Light speed reduction to 17 metres per second in an ultracold atomic gas |périodique=Nature |volume=397 |numéro=6720 |année=1999 |doi=10.1038/17561 |bibcode=1999Natur.397..594V |lire en ligne=http://www.seas.harvard.edu/haulab/publications/pdf/Slow_Light_1999.pdf |format=Pdf |pages=594-598 |s2cid=4423307}}</ref>{{,}}<ref>{{Article |langue=en |prénom1=C. |nom1=Liu |prénom2=Z. |nom2=Dutton |prénom3=C. H. |nom3=Behroozi |prénom4=L. V. |nom4=Hau |titre=Observation of coherent optical information storage in an atomic medium using halted light pulses |périodique=Nature |volume=409 |numéro=6819 |année=2001 |pmid=11206540 |doi=10.1038/35054017 |bibcode=2001Natur.409..490L |lire en ligne=http://www.seas.harvard.edu/haulab/publications/pdf/Stopped_Light_2001.pdf |format=Pdf |pages=490–93 |s2cid=1894748}}</ref>{{,}}<ref>{{Article |langue=en |prénom1=M. |nom1=Bajcsy |prénom2=A. S. |nom2=Zibrov |prénom3=M. D. |nom3=Lukin |titre=Stationary pulses of light in an atomic medium |périodique=Nature |volume=426 |numéro=6967 |année=2003 |pmid=14668857 |doi=10.1038/nature02176 |bibcode=2003Natur.426..638B |arxiv=quant-ph/0311092 |pages=638-641 |s2cid=4320280}}</ref>{{,}}<ref>{{Lien web |langue=en |prénom=B. |nom=Dumé |titre=Switching light on and off |url=http://physicsworld.com/cws/article/news/18724 |site=Physics World |éditeur=Institute of Physics |année=2003}}</ref>.
L'opposé, des vitesses de groupe supérieures à {{mvar|c}}, a aussi été mis en évidence par des expériences<ref>{{Article |langue=en |prénom1=D. |nom1=Whitehouse |titre=Beam Smashes Light Barrier |périodique=BBC News |date=19 July 2000 |lire en ligne=http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/841690.stm |consulté le=2008-12-08}}</ref>.
En théorie, la vitesse de groupe pourrait être infinie ou négative, avec des impulsions voyageant instantanément ou à reculons dans le temps<ref name="MilonniCh2">{{Ouvrage |langue=en |auteur1=P. W. Milonni |titre=Fast light, slow light and gauche-handed light |éditeur=CRC Press |année=2004 |isbn=978-0-7503-0926-4 |lire en ligne=https://books.google.com/books?id=kE8OUCvt7ecC&pg=PA25 |numéro chapitre=2 |titre chapitre=The Refractive index can be negative}}</ref>.
Néanmoins, toutes ces possibilités ne permettent pas de transmettre de l'information à une vitesse supérieure à {{mvar|c}}. Il est en effet impossible de transmettre de l'information avec une impulsion lumineuse plus rapide que la vitesse de la première partie d'une onde, la [[vitesse de front]]. Sous certaines conditions, elle est toujours égale à {{mvar|c}}<ref name="MilonniCh2" />.
[[Fichier:Advanced Test Reactor.jpg|vignette|redresse|gauche|alt=Faisceau lumineux bleu.|[[Effet Tcherenkov]] dans un réacteur nucléaire de test.]]
Une particule peut voyager plus rapidement que la vitesse de phase de la lumière dans un médium (cette vitesse étant toujours plus faible que {{mvar|c}}). Quand une particule chargée se propage ainsi dans un matériau [[diélectrique]], l'équivalent électromagnétique d'une [[onde de choc]] se produit, c'est l'[[effet Tcherenkov]]<ref>{{article|langue=ru
|auteur1=Pavel A. Cherenkov
|année=1934
|titre=Видимое свечение чистых жидкостей под действием γ-радиации
|traduction titre=Visible emission of pure liquids by action of γ radiation
|journal=[[Doklady Akademii Nauk SSSR]]
|volume=2
|page=451}}
: Réimprimé : {{article|langue=ru
|auteur1=P. A. Cherenkov
|date=1967
|titre=Видимое свечение чистых жидкостей под действием γ-радиации
|traduction titre=Visible emission of pure liquids by action of γ radiation
|journal=Usp. Fiz. Nauk
|volume=93 |numéro=10
|page=385
|doi=10.3367/ufnr.0093.196710n.0385}}
: Réimprimé : {{Ouvrage |langue=ru |auteur1=A. N. Gorbunov |auteur2=E. P. Čerenkova |titre=Pavel Alekseyevich Čerenkov: Chelovek i Otkrytie |traduction titre=Pavel Alekseyevich Čerenkov: Man and Discovery |passage=149-153 |lieu=Moscou |éditeur=Nauka |date=1999}}</ref>.
Dans un milieu [[biréfringence|biréfringent]], la vitesse de la lumière dépend de son plan de [[Polarisation (optique)|polarisation]], phénomène utilisé dans de très nombreux domaines, que ce soit la [[microscopie]] ou la fabrication de [[lunettes de soleil]]<ref>{{Lien web |langue=fr |titre=Strock - Verre - Tensions |url=http://strock.pi.r2.3.14159.free.fr/Ast/Art/Tension.html |site=strock.pi.r2.3.14159.free.fr |consulté le=2017-12-23}}</ref>.
== Conséquences pratiques de la finitude de ''c'' ==
La vitesse de la lumière est importante dans le domaine des [[télécommunications]] : un aller simple et un aller-retour ne sont pas instantanés. Cette constatation s'applique à tous les objets connus dans l'Univers, que ce soit des atomes ou de lointaines galaxies. Quelques techniques s'appuient sur la finitude de {{mvar|c}}, notamment en [[métrologie]].
=== À petites échelles ===
[[Fichier:Jade CINES.jpg|vignette|alt=Armoires posées les unes à côté des autres dans une grande salle orange et blanche.|La puissance de calcul de ce superordinateur, basé au [[Centre informatique national de l'enseignement supérieur|CINES]] à Montpellier en France, est en partie limitée par la vitesse de la lumière.]]
Dans les [[superordinateur]]s, la vitesse de la lumière impose une limite à la vitesse de transmission de l'information entre les [[processeur]]s. Si un processeur opère à {{unité|1 [[gigahertz]]}}, un signal ne peut parcourir qu'une distance d'environ {{unité|30 cm}} par cycle. Pour une vitesse maximale de traitement, les processeurs doivent donc être logés les uns près des autres pour minimiser la latence de la communication ; cette contrainte peut réduire l'efficacité du refroidissement. Si la cadence de l'horloge du processeur augmente, la vitesse de la lumière devient alors une contrainte ferme lors de la conception d'une puce électronique<ref name="processorlimit">{{Ouvrage |langue=en |prénom1=B. |nom1=Parhami |titre=Introduction to parallel processing: algorithms and architectures |passage=5 |éditeur=Plenum Press |année=1999 |isbn=978-0-306-45970-2 |lire en ligne=https://books.google.com/books?id=ekBsZkIYfUgC}}</ref>{{,}}<ref name="processorlimit2">{{Lien conférence |langue=en |année=2009 |url=https://books.google.com/books?id=sona_r6dPyQC&q=%22speed+of+light%22+processor+limit&pg=PA26 |titre=Software Transactional Memories: An Approach for Multicore Programming |conférence=10th International Conference, PaCT 2009, Novosibirsk, Russia, 31 August – 4 September 2009 |éditeur=Springer |auteur2=D. Imbs |auteur3=Michel Raynal |auteur1=V. Malyshkin |directeur1=oui |isbn=978-3-642-03274-5 |passage=26}}</ref>.
=== Mesures de distances ===
Les [[radar]]s mesurent la distance en calculant le temps pris par un signal pour faire l'aller-retour entre une cible réfléchissante et l'instrument de lecture<ref>{{Ouvrage |langue=en |auteur1=Wesley W. Stout |titre=Radar: The Great Detective |passage=4, 6 et 10 |éditeur=Chrysler Corporation |année=1946}} (consulter les pages en ligne: [https://web.archive.org/web/20191117044634/http://www.imperialclub.com/Yr/1945/46Radar/Page04.htm 4], [https://web.archive.org/web/20191117051214/http://www.imperialclub.com/Yr/1945/46Radar/Page06.htm 6] et [https://web.archive.org/web/20191117055955/http://www.imperialclub.com/Yr/1945/46Radar/Page10.htm 10])</ref> : la distance entre les deux est proportionnelle au temps multiplé par {{mvar|c}}. Un récepteur [[Global Positioning System|GPS]] calcule de même, mais en s'appuyant sur les signaux émis par plusieurs satellites GPS qui émettent en continu. Puisque la lumière parcourt environ {{unité|300000 kilomètres}} en une seconde, les détecteurs embarqués et les calculs doivent être d'une grande précision<ref>{{Lien web |langue=en |titre=Modern Navigation |url=https://web.archive.org/web/20171226024421/http://www.math.nus.edu.sg/aslaksen/gem-projects/hm/0203-1-10-instruments/modern.htm |site=math.nus.edu.sg |date=26 decembre 2017}}</ref>.
Le [[Réflecteur lunaire|''Lunar Laser Ranging Experiment'']], l'[[astronomie radar]] et le [[Deep Space Network]] calculent respectivement les distances à la Lune<ref name="science265_5171_482">{{Article |langue=en |prénom1=J.O. |nom1=Dickey |et al.=oui |titre=Lunar Laser Ranging: A Continuing Legacy of the Apollo Program |périodique=Science |volume=265 |numéro=5171 |date=July 1994 |pmid=17781305 |doi=10.1126/science.265.5171.482 |bibcode=1994Sci...265..482D |lire en ligne=https://trs.jpl.nasa.gov/bitstream/2014/32452/1/94-0193.pdf |format=Pdf |pages=482–90 |s2cid=10157934}}</ref>,
aux planètes<ref name="cm26_181">{{Article |langue=en |prénom1=E. M. |nom1=Standish |titre=The JPL planetary ephemerides |périodique=Celestial Mechanics |volume=26 |numéro=2 |date=February 1982 |doi=10.1007/BF01230883 |bibcode=1982CeMec..26..181S |pages=181-186}}</ref>
et aux vaisseaux spatiaux<ref name="pieee95_11_2202">{{Article |langue=en |prénom1=J. B. |nom1=Berner |prénom2=S. H. |nom2=Bryant |prénom3=P. W. |nom3=Kinman |titre=Range Measurement as Practiced in the Deep Space Network |périodique=Proceedings of the IEEE |volume=95 |numéro=11 |date=November 2007 |doi=10.1109/JPROC.2007.905128 |lire en ligne=https://trs.jpl.nasa.gov/bitstream/2014/40972/1/07-0166.pdf |format=Pdf |pages=2202–2214 |s2cid=12149700}}</ref> en mesurant les temps d'aller-retour d'ondes électromagnétiques.
=== Longs parcours sur la Terre ===
Puisque la circonférence équatoriale de la [[Terre]] mesure environ {{unité|40075 km}}{{#tag:ref|La [[Terre]] est une boule presque parfaite. Le rayon moyen de la Terre est de {{unité|6378.1366 km}} selon [[#Luzum et al, 2011|Luzum et al, 2011]], p. 296. En appliquant la formule {{mvar|C {{=}} 2 π r}}, qui permet de trouver la circonférence d'une boule, on trouve C = {{unité|40075 km}}. |group=note}} et que {{mvar|c}} est d'environ {{unité|300000 km/s}}, la durée minimale théorique pour qu'une information atteigne le point opposé de la Terre en circulant à sa surface seulement est d'environ {{unité|67 millisecondes}}. Quand la lumière circule dans une [[fibre optique]] autour du globe, le temps de transit est plus long, entre autres parce que la vitesse de la lumière y est diminuée d'environ 35 %, selon l'[[indice de réfraction]] {{mvar|n}} du matériau de la fibre{{#tag:ref|Dans les fibres optiques, l'indice de réfraction se situe le plus souvent entre 1,518 et 1,538<ref name="Midwinter">{{Ouvrage |langue=en |prénom1=J. E. |nom1=Midwinter |titre=Optical Fibers for Transmission |éditeur=Krieger Publishing Company |année=1991 |isbn=978-0-89464-595-2 |numéro d'édition=2nd}}</ref>.|group=note}}. De plus, le signal lumineux doit être régénéré régulièrement ou encore converti en signal électronique puis optique ; ces opérations durent plus longtemps que le temps pris par la lumière pour parcourir en ligne droite la distance entre l'entrée et la sortie de l'un de ces appareils<ref>{{Lien web |langue=en |titre=Theoretical vs real-world speed limit of Ping |url=https://web.archive.org/web/20100902224536/http://royal.pingdom.com/2007/06/01/theoretical-vs-real-world-speed-limit-of-ping/ |site=Pingdom |date=June 2007 |consulté le=2010-05-05}}</ref>.
=== Voyages spatiaux et astronomie ===
[[Fichier:Speed of light from Earth to Moon.gif|vignette|redresse=2|alt=Le diamètre de la Lune est d'environ le quart de celui de la Terre et les deux astres sont séparés d'une distance d'environ 30 fois le diamètre de la Terre. Un rayon lumineux quitte la Terre et atteint la Lune en environ 1 seconde et quart.|Un rayon lumineux cohérent, d'un diamètre très grand, est émis de la surface de la Terre en direction de la Lune. Le début du rayon prend entre 1,2 et 1,35 seconde pour atteindre la Lune (la distance entre les deux corps célestes varie avec le temps)<ref>{{Lien web |langue=fr |titre=Combien de temps faut-il à la lumière réfléchie par la Lune pour parvenir jusqu'à nous ? |url=http://www.etoile-des-enfants.ch/article959.html |site=etoile-des-enfants.ch |éditeur=L'Étoile des enfants |consulté le=2022-03-28}}</ref>. Sur le schéma, les tailles relatives de la Terre et de la Lune sont à l'échelle.]]
Les communications entre la [[Terre]] et un vaisseau spatial ne sont pas instantanées. Plus les deux sont éloignés, plus le délai entre l'émission et la réception d'un signal est grand. Ce délai est devenu apparent lors des communications entre le [[Centre de contrôle de mission Christopher C. Kraft Jr.|''Mission Control Center'' de la NASA]] et la capsule d'[[Apollo 8]] qui orbitait autour de la Lune (en décembre 1968) : pour chaque question, le premier devait attendre au moins {{unité|3 secondes}} avant de recevoir une réponse<ref>{{Lien web |langue=en |titre=Day 4: Lunar Orbits 7, 8 and 9 |url=https://web.archive.org/web/20110104032114/http://history.nasa.gov/ap08fj/15day4_orbits789.htm |site=The Apollo 8 Flight Journal |éditeur=NASA |consulté le=16 décembre 2010}}</ref>.
Le délai de communication entre la Terre et [[Mars (planète)|Mars]] varie entre 5 et 20 minutes selon leur position relative<ref>{{Lien web |langue=en |titre=Communications |url=https://mars.nasa.gov/mars2020/spacecraft/rover/communications/ |site=Mars 2020 Mission Perseverence Rover |éditeur=NASA |consulté le=2020-03-14}}</ref>.
En conséquence, si un robot sur Mars éprouve un problème, son contrôleur humain ne le sait pas avant {{unité|5|minutes}} et peut-être même après {{unité|20|minutes}}. Il faudrait encore au moins de 5 à {{unité|20|minutes}} pour inciter le robot à effectuer une manœuvre corrective.
La lumière qui provient d'objets astronomiques lointains prend encore plus de temps pour atteindre la Terre. Par exemple, l'un des objets célestes de l'image ''[[Hubble Ultra Deep Field]]'' a émis de la lumière qui a parcouru l'Univers pendant {{unité|13 milliards}} d'années avant d'être détectée par le télescope spatial Hubble<ref name="Hubble">{{Lien web |langue=en |auteur=Ray Villard |titre=Hubble Reaches the "Undiscovered Country" of Primeval Galaxies |url=https://www.nasa.gov/mission_pages/hubble/science/undiscovered-country.html |site=nasa.gov |éditeur=Space Telescope Science Institute |date=1er mai 2010}}</ref>{{,}}<ref>{{Ouvrage |langue=en |titre=The Hubble Ultra Deep Field Lithograph |passage=1 |éditeur=NASA |date=17 juin 2008 |lire en ligne=http://www.nasa.gov/pdf/283957main_Hubble_Deep_Field_Lithograph.pdf |format électronique=Pdf |consulté le=2022-03-28}}</ref>.
Cette image, construite aujourd'hui, capture l'état de cette lointaine galaxie voici {{unité|13 milliards}} d'années, quand l'[[Univers]] était âgé d'un milliard d'années<ref name=Hubble/>.
Les distances astronomiques sont parfois exprimées en [[année-lumière|années-lumière]], surtout dans les ouvrages de [[vulgarisation]] et dans les médias de masse<ref>{{Lien web |langue=en |titre=The IAU and astronomical units |url=https://www.iau.org/public/themes/measuring/ |éditeur=[[International Astronomical Union]] |consulté le=2022-03-28}}</ref>.
Une année-lumière est la distance parcourue par la lumière dans le vide pendant une année, c'est-à-dire environ {{unité|9461 milliards}} de kilomètres ou {{unité|0,3066 [[parsec]]}}<ref>{{Lien web |langue=en |titre=9461 billion km |url=https://www.wolframalpha.com/input?i=9461+billion+km |éditeur=WolframAlpha |date=2022}} (consulter la section ''Unit conversions'')</ref>. [[Proxima Centauri]], l'étoile la plus proche de la Terre après le [[Soleil]], se trouve à environ {{unité|4.2 années-lumière}}<ref>{{Article |auteur1=Laurent Sacco |titre=Détectera-t-on bientôt une exoterre autour d'Alpha du Centaure ? |périodique=[[Futura-Sciences]] |date=20 mars 2008 |lire en ligne=https://www.futura-sciences.com/fr/news/t/astronomie/d/detectera-t-on-bientot-une-exoterre-autour-dalpha-du-centaure_14994/}}</ref>.
=== Transactions à haute fréquence ===
La vitesse de la lumière est d'une certaine importance dans les [[transactions à haute fréquence]], où des courtiers tentent de gagner de petits avantages financiers en effectuant des transactions une fraction de seconde avant leurs compétiteurs. Par exemple, des courtiers préfèrent utiliser des systèmes de communication à [[micro-onde]]s, parce que ces ondes circulent presque à {{mvar|c}} alors que la lumière dans les fibres optiques voyage de 30 à 40 % moins rapidement<ref>{{Article |langue=en |titre=Time is money when it comes to microwaves |périodique=Financial Times |date=10 May 2013 |lire en ligne=http://www.ft.com/cms/s/2/2bf37898-b775-11e2-841e-00144feabdc0.html |consulté le=25 avril 2014}}</ref>{{,}}<ref>{{Article |langue=en |prénom1=Mark |nom1=Buchanan |titre=Physics in finance: Trading at the speed of light |périodique=Nature |volume=518 |numéro=7538 |date=11 February 2015 |pmid=25673397 |doi=10.1038/518161a |accès doi=libre |bibcode=2015Natur.518..161B |pages=161-163}}</ref>.
== Mesures ==
On peut mesurer {{mvar|c}} de plusieurs façons. Par exemple, en observant la façon dont les ondes lumineuses se propagent grâce à des instruments astronomiques. On peut la mesurer en fonction de constantes connues, telles la [[permittivité du vide]] (<math>\epsilon_0</math>) et la [[perméabilité du vide]] (<math>\mu_0</math>). On peut également calculer cette valeur en connaissant la longueur d'onde et la fréquence d'une onde lumineuse, puisque leur produit égale {{mvar|c}}.
Depuis 1983, le [[Système international d'unités]] (SI) fixe la vitesse de la lumière à exactement {{unité|299792458|m/s}}<ref name="Boyes">{{Chapitre |langue=en |auteur1=P. H. Sydenham |titre chapitre=Measurement of length |auteurs ouvrage=W. Boyes |titre ouvrage=Instrumentation Reference Book |éditeur=Butterworth–Heinemann |année=2003 |numéro d'édition=3 |isbn=978-0-7506-7123-1 |lire en ligne=https://books.google.com/books?id=sarHIbCVOUAC&pg=PA56 |passage=56}}
: {{citation étrangère|lang=en|[...] if the speed of light is defined as a fixed number then, in principle, the time standard will serve as the length standard[...]}}</ref>{{,}}<ref name="Fundamental Physical Constants">{{Lien web |langue=en |titre=CODATA value: Speed of Light in Vacuum |url=http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?c |site=The NIST reference on Constants, Units, and Uncertainty |éditeur=[[National Institute of Standards and Technology|NIST]] |consulté le=2009-08-21}}</ref>{{,}}<ref name="Jespersen">{{Ouvrage |langue=en |prénom1=J. |nom1=Jespersen |prénom2=J. |nom2=Fitz-Randolph |prénom3=J. |nom3=Robb |titre=From Sundials to Atomic Clocks: Understanding Time and Frequency |passage=280 |éditeur=Courier Dover |année=1999 |isbn=978-0-486-40913-9 |lire en ligne=https://books.google.com/books?id=Z7chuo4ebUAC&pg=PA280 |numéro d'édition=Reprint of National Bureau of Standards 1977, 2nd}}</ref>.
En tant que constante dotée d'unités de mesure, la valeur numérique de {{mvar|c}} diffère selon le système d'unités{{#tag:ref|La vitesse de la lumière dans le [[Unités de mesure anglo-saxonnes|système anglo-saxon]] et dans le [[unités de mesure américaines|système américain]] est basé sur le [[pouce (unité)|pouce]] ayant la valeur exacte de {{val|2.54|u=cm}} et elle égale donc :
:{{val|299792458 |u=m/s}} × {{nowrap|100 {{sfrac|cm|m}}}} × {{sfrac|1|2,54}} {{sfrac|po|cm}},
qui est approximativement de {{val|186282}} miles, 698 verges, 2 pieds et 5 pouces par seconde.|group=note|name="imperial"}}.
La question de la constance de la vitesse de la lumière dans le vide ne peut être tranchée puisqu'il est théoriquement possible que les [[photon]]s aient une masse non nulle : les mesures ne peuvent que plafonner cette masse hypothétique et non prouver qu'elle est rigoureusement nulle. Toutefois, même s'il était avéré que les photons ont une masse, cela ne remettrait pas en cause le principe de la constante {{mvar|c}}, mais donnerait plutôt une limite de précision de son observabilité dans les modèles de référence<ref>{{Ouvrage |titre=Cours d'optique |passage=3 |éditeur=[[École normale supérieure (France)|École normale supérieure]] |date=2011-03-12 |lire en ligne=https://www.phys.ens.fr/IMG/pdf/CoursOptique.pdf |format électronique=Pdf}}</ref>.
=== Mesures astronomiques ===
Le [[milieu interstellaire]] est un lieu pertinent pour mesurer la vitesse de la lumière à cause de sa grandeur et de l'absence quasi totale d'obstacles sur de grandes distances. Historiquement, les scientifiques ont mesuré le temps de parcours de la lumière en fonction d'une distance connue dans le [[Système solaire]], tel le diamètre de l'orbite terrestre.
[[Ole Christensen Rømer]] effectue en 1676 une mesure astronomique qui lui permet de [[Détermination de la vitesse de la lumière par Ole Rømer|prédire que la vitesse de la lumière est finie]]<ref name="cohen">{{Article |langue=en |prénom1=I. B. |nom1=Cohen |titre=Roemer and the first determination of the velocity of light (1676) |périodique=Isis |volume=31 |numéro=2 |année=1940 |doi=10.1086/347594 |hdl=2027/uc1.b4375710 |lire en ligne=https://babel.hathitrust.org/cgi/imgsrv/download/pdf?id=uc1.b4375710;orient=0;size=100;seq=5;attachment=0 |pages=327–79 |s2cid=145428377}}</ref>{{,}}<ref name="roemer">{{Article |langue=fr |titre=Demonstration tovchant le mouvement de la lumiere trouvé par M. Rŏmer de l'Académie Royale des Sciences |périodique=[[Journal des sçavans]] |année=1676 |lire en ligne=http://www-obs.univ-lyon1.fr/labo/fc/ama09/pages_jdsc/pages/jdsc_1676_lumiere.pdf |format=Pdf |pages=233-236}}
: Traduit en anglais dans {{article
|titre=A demonstration concerning the motion of light, communicated from Paris, in the Journal des Sçavans, and here made English
|journal=[[Philosophical Transactions of the Royal Society]]
|année=1677
|volume=12 |numéro=136
|pages=893-895
|doi=10.1098/rstl.1677.0024 |bibcode=1677RSPT...12..893.
}}
:: Article reproduit dans {{chapitre|langue=en
|auteur1=C. Hutton |directeur1=oui
|auteur2=G. Shaw |directeur2=oui
|auteur3=R. Pearson |directeur3=oui
|titre ouvrage=The Philosophical Transactions of the Royal Society of London, from Their Commencement in 1665, in the Year 1800: Abridged
|année=1809
|titre chapitre=On the Motion of Light by M. Romer
|url=https://archive.org/stream/philosophicaltra02royarich#page/397/mode/1up
|lieu=Londres |éditeur=C. & R. Baldwin
|volume=II. From 1673 to 1682
|passage=397-398
}}
: Le rapport publié dans le ''Journal des sçavans'' est inspiré du rapport que Rømer a lu devant l'[[Académie des sciences (France)|Académie des Sciences de la France]] en novembre 1676 (voir {{Harvsp|Cohen|1940|p=346}}).</ref>.
[[Fichier:Io eclipse speed of light measurement fr.svg|vignette|redresse=4|centre|alt=Représentation de l'orbite de la Terre et de Jupiter autour du Soleil accompagné d'un graphe montrant les distances Terre-Soleil, Jupiter-Soleil et Terre-Jupiter. Les deux premières sont constantes tandis que la distance Terre-Jupiter varie en forme de sinus.|Depuis la Terre, si on observe Jupiter selon l'axe Soleil-Jupiter, une partie de Jupiter est éclairée et le reste se trouve dans l'ombre. La [[Io (lune)|lune Io de Jupiter]] subit régulièrement une éclipse solaire parce qu'une partie de son orbite se trouve dans l'ombre de Jupiter. La période d'Io change très peu d'une année à l'autre.<br>
Pourtant, Rømer observe que les débuts et les fins des éclipses d'Io ne correspondent pas aux heures calculées. Puisque la période orbitale de Io est invariable et que l'observation de cette lune indique que cette période varie, il faut conclure que la vitesse de la lumière est finie.<br>
Le Soleil, la Terre et Jupiter forment un triangle dont l'angle Terre-Soleil-Jupiter peut être mesuré. De plus, les rayons des orbites terrestre et jovienne sont connus. On peut donc calculer la distance Terre-Jupiter au 120{{e}} jour de l'orbite terrestre par exemple par la [[loi des cosinus]].
Une fois cette distance connue ainsi que la différence entre le temps calculé et le temps d'observation, on peut déterminer la vitesse de la lumière, soit le rapport distance au temps.]]
Entre 1671 et 1673, Rømer observe une variation dans la durée de l'orbite de la [[Io (lune)|lune Io de Jupiter]]<ref>{{Chapitre |langue=la |auteur1=Ole Rømer |titre ouvrage=Œuvres complètes de Christiaan Huygens (1888-1950) |auteurs ouvrage=J. Bosscha |volume=VIII |titre chapitre=Correspondance 1676-1684 |lieu=La Haye |éditeur=Martinus Nijhoff |année=1899 <!-- |date=30 septembre 1677 --> |passage=32-35}}</ref> et déduit que la lumière prend de 10 à 11 minutes pour parcourir le diamètre de l'orbite terrestre<ref>{{Lien web |auteur=Francis Beaubois |titre=Rœmer et la vitesse de la lumière |url=http://www.bibnum.education.fr/physique/astronomie/roemer-et-la-vitesse-de-la-lumiere |site=bibnum.education.fr |date=2014}} (consulter l'onglet « Analyse »).</ref>{{,}}<ref>Dans son rapport à l'Académie des sciences, Rømer écrit :
: « Cette seconde inégalité semble être due au fait que la lumière met un certain temps à nous parvenir depuis le satellite ; la lumière semble prendre environ dix à onze minutes [pour franchir] une distance égale au demi-diamètre de l'orbite terrestre. »
:: {{Article |langue=en |auteur1=Laurence Bobis |auteur2=James Lequeux |titre=Cassini, Rømer and the Velocity of Light |périodique=J. Astron. Hist. Héritage |volume=11 |numéro=2 |année=2008 |bibcode=2008JAHH...11...97B |lire en ligne=https://ui.adsabs.harvard.edu/link_gateway/2008JAHH...11...97B/ADS_PDF |format=Pdf |pages=97-105}}</ref>.
C'est néanmoins [[Christian Huygens]] qui calcule la vitesse de la lumière à partir des observations astronomiques de Rømer et de [[Jean-Dominique Cassini]] : {{unité|230000|km/s}}, probablement parce que Rømer doutait de sa capacité à pouvoir calculer la valeur numérique d'une telle grandeur et que Cassini rejetait l'hypothèse de Rømer<ref>{{Article |langue=en |auteur1=A. Wróblewski |titre=De Mora Luminis: a spectacle in two acts with a prologue and an epilogue |périodique=American Journal of Physics |volume=53 |année=1985 |pages=620-630}}</ref>.
[[Fichier:SoL Aberration.svg|vignette|redresse|lang=fr|Aberration de la lumière : un rayon de lumière d'une source lointaine semble se trouver à une position différente de celle calculée lorsqu'on l'observe avec un télescope mobile parce que {{mvar|c}} est finie.|alt=Une étoile distante émet un rayon de lumière qui atteint l'objectif d'un télescope. Pendant que la lumière se propage dans le télescope, il se déplace vers la droite. Pour que le rayon atteigne l'autre bout du télescope, il doit se propager sans réflexion à l'intérieure du tube, le télescope doit donc être légèrement penché vers la droite, ce qui donne l'impression que la source se trouve plus à la droite que sa position calculée.]]
Une autre méthode pour mesurer {{mvar|c}} est d'utiliser l'[[aberration de la lumière]], découverte et expliquée par [[James Bradley]] au {{s-|XVIII}}<ref name="Bradley1729">{{Article |langue=en |prénom1=J. |nom1=Bradley |titre=Account of a new discovered Motion of the Fix'd Stars |périodique=[[Philosophical Transactions]] |volume=35 |année=1729 |lire en ligne=http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k55840n.image.f375.langEN |pages=637-660}}</ref>.
Cet effet s'explique par l'[[addition vectorielle]] de la vitesse de la lumière qui provient d'une source lointaine (comme une étoile) et la vitesse du télescope (voyez les explications du diagramme à la droite). Un observateur mobile voit un rayon de lumière d'une direction légèrement différente et, en conséquence, observe la source à une position décalée par rapport à sa position calculée. Cet effet est la source du mouvement apparent des étoiles dans le ciel puisque la direction de la vitesse de la Terre change continuellement (elle orbite autour du Soleil et tourne sur elle-même). En se basant sur la différence angulaire de la position des étoiles ({{unité|20,5 [[seconde d'arc|secondes d'arc]]}})<ref>{{Ouvrage |langue=en |prénom1=P. |nom1=Duffett-Smith |titre=Practical Astronomy with your Calculator |passage=62 |éditeur=Cambridge University Press |année=1988 |isbn=978-0-521-35699-2 |lire en ligne=https://archive.org/details/practicalastrono0000duff/page/62 |accès url=inscription}}</ref>, il est possible de déterminer {{mvar|c}} en fonction de la vitesse de la Terre autour du Soleil connaissant la durée d'une orbite terrestre complète. En 1729, Bradley détermine que {{mvar|c}} est {{val|10210}} fois plus rapide que la vitesse orbitale de la Terre<ref group="note">La science moderne l'établit à {{val|10066}} fois plus rapide.</ref>. De façon équivalente, il faut {{heure||8|12}} pour que la lumière parcourt la distance Soleil-Terre<ref name="Bradley1729" />.
==== Unité astronomique ====
Une [[unité astronomique]] (UA) est à peu près la distance moyenne entre la [[Terre]] et le [[Soleil]]. En 2012, elle a été fixée à exactement {{unité|149597870700|m}}<ref name="AU_redef">{{Lien web |langue=en |titre=Resolution B2 on the re-definition of the astronomical unit of length |url=https://www.iau.org/static/resolutions/IAU2012_English.pdf |format=Pdf |éditeur=International Astronomical Union |année=2012}}</ref>{{,}}<ref>{{Article |langue=en |titre=Supplement 2014: Updates to the 8th edition (2006) of the SI Brochure |périodique=International Bureau of Weights and Measures |année=2014 |lire en ligne=http://www.bipm.org/utils/common/pdf/si_supplement_2014.pdf |format=Pdf |pages=14}}</ref>.
Auparavant, elle n'était pas définie selon les unités du [[Système international d'unités]], mais selon la force gravitationnelle exercée par le Soleil dans un référentiel de mécanique classique{{#tag:ref|L'[[unité astronomique]] a été définie comme le rayon d'une orbite newtonienne circulaire non perturbée autour du Soleil d'une particule dotée d'une masse infinitésimale se déplaçant à une [[fréquence angulaire]] de {{unité|0.01720209895}} [[radian]] par jour (environ {{frac|{{val|365.256898}}}} d'une révolution terrestre)<ref>{{SIbrochure8th|page=126}}</ref>.|group=note}}.
Auparavant, l'inverse de {{mvar|c}} exprimé en secondes par UA était mesuré en comparant le temps pour un signal radio à atteindre différents vaisseaux spatiaux dans le [[Système solaire]], leur position étant calculée en fonction des effets gravitationnels du Soleil et de planètes. En calculant une moyenne de plusieurs mesures, une valeur du temps lumière par unité de distance s'obtient par [[ajustement de courbe|meilleur ajustement]]. Par exemple, en 2009, la meilleure estimation, approuvée par l'[[Union astronomique internationale]] (UAI), est de<ref name="Pitjeva09">{{Article |langue=en |prénom1=E. V. |nom1=Pitjeva |prénom2=E. M. |nom2=Standish |titre=Proposals for the masses of the three largest asteroids, the Moon–Earth mass ratio and the Astronomical Unit |périodique=[[Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy]] |volume=103 |numéro=4 |année=2009 |doi=10.1007/s10569-009-9203-8 |bibcode=2009CeMDA.103..365P |lire en ligne=https://zenodo.org/record/1000691 |pages=365-372 |s2cid=121374703}}</ref>{{,}}<ref name="IAU">{{Lien web |langue=en |auteur=IAU Working Group on Numerical Standards for Fundamental Astronomy |titre=IAU WG on NSFA Current Best Estimates |url=https://web.archive.org/web/20091208011235/http://maia.usno.navy.mil/NSFA/CBE.html |éditeur=[[US Naval Observatory]]}}</ref>{{,}}<ref>{{Lien web |langue=en |titre=Astrodynamic Constants |url=https://ssd.jpl.nasa.gov/?constants |site=Solar System Dynamics |éditeur=Jet Propulsion Laboratory |consulté le=2017-11-08}}</ref> :
: temps lumière par unité de distance : <math>t_{ua} = 499,004\,783\,836 \pm 10 \,\text{s}</math>
: <math>c = 0,002\,003\,988\,804\,10 \pm 4 \,\text{UA/s} = 173,144\,632\,674 \pm 3 \,\text{UA/jour}.</math>
L'incertitude relative est de 0,02 [[Partie par milliard|parties par milliard]] ({{unité|2|e=-11}}), équivalente à l'incertitude de la mesure terrestre d'une distance par [[interférométrie]]<ref>{{Lien web |langue=en |titre=NPL's Beginner's Guide to Length |url=https://web.archive.org/web/20100831214704/http://www.npl.co.uk/educate-explore/posters/length/length-%28poster%29 |éditeur=UK National Physical Laboratory |consulté le=2009-10-28}}</ref>.
Puisque le mètre est défini comme la distance parcourue par la lumière en un certain intervalle de temps, la mesure du temps de parcours selon la définition précédente peut aussi être interprétée comme la longueur de l'UA (ancienne définition) en mètres{{#tag:ref|Néanmoins, à cette précision, les effets de la [[relativité générale]] doivent être pris en compte lors de l'interprétation de la longueur. Le mètre est considéré comme une unité de [[longueur propre]], alors que l'UA est habituellement utilisée comme une unité de la longueur observée dans un référentiel donné. Les valeurs données ici suivent cette deuxième convention, et sont compatibles avec le [[temps dynamique barycentrique]] (TDB)<ref name="IAU" />.|group=note}}.
=== Temps de vol ===
[[Fichier:Michelson speed of light measurement 1930.jpg|vignette|centre|redresse=4.0|alt=Une photo d'un long tube traversant un champ et un diagramme et diagramme montrant un tube interrompu par plusieurs éléments dans lesquels se trouvent des miroirs.|La photo montre le montage utilisé par [[Albert Michelson]], Francis Pease et Fred Pearson en 1930-1935 pour mesurer plus précisément {{mvar|c}}. Les scientifiques ont recours à un miroir rotatif et une tube sous vide long de {{unité|1.6 km}} ({{unité|1|mile}}) qu'un faisceau de lumière parcourt {{unité|10|fois}} (c'est-à-dire {{unité|10|miles}})<ref>{{Article |langue=en |auteur1=H. H. Dunn |titre=Test Light Speed in Mile-Long Vacuum Tube |périodique=[[Popular Science]] |volume=117 |numéro=3 |lieu=New York |date=September 1930 |lire en ligne=https://books.google.com/books?id=UigDAAAAMBAJ&pg=PA17 |pages=17-18, 132 et 133}}</ref>. Le diagramme à la droite montre quelques éléments du montage.]]
[[Fichier:Fizeau.JPG|vignette|alt=Un faisceau de lumière traverse horizontalement un miroir semi-teinté puis une roue dentelée en rotation, est réfléchie sur le miroir, est redirigé vers les dents de la roue, puis réfléchie à travers un miroir semi-teinté dans une lunette.|Diagramme de l'[[expérience de Fizeau]].]]
Une méthode pour déterminer {{mvar|c}} est de mesurer le temps pour un faisceau lumineux d'atteindre un lointain miroir et d'en revenir, méthode qu'utilise [[Expérience de Fizeau|Hippolyte Fizeau en 1849]]<ref>{{Ouvrage |titre=Le Patrimoine des communes des Hauts-de-Seine |passage=383 |éditeur=Flohic éditions |année=1994}}.</ref>{{,}}<ref>{{Article |auteur1=Matthieu Frachon, avec le concours de la Société d'histoire de Suresnes |titre=Que la lumière soit... |périodique=Suresnes Mag |numéro=311 |date=octobre 2019 |lire en ligne=https://suresnes-mag.fr/decouvrir/histoires-suresnoises/et-la-lumiere-fut-mesuree/ |pages=40-41}}.</ref>. Le [[Appareil de Fizeau|montage de Fizeau]] consiste en un faisceau de lumière dirigé vers un miroir à environ 8 km de la source et qui tombe sur les dents d'une roue dentelée en rotation. Lorsque cette roue atteint une certaine vitesse de rotation, le faisceau passe entre une paire de dents, est réfléchi puis passe entre la paire de dents suivante. Connaissant la distante entre la roue et le miroir, la distance entre deux dents et la vitesse de rotation, la vitesse de la lumière peut être calculée<ref name="How">{{Lien web |langue=en |prénom=P. |nom=Gibbs |titre=How is the speed of light measured? |url=https://web.archive.org/web/20150821181850/http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SpeedOfLight/measure_c.html |site=Usenet Physics FAQ |éditeur=University of California, Riverside |année=1997 |consulté le=2010-01-13}}</ref>.
[[Léon Foucault]] préfère utiliser un miroir rotatif. Dans son expérience, réalisée en 1850, un faisceau de lumière tombe sur le miroir rotatif. Pendant que le faisceau se dirige vers le miroir fixe, puis est réfléchi, le miroir rotatif continue de tourner et le faisceau est réfléchi sur ce miroir rotatif à un angle différent de celui au début de son trajet. Connaissant la différence d'angle, la vitesse de rotation du miroir rotatif et la distance au miroir fixe, il est possible de calculer {{mvar|c}}<ref>{{Lien web |auteur=Jean-Jacques Samueli |titre=L’expérience du miroir tournant de Foucault |url=http://www.bibnum.education.fr/physique/optique/l-experience-du-miroir-tournant-de-foucault |site=bibnum.education.fr |date=2014}} (consulter l'onglet « Actualité »)</ref>{{,}}<ref>{{Lien web |langue=en |prénom=M. |nom=Fowler |titre=The Speed of Light |url=http://galileoandeinstein.physics.virginia.edu/lectures/spedlite.html |éditeur=University of Virginia |consulté le=2010-04-21}}</ref>.
Au {{s-|XXI}}, en utilisant un [[oscilloscope]] plus précis que la nanoseconde, {{mvar|c}} peut être déterminée en mesurant le temps pris par l'impulsion lumineuse d'un [[laser]] (ou d'une [[Diode électroluminescente|DEL]]) réfléchie par un miroir. La valeur obtenue est moins précise, de l'ordre de 1 %, que celles obtenues par un laboratoire proprement doté, mais elle a l'avantage de pouvoir être reproduite dans un laboratoire universitaire ordinaire<ref>{{Article |langue=en |prénom1=J. |nom1=Cooke |prénom2=M. |nom2=Martin |prénom3=H. |nom3=McCartney |prénom4=B. |nom4=Wilf |titre=Direct determination of the speed of light as a general physics laboratory experiment |périodique=[[American Journal of Physics]] |volume=36 |numéro=9 |année=1968 |doi=10.1119/1.1975166 |bibcode=1968AmJPh..36..847C |pages=847}}</ref>{{,}}<ref>{{Article |langue=en |prénom1=K. |nom1=Aoki |prénom2=T. |nom2=Mitsui |titre=A small tabletop experiment for a direct measurement of the speed of light |périodique=[[American Journal of Physics]] |volume=76 |numéro=9 |année=2008 |doi=10.1119/1.2919743 |bibcode=2008AmJPh..76..812A |arxiv=0705.3996 |pages=812-815 |s2cid=117454437}}</ref>{{,}}<ref>{{Article |langue=en |prénom1=M. B. |nom1=James |prénom2=R. B. |nom2=Ormond |prénom3=A. J. |nom3=Stasch |titre=Speed of light measurement for the myriad |périodique=[[American Journal of Physics]] |volume=67 |numéro=8 |année=1999 |doi=10.1119/1.19352 |bibcode=1999AmJPh..67..681J |pages=681-714}}</ref>.
En {{date-|septembre 2011}}, la collaboration de physiciens travaillant sur l'expérience [[OPERA]] annonce que le temps de vol mesuré de [[neutrino]]s produits au [[CERN]] est inférieur de {{unité|60.7 ns}} à celui attendu pour des particules se déplaçant à la vitesse de la lumière<ref>{{Lien web |titre=L’expérience OPERA annonce une anomalie dans le temps de vol des neutrinos allant du CERN au Gran Sasso |url=http://press.cern/node/73 |éditeur=[[Organisation européenne pour la recherche nucléaire|CERN]] |date=23 septembre 2011}} (communiqué de presse).</ref>{{,}}<ref>{{Article |langue=en |auteur1=T. Adam |et al.=oui |titre=Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam |périodique=Journal of High Energy Physics |volume=2012 |numéro=93 |année=2012 |date=22 septembre 2011 |doi=10.1007/JHEP10(2012)093 |arxiv=1109.4897 |consulté le=23 septembre 2011}}</ref>.
Le {{date-|8 juin 2012}}, la collaboration annonce que l'anomalie est en fait liée à une erreur de mesure due au branchement défectueux d’un câble de synchronisation optique des [[Horloge atomique|horloges atomiques]], et que la vitesse mesurée des neutrinos est compatible avec celle de la lumière<ref>{{Lien web |auteur=Sylvestre Huet |titre=Neutrinos plus rapides que la lumière ? Non et fin de l'histoire |url=http://sciences.blogs.liberation.fr/home/2012/06/neutrinos-plus-rapides-que-la-lumière-non-et-fin-de-lhistoire.html |site=sciences.blogs.liberation.fr |date=8 juin 2012 |consulté le=14 janvier 2019}}.</ref>.
=== Constantes électromagnétiques ===
Une façon d'obtenir la valeur de {{mvar|c}} sans s'appuyer sur des mesures en lien avec la propagation d'ondes électromagnétiques, est d'utiliser la relation entre {{mvar|c}}, la [[permittivité du vide]] (<math>\epsilon_0</math>) et la [[perméabilité du vide]] (<math>\mu_0</math>) tel que démontré par Maxwell : <math>c = 1 / \sqrt{\mu_0 \epsilon_0} </math>{{sfn|Serway|1992|p=111}}{{,}}<ref>{{Lien web |langue=en |prénom=Philip |nom=Gibbs |titre=How is the speed of light measured? |url=https://web.archive.org/web/20150821181850/http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SpeedOfLight/measure_c.html |éditeur=The Physics and Relativity FAQ |date=1997}}</ref>. La permittivité peut être déterminée en mesurant la [[capacité électrique]] et les dimensions d'un [[condensateur]], alors que la perméabilité est fixée à exactement {{unité|4π|H/m|e=-7}} à la suite de la définition de l'[[ampère]]. Rosa et Dorsey empruntent cette voie en 1907 et calculent {{unité|299710|km/s|±=22}}<ref name="Essen1948" />{{,}}<ref name="RosaDorsey">{{Article |langue=en |prénom1=E. B. |nom1=Rosa |prénom2=N. E. |nom2=Dorsey |titre=A new determination of the ratio of the electromagnetic to the electrostatic unit of electricity |périodique=Bulletin of the Bureau of Standards |volume=3 |numéro=6 |année=1907 |doi=10.6028/bulletin.070 |accès doi=libre |pages=433}}</ref>.
=== Cavité résonnante ===
[[Fichier:Waves in Box.svg|vignette|alt=Une boîte en 2D avec trois ondes. Au centre, la longueur d'onde est de 1 ; en haut, elle est de 1 et demie ; en bas, elle est d'une demie.|Schéma d'une [[cavité résonnante]] avec des [[onde stationnaire|ondes stationnaires]] dont les longueurs d'onde sont des multiples de λ.]]
{{mvar|c}} se calcule par la relation <math>c = f \lambda</math>{{sfn|Serway|1992|p=133}}. Donc, {{mvar|c}} peut être établie si l'on mesure de façon indépendante la fréquence (<math>f</math>) et la longueur d'onde (<math>\lambda</math>) d'une onde électromagnétique dans le vide.
Une autre façon de faire est de mesurer la fréquence de [[résonance]] dans une [[cavité résonnante]]. Si les dimensions de la cavité sont connues, on peut alors trouver la longueur d'onde. En 1946, [[Louis Essen]] et A. C. Gordon-Smith établissent plusieurs [[Mode normal|modes normaux]] des micro-ondes dans une cavité résonnante dont les dimensions sont connues avec une incertitude de {{nobr|± 0,8 μm}} grâce à des mesures par interférométrie<ref name="Essen1948" />.
Puisque les longueurs d'onde des modes normaux sont connues grâce à l'[[électromagnétisme]], la valeur de {{mvar|c}} peut être calculée pour plusieurs fréquences<ref name="Essen1948">{{Article |langue=en |prénom1=L. |nom1=Essen |prénom2=A. C. |nom2=Gordon-Smith |titre=The Velocity of Propagation of Electromagnetic Waves Derived from the Resonant Frequencies of a Cylindrical Cavity Resonator |périodique=[[Proceedings of the Royal Society of London A]] |volume=194 |numéro=1038 |année=1948 |doi=10.1098/rspa.1948.0085 |jstor=98293 |bibcode=1948RSPSA.194..348E |pages=348-361}}</ref>{{,}}<ref>{{Article |langue=en |prénom1=L. |nom1=Essen |titre=Velocity of Electromagnetic Waves |périodique=Nature |volume=159 |numéro=4044 |année=1947 |doi=10.1038/159611a0 |bibcode=1947Natur.159..611E |pages=611-612 |s2cid=4101717}}</ref>.
Le résultat d'Essen–Gordon-Smith, {{unité|299792|±=9|km/s}}, est significativement plus précis que ceux obtenus par des méthodes optiques<ref name="Essen1948" />.
En 1950, Essen affirme, après avoir mené une suite d'expériences, avoir obtenu {{unité|299792.5|±=3,0|km/s}} pour {{mvar|c}}<ref name="Essen1950">{{Article |langue=en |prénom1=L. |nom1=Essen |titre=The Velocity of Propagation of Electromagnetic Waves Derived from the Resonant Frequencies of a Cylindrical Cavity Resonator |périodique=[[Proceedings of the Royal Society of London A]] |volume=204 |numéro=1077 |année=1950 |doi=10.1098/rspa.1950.0172 |jstor=98433 |bibcode=1950RSPSA.204..260E |pages=260-277 |s2cid=121261770}}</ref>.
Une démonstration maison de cette technique peut se faire avec un [[four à micro-ondes]] et une substance fusible, telles que des [[guimauve (confiserie)|guimauves]] ou de la [[margarine]]. Si la table pivotante est retirée de façon que l'aliment reste immobile, le four va cuire plus rapidement aux anti-nœuds (les points où l'amplitude de l'onde est la plus grande) ; donc, aux points où l'aliment fond le plus rapidement. La distance entre deux points est la moitié de la longueur d'onde des micro-ondes ; en mesurant cette distance et en multipliant par la fréquence des micro-ondes (inscrite sur la plaque signalétique du four, habituellement {{unité|2450 MHz}}), la valeur de {{mvar|c}} peut être calculée « souvent avec une erreur inférieure à 5 % »{{trad|en|often with less than 5% error}}{{,}}<ref>{{Article |langue=en |prénom1=R. H. |nom1=Stauffer |titre=Finding the Speed of Light with Marshmallows |périodique=The Physics Teacher |volume=35 |numéro=4 |date=April 1997 |doi=10.1119/1.2344657 |bibcode=1997PhTea..35..231S |lire en ligne=https://www.physics.umd.edu/icpe/newsletters/n34/marshmal.htm |consulté le=15 février 2010 |pages=231}}</ref>{{,}}<ref>{{Lien web |langue=en |titre=BBC Look East at the speed of light |url=http://www.bbc.co.uk/norfolk/features/ba_festival/bafestival_speedoflight_experiment_feature.shtml |site=BBC Norfolk website |consulté le=15 février 2010}}</ref>.
=== Interférométrie ===
Un faisceau de lumière [[Cohérence (physique)|cohérente]] (par exemple un [[laser]]), d'une fréquence connue (<math>f</math>), est divisé en deux. Chaque partie suit un trajet différent, puis elles sont recombinées. En modifiant et mesurant avec précision la longueur d'un trajet tout en observant le motif d'interférence, la longueur d'onde (<math>\lambda</math>) peut être déterminée. La vitesse de la lumière est donnée par <math>c = f \lambda</math><ref name="Vaughan">Une présentation détaillée de l'interféromètre et de son usage pour calculer {{mvar|c}} se trouve dans :
: {{Ouvrage |langue=en |prénom1=J. M. |nom1=Vaughan |titre=The Fabry-Perot interferometer |passage=47 et 384-391 |éditeur=CRC Press |année=1989 |isbn=978-0-85274-138-2}}</ref>.<!--
--><center>'''Schéma conceptuel décrivant l'usage de l'[[interférométrie]] pour trouver<br>la longueur d'onde d'une onde électromagnétique, puis {{mvar|c}}.'''</center><div style="border:1px #C8CCD1 solid; border-radius:5px; width:80%; padding:5px; background-color:#F8F9FA; margin:0 auto 0 auto;">[[Fichier:Interferometer sol.svg|frameless|redresse=2.5|center|alt=Schéma|<!-- Explication directement sous l'illustration. -->]]<div style="font-size:90%;">Dans le schéma, les deux rectangles représentent des sources de lumière cohérente (des [[laser]]s par exemple) et les segments obliques sont des miroirs semi-transparents, alors que les segments horizontaux (en haut) et les segments verticaux sont des miroirs.
Dans la moitié gauche, un faisceau de lumière, de fréquence connue (<math>f</math>), est issu de la source [[Cohérence (physique)|cohérente]]. Il est en partie réfléchi vers le haut, en partie transmis à travers le miroir semi-transparent. La partie qui monte est ensuite réfléchie vers le bas par le miroir horizontal. Pour sa part, la partie de faisceau qui a traversé le miroir est réfléchie par le miroir vertical. Si la distance entre le bas du miroir oblique et le miroir horizontal est un multiple de la longueur d'onde (<math>\lambda</math>), alors les deux parties, qui sont des ondes, formeront une [[interférence constructive]] (la courbe rose dans le motif en bas à la gauche).
Dans la moitié droite, un faisceau lumineux subit les mêmes transformations, mais la distance entre le bas du miroir oblique et le miroir horizontal est un multiple de <math>\lambda</math> plus <math>\lambda / 4</math>. Les deux parties, toujours des ondes, formeront une [[interférence destructive]] (la courbe rose aplatie dans le motif en bas à la droite).
Lorsqu'il y a interférence constructive, l'observateur est illuminé par le faisceau recombiné. S'il y a interférence destructive, il ne voit que du noir.
Donc, en ajustant la longueur du trajet d'un faisceau lumineux tout en observant les motifs d'[[interférence]], <math>\lambda</math> peut être déterminée.</div></div><!--
-->Avant la démocratisation des lasers, les sources d'ondes radio cohérentes ont servi à déterminer {{mvar|c}} par interférométrie<ref name="Froome1858">{{Article |langue=en |prénom1=K. D. |nom1=Froome |titre=A New Determination of the Free-Space Velocity of Electromagnetic Waves |périodique=Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences |volume=247 |numéro=1248 |année=1958 |doi=10.1098/rspa.1958.0172 |jstor=100591 |bibcode=1958RSPSA.247..109F |pages=109-122 |s2cid=121444888}}</ref>. Toutefois, la détermination de la longueur d'onde par interférométrie devient de moins en moins précise au fur et à mesure que la longueur d'onde augmente. Dans la pratique, les expériences perdent beaucoup de précision lorsque les longueurs d'onde dépassent {{unité|4 mm}}. La précision peut être augmentée en utilisant de la lumière de plus courte longueur d'onde, mais il devient alors difficile de mesurer directement sa fréquence. Une voie de contournement est de commencer avec un faisceau de faible fréquence pour lequel celle-ci peut être mesurée. Ensuite, synthétiser des ondes de plus grandes fréquences qui peuvent être liées au faisceau de départ. Un laser peut ensuite être syntonisé sur cette fréquence ; sa longueur d'onde est alors mesurée par [[interférométrie]]<ref name="NIST_pub">{{Chapitre |langue=en |auteur1=D. B. Sullivan |titre chapitre=Speed of Light from Direct Frequency and Wavelength Measurements |auteurs ouvrage=D. R. Lide |titre ouvrage=A Century of Excellence in Measurements, Standards, and Technology |éditeur=CRC Press |année=2001 |isbn=978-0-8493-1247-2 |lire en ligne=https://web.archive.org/web/20090813061018/http://nvl.nist.gov/pub/nistpubs/sp958-lide/191-193.pdf |passage=191-193 |format électronique=Pdf}}</ref>. Cette technique, mise au point par une équipe du [[National Institute of Standards and Technology|National Bureau of Standards]], a été utilisée en 1972 pour mesurer la vitesse de la lumière dans le vide à une précision relative de {{unité|3.5|e=-9}}<ref name="NIST_pub" />{{,}}<ref name="NIST heterodyne">{{Article |langue=en |prénom1=K. M. |nom1=Evenson |et al.=oui |titre=Speed of Light from Direct Frequency and Wavelength Measurements of the Methane-Stabilized Laser |périodique=Physical Review Letters |volume=29 |numéro=19 |année=1972 |doi=10.1103/PhysRevLett.29.1346 |bibcode=1972PhRvL..29.1346E |lire en ligne=https://semanticscholar.org/paper/4d833232cf06562b0c012f59d9dac95bb530e83d |pages=1346-1349 |s2cid=120300510}}</ref>.
== Notes et références ==
{{tradRef|url=https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Speed_of_light&oldid=1052793650}}
===
{{Références|groupe=trad}}
=== Notes ===
{{Références| groupe="note" }}
=== Références ===
{{ références | références=
<ref name="David_BODANIS">{{Ouvrage |langue=en |auteur1=David Bodanis |titre=E{{=}}mc2: A Biography of the World's Most Famous Equation |éditeur=Doubleday Canada |année=2000 |pages totales=337}}.</ref>
}}
== Annexes ==
{{Autres projets
| commons = Category:Speed of light
}}
{{catégorie principale}}
=== Bibliographie ===
* {{Article |auteur1=[[François Arago]] |titre=Mémoire sur la vitesse de la lumière, lu à la première Classe de l'Institut, le 10 décembre 1810 |périodique=[[Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences]] |volume=36 |mois=janvier-juin |année=1853 |lire en ligne=https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k2993z/f42.image.r=arago |pages=38-49}}
* {{Article |auteur1=Jean Eisenstaedt |auteur2=[[Michel Combes (astronome)|Michel Combes]] |titre=Arago et la vitesse de la lumière (1806-1810), un manuscrit inédit, une nouvelle analyse |périodique=Revue d'histoire des sciences |volume=64 |mois=janvier |année=2011 |lire en ligne=https://www.cairn.info/revue-d-histoire-des-sciences-2011-1-page-59.htm |pages=59-120}}
* {{Ouvrage |auteur1=[[Richard Feynman]] |traducteur=[[Françoise Balibar]] et Alain Laverne |titre=Lumière et Matière |sous-titre=Une étrange histoire |titre original=QED, The Strange Theory of Light and Matter |éditeur=InterÉditions |collection=Sciences |année=1992 |année première édition=1987 |pages totales=206 |isbn=978-2-02-014758-3 |plume=oui}}.
* {{Ouvrage |langue=fr |auteur1=[[Jean Hladik]] |titre=Pour comprendre simplement les origines et l'évolution de la Physique quantique |lieu=Paris |éditeur=[[Éditions Ellipses|Ellipses]] |année=2008 |pages totales=320 |isbn=978-2-7298-3738-9 |plume=oui}}.
* {{Article |langue=en |prénom1=Brian |nom1=Luzum |prénom2=Nicole |nom2=Capitaine |prénom3=Agnès |nom3=Fienga |prénom4=William |nom4=Folkner |titre=The IAU 2009 system of astronomical constants: the report of the IAU working group on numerical standards for Fundamental Astronomy |périodique=Celest Mech Dyn Astr |volume=110 |numéro=4 |date=2011 |doi=10.1007/s10569-011-9352-4 |bibcode=2011CeMDA.110..293L |lire en ligne=http://www.sai.msu.ru/neb/rw/CelMech110.pdf |format=Pdf |pages=296 |id=Luzum et al, 2011 |plume=oui |prénom5=Toshio |nom5=Fukushima |prénom6=James |nom6=Hilton |prénom7=Catherine |nom7=Hohenkerk |prénom8=George |nom8=Krasinsky |prénom9=Gérard |nom9=Petit |prénom10=Elena |nom10=Pitjeva |prénom11=Michael |nom11=Soffel |prénom12=Patrick |nom12=Wallace |s2cid=122755461}}
* {{Ouvrage |prénom1=Raymond A. |nom1=Serway |lien auteur1=Raymond Serway |traducteur=Robert Morin et Céline Temblay |titre=Physique III |sous-titre=Optique et physique moderne |titre original=Physics for Scientists and Engineers / With Modern Physics. Volume 3 |lieu=Laval (Québec) |éditeur=Éditions Études Vivantes |année=1992 |pages totales=776 |isbn=2-7607-0542-0 |plume=oui |numéro d'édition=3}}
* {{Ouvrage |auteur1=[[Max Tegmark]] |traducteur=Benoît Clenet |titre=Notre univers mathématique : en quête de la nature ultime du réel |éditeur=Ekho |année=2018 |plume=oui |EAN=978-2-10-077981-9}}
=== Articles connexes ===
* [[Année-lumière]]
* [[Effet Tcherenkov]]
* [[Expérience de Fizeau]]
* [[Lumière lente]]
* [[Table de constantes et paramètres astrophysiques|Table des constantes astrophysiques]]
* [[Théories d'une vitesse de lumière variable]]
* [[Vitesse de la lumière dans un seul sens]]
* [[Vitesse d'une onde]]
* [[Vitesse limite]]
* [[Vitesse supraluminique]]
* [[Constante physique]]
=== Liens externes ===
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* [https://bibnum.obspm.fr/exhibits/show/vitesse_lumiere « "C" à Paris, Vitesse de la Lumière. Histoire et expériences »], une exposition virtuelle de la Bibliothèque patrimoniale numérique de l'[[Observatoire de Paris]]
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{{Liens}}
{{Palette|Relativité}}
{{Portail|physique|
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[[Catégorie:Relativité]]
[[Catégorie:Constante fondamentale]]
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