빛이 순식간에 도달하는지, 아니면 유한한 속도로 달리는지 — 이 물음에 답하기까지 약 250년이 걸렸습니다. 측정 정밀도는 점점 높아져, 오늘날 빛의 속도는 측정하는 값이 아니라 정의된 상수가 되었습니다.
1983년부터 1 m는 "빛이 진공에서 1/299 792 458 초 동안 가는 거리"로 정의됩니다. 즉 c는 더 이상 오차가 없습니다.
| 연도 | 과학자 · 방법 | 측정한 c | 현대값 대비 |
|---|---|---|---|
| 1638 | 갈릴레이 · 랜턴 신호 | 측정 실패 | — |
| 1676 | 뢰머 · 목성 위성 이오 | ≈ 220 000 km/s | −27% |
| 1728 | 브래들리 · 광행차 | ≈ 301 000 km/s | +0.4% |
| 1849 | 피조 · 톱니바퀴 | ≈ 313 000 km/s | +4.4% |
| 1862 | 푸코 · 회전거울 | ≈ 298 000 km/s | −0.6% |
| 1926 | 마이컬슨 · 회전 팔각거울 | ≈ 299 796 km/s | +0.001% |
| 1983~ | 현대 · 정의 상수 | 299 792.458 km/s | 기준 |
위 탭에서 직접 측정해 보면, 여러분이 구한 값이 여기에 기록됩니다.
갈릴레이는 두 언덕에서 조수와 마주 서서, 한쪽이 등불을 열면 다른 쪽이 그것을 본 즉시 자기 등불을 열게 하고, 빛이 왕복하는 시간을 재려 했습니다.
문제는 사람의 반응 시간(약 0.2초)이 빛의 왕복 시간보다 압도적으로 크다는 것. 거리를 아무리 늘려도 반응 시간에 묻혀 버립니다.
거리 슬라이더를 최대로 올려도 빛 왕복 시간은 여전히 반응 시간의 수천분의 1입니다. 갈릴레이는 "빛이 즉각적이지는 않은 것 같지만, 매우 빠르다"는 결론에 그쳤습니다.
0개월: 지구가 목성에 가장 가까움 · 6개월: 가장 멀어짐(궤도 반대편)
목성의 위성 이오는 약 1.77일마다 목성 뒤로 숨었다 나오는 식(蝕)을 반복합니다. 뢰머는 지구가 목성에서 멀어질 때 식이 점점 늦게 관측되는 것을 발견했습니다.
지구가 반 바퀴 도는 동안 늦어진 총 시간은, 빛이 지구 공전궤도의 지름을 가로지르는 데 걸리는 시간입니다.
이것이 빛의 속도가 유한함을 보인 최초의 증거입니다. (뢰머 자신은 c를 명시적으로 계산하진 않았고, 하위헌스가 그 값으로 계산했습니다.)
피조는 빠르게 도는 톱니바퀴의 틈으로 빛을 내보내, 멀리(L=8.6 km) 있는 거울에 반사시켜 되돌아오게 했습니다.
회전이 느리면 빛은 같은 틈으로 돌아오지만, 회전수를 높이면 돌아온 빛이 다음 톱니에 막혀(식) 사라집니다.
밝기 막대가 처음으로 0이 되는 회전수 f를 찾아 위 식에 넣으세요. 지상 실험실에서 빛의 속도를 잰 최초의 측정입니다.
푸코는 빛을 회전하는 거울에 맞춰, 멀리 있는 고정 거울로 보냈다 되돌렸습니다. 빛이 왕복하는 짧은 시간 동안 회전거울이 조금 돌아가, 돌아온 빛은 원래 경로에서 살짝 비껴 나갑니다.
이 방법은 좁은 실험실에서도 가능했고, 특히 물속에서 빛이 더 느림을 보여 빛의 파동설을 뒷받침했습니다.
ω는 각속도(2πf). 편향각이 아주 작아 화면에서는 과장해 표시합니다.