A velocidade da luz no vácuo, simbolizada pela letra
, é, por definição, igual a 299 792 458 metros por segundo. O símbolo
origina-se do latim celeritas, que significa velocidade ou rapidez. A velocidade da luz em um meio material transparente, tal como o vidro ou o ar, é menor que c, sendo a fração função do índice de refração do meio.
É exata porque, por acordo internacional, um metro é definido como o comprimento do trajeto percorrido pela luz no vácuo durante um intervalo de tempo de 1⁄299792458 segundo. O valor 299 792 458 metros por segundo é aproximadamente 1 bilhão quilômetros por hora; 700 milhão milhas por hora. Para outras aproximações de c válidas para várias unidades e escalas de grandeza, consulte a infocaixa.
Todas as formas de radiação eletromagnética, incluindo a luz visível, viajam no vácuo à velocidade c, tal como as partículas sem massa e as perturbações de campo, como as ondas gravitacionais. A velocidade da luz é a mesma para todos os observadores, independentemente da sua velocidade relativa. Assim, as partículas sem massa e as ondas viajam a c no vácuo, independentemente do movimento da fonte ou do referencial inercial do observador. A velocidade da luz é o limite superior para a velocidade à qual a informação, matéria, ou energia podem viajar através do espaço. Partículas com massa de repouso diferente de zero podem ser aceleradas para se aproximarem de c, mas nunca podem alcançá-la, independentemente do referencial no qual a sua velocidade é medida.
Para longas distâncias e medições sensíveis, a velocidade finita da luz tem efeitos percetíveis. Muita da luz estelar observada na Terra provém do passado distante, permitindo aos seres humanos estudar a história do universo através da observação de objetos distantes. Ao comunicar com sondas espaciais distantes, os sinais podem demorar horas a viajar. Na computação, a velocidade da luz fixa o atraso mínimo de comunicação (latência). A velocidade da luz pode ser utilizada em medições de tempo de voo para medir grandes distâncias com precisão extremamente elevada.
Ole Rømer demonstrou pela primeira vez que a luz não viaja instantaneamente ao estudar o movimento aparente da lua de Júpiter, Io. Num artigo de 1865, James Clerk Maxwell propôs que a luz era uma onda eletromagnética e, portanto, viajava à velocidade c. Albert Einstein postulou que a velocidade da luz c em relação a qualquer referencial inercial é uma constante e é independente do movimento da fonte de luz. Ele explorou as consequências desse postulado ao derivar a teoria da relatividade, mostrando assim que o parâmetro c tinha relevância fora do contexto da luz e do eletromagnetismo. Na teoria da relatividade, c inter-relaciona o espaço e o tempo e aparece na famosa equivalência massa-energia, E = mc2.
Em alguns casos, objetos ou ondas podem parecer viajar mais depressa do que a luz. A expansão do universo é entendida como excedendo a velocidade da luz para além de um certo limite.
A velocidade à qual a luz se propaga através de materiais transparentes, como o vidro ou o ar, é inferior a c; de forma semelhante, a velocidade das ondas eletromagnéticas em cabos de fios (a velocidade da eletricidade) é mais lenta do que c. A razão entre c e a velocidade v a que a luz viaja num material é chamada de índice de refração n do material (n = c/v). Por exemplo, para a luz visível, o índice de refração do vidro é tipicamente cerca de 1,5, o que significa que a luz no vidro viaja a c/1.5 ≈ 200000 km/s (124000 mi/s); o índice de refração do ar para a luz visível é de cerca de 1,0003, pelo que a velocidade da luz no ar é cerca de 90 km/s (56 mi/s) mais lenta que c.
Valor numérico, notação e unidades
A velocidade da luz no vácuo é geralmente denotada por
, de "constante" ou da palavra latina celeritas (que significa "rapidez"). Originalmente, era usado o símbolo V, introduzido por James Clerk Maxwell em 1865. Em 1856, Wilhelm Eduard Weber e Rudolf Kohlrausch usaram c para uma constante, que mais tarde mostrou-se que era igual a √2 vezes a velocidade da luz no vácuo. Em 1894, Paul Drude redefiniu
para o seu significado moderno. Einstein usou V em seus artigos originais em alemão, Annus Mirabilis papers, sobre a relatividade restrita em 1905, mas em 1907 ele mudou para
, que então tinha se tornado o símbolo padrão.
é usado para a velocidade de ondas em qualquer meio material, e c0 para a velocidade da luz no vácuo. Esta notação com índice, que é endossada na literatura oficial SI, tem a mesma forma que outras constantes relacionadas: nomeadamente, μ0 para a permeabilidade do vácuo ou constante magnética, ε0 para a permissividade do vácuo ou constante elétrica, e Z0 para a impedância do vácuo.
No Sistema Internacional de Unidades (SI), o metro é definido como a distância que a luz percorre no vácuo em 1⁄299792458 de um segundo. Essa definição fixa a velocidade da luz no vácuo em exatamente 299 792 458 m/s. Como uma constante física dimensional, o valor numérico de c é diferente para sistemas de unidades diferentes. Em ramos da física em que c aparece frequentemente, como na relatividade, é comum usar sistemas de unidades naturais de medida em que c = 1. Usando essas unidades, c não aparece explicitamente porque multiplicação ou divisão por 1 não afeta o resultado.
A velocidade a que as ondas de luz se propagam no vácuo é independente tanto do movimento da fonte de onda quanto do referencial inercial do observador, de modo que a velocidade da luz emitida por uma fonte em alta velocidade é a mesma que a de outra fonte estacionária. No entanto, a frequência da luz (que define a cor) e a energia podem depender do movimento da fonte em relação ao observador, devido ao efeito Doppler relativístico.
Todos os observadores que medem a velocidade da luz no vácuo chegam ao mesmo resultado. Esta invariância da velocidade da luz foi postulada por Einstein em 1905, motivada pela teoria de Maxwell do eletromagnetismo e pela falta de evidências para suportar a hipótese de um éter luminífero; experiências como a de Kennedy–Thorndike e a de Ives–Stilwell demonstraram que este postulado coincide com as observações experimentais.