.光の速さ,光の速さの測定が成功して 340 周年

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光の速さ,光の速さの測定が成功して 340 周年

光の速さ,光の速さの測定が成功して 340 周年

光速（こうそく、英: speed of light）、あるいは光速度（こうそくど）とは、光が伝播する速さのことである。真空中における光速の値は 299792458 m/s（≒30万キロメートル毎秒）と定義されている。つまり、太陽から地球まで約8分20秒（8分19秒とする場合もある）、月から地球は、2秒もかからない。俗に「1秒間に地球を7回半回ることができる速さ」とも表現される。（ただし、光は直進するので、地球を実際に周回することは不可能）

光速は宇宙における最大速度であり、時間と空間の基準となる物理学における特別な意味を持つ値でもある。

現代の国際単位系では長さの単位メートルは光速と秒により定義されている。光速度は電磁場の伝播速度でもあり、マクスウェルの方程式で媒質を真空にすると光速が一定となるということが相対性理論の根本原理になっている。

重力作用も光速で伝播することが相対性理論で予言され、2002年に観測により確認された

光速は一般に記号 {\displaystyle c} c または {\displaystyle c_{0}} c_{0} で表される。これはヴィルヘルム・ヴェーバーによる「ヴェーバー定数」（Weber's constant）に由来する（ヴィルヘルム・ヴェーバーを参照）とともに、 ラテン語で速さを意味する celeritas にも由来するものである。

近代まで、光は瞬間的に伝わるのか、それとも有限の速さで伝わるのかは不明だった。エンペドクレスは初めて光の速さは有限だと主張した。一方でアリストテレスは光は運動ではなく、瞬間的に伝わると論じた。イブン・ハイサムは光は有限の速さで伝わり、その速さは可変で、密度の高い物体では遅くなると論じた。ヨハネス・ケプラーやルネ・デカルトは、光速は無限大だと考えていた[6]。

ガリレオ・ガリレイは、遠く離れた2か所に置いたランプの合図を用いて光速度を測定する方法を提案した。しかし、この方法では光速があまりに速く、当時のいかなる計測器でもわずかな時間を正確に測る事ができなかったために有意な結果を得られなかった[7]。

1676年にデンマークの数学者オーレ・レーマーは木星の衛星イオが木星に隠れる周期の変化と木星までの距離から光速を計算した。当時既に地球と木星およびイオの位置関係は正確にわかっていた。レーマーは、地球が木星から遠い位置にある際に、イオが隠れる時刻を調べ、光の速度が無限大ならば周期に応じた42.5時間置きに観測されるはずという「観測予定時刻」を計算した。そして地球が公転軌道上で木星に近づいた位置に移動した5ヵ月後に再度イオが隠れる時刻を調べると、「観測予定時刻」よりも早くなっている事を確認した。この結果からレーマーは、光は地球軌道の直径を横切るのに22分かかると結論した。ジョヴァンニ・カッシーニの観測より得られた地球-太陽間距離を用いると、レーマーの得た光速は約21.3万 km/s となる。これは実際の光速より3割ほど遅い数字だったが、光の速さが有限であることを証明し、その具体的な速さを初めて与えた[7]。レーマーの友人アイザック・ニュートンもこれを認め、この光速の値を著書に記した[7]。

1729年にジェームズ・ブラッドリーは季節による星の光行差から光速を求めた。

1849年、アルマン・フィゾーは、天体現象を利用せずに、回転する歯車を使って、初めて地上の実験で光速を測定した。ランプの光をビームスプリッターで直角に曲げ、筒の中で720枚の歯がついた歯車を通過させて光を等間隔に分断して放ち、約8.6 km離れた反射鏡で折り返し、筒の中で同じ歯車を通して観察した。歯車の回転が遅いうちは、凹部を通った光は反射され同じ凹部から見える。しかし回転数を上げると、やがて反射光が凸部（歯の部分）で遮られるようになる。フィゾーは、この時の12.6回転/秒から、(8.6 km)×2 = 17.2 kmを光が進む時間は(1秒)/(12.6回転/秒)/(720×2)（歯車の凸部と凹部の間の個数 = 歯の数の2倍）= 0.000055 秒と計算した。これらから光速は約31.3万 km/sという値を得た[8]。

1850年にフーコーは回転ミラーを使った光速の測定を行い、水中で光速が遅くなることを実証した。

1873年からマイケルソンはフーコーの方法を改良して光速の測定を続けた。

その後マイクロ波を使う方法、レーザーの使用などにより測定の精度が高まった[9]。

1983年には、国際度量衡総会により、メートルを光速によって定義することとなった。これにより、真空中の光速が299 792 458 m/sと定義されたことになる。

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