Chris Oates, físico de la División de tiempo y Frecuencia del Instituto Nacional de estándares y Tecnología (NIST), explica.

a pesar de las diferencias entre la luz y el sonido, los mismos dos métodos básicos se han utilizado en la mayoría de las mediciones de sus respectivas velocidades., El primer método se basa en simplemente medir el tiempo que toma un pulso de luz o sonido para atravesar una distancia conocida; dividiendo la distancia por el tiempo de tránsito entonces da la velocidad. El segundo método hace uso de la naturaleza de onda común a estos fenómenos: midiendo tanto la frecuencia (f) como la longitud de onda () de la onda de propagación, se puede derivar la velocidad de la onda de la relación de onda simple, velocidad = f×. (La frecuencia de una onda es el número de crestas que pasan por segundo, mientras que la longitud de onda es la distancia entre crestas)., Aunque los dos fenómenos comparten estos enfoques de medición, las diferencias fundamentales entre la luz y el sonido han llevado a implementaciones experimentales muy diferentes, así como diferentes desarrollos históricos, en la determinación de sus velocidades.

en su forma más simple, el sonido puede ser considerado como una onda longitudinal que consiste en compresiones y extensiones de un medio a lo largo de la dirección de propagación., Debido a que el sonido requiere un medio a través del cual propagarse, la velocidad de una onda de sonido está determinada por las propiedades del medio en sí (como la densidad, la rigidez y la temperatura). Por lo tanto, estos parámetros deben incluirse en las mediciones notificadas. De hecho, uno puede dar la vuelta a tales mediciones y realmente utilizarlas para determinar las propiedades termodinámicas del medio (la relación de calores específicos, por ejemplo).,

el primer tratado teórico conocido sobre el sonido fue proporcionado por Sir Isaac Newton en su Principia, que predijo un valor para la velocidad del sonido en el aire que difiere en aproximadamente un 16 por ciento del valor actualmente aceptado. Los primeros valores experimentales se basaron en mediciones del tiempo que tomó el sonido de las explosiones de los cañones para cubrir una distancia dada y fueron buenos a mejores que el 1 por ciento del valor actualmente aceptado de 331.5 m/s a 0 grados Celsius. Daniel Colladon y Charles-Francois Sturm realizaron por primera vez mediciones similares en el agua del Lago de Ginebra en 1826. Encontraron un valor sólo 0.,2 por ciento por debajo del valor actualmente aceptado de ~1,440 m/s a 8 grados C. todas estas mediciones sufrieron variaciones en los propios medios a largas distancias, por lo que la mayoría de las determinaciones posteriores se han realizado en el laboratorio, donde los parámetros ambientales podrían controlarse mejor y se podría investigar una mayor variedad de gases y líquidos. Estos experimentos a menudo utilizan tubos de gas o líquido (o barras de material sólido) con longitudes calibradas con precisión. Uno puede entonces derivar la velocidad del sonido de una medida del tiempo que un impulso de sonido tarda en atravesar el tubo., Alternativamente (y generalmente con mayor precisión), uno puede excitar las frecuencias resonantes del tubo (al igual que las de una flauta) induciendo una vibración en un extremo con un altavoz, un diapasón u otro tipo de transductor. Debido a que las longitudes de onda resonantes correspondientes tienen una relación simple con la longitud del tubo, uno puede determinar la velocidad del sonido a partir de la relación de onda y hacer correcciones para la geometría del tubo para comparaciones con velocidades en el espacio libre.

la naturaleza ondulatoria de la luz es bastante diferente de la del sonido., En su forma más simple, una onda electromagnética (como luz, radio o microondas) es transversal, que consiste en campos eléctricos y magnéticos oscilantes que son perpendiculares a la dirección de propagación. Además, aunque el medio a través del cual viaja la luz afecta su velocidad (reduciéndola por el índice de refracción del material), la luz también puede viajar a través de un vacío, proporcionando así un contexto único para definir su velocidad., De hecho, la velocidad de la luz en el vacío, c, es un componente fundamental de la teoría de la relatividad de Einstein, porque establece el límite superior para las velocidades en el universo. Como resultado, aparece en una amplia gama de fórmulas físicas, quizás la más famosa de las cuales es E=mc2. Por lo tanto, la velocidad de la luz se puede medir de varias maneras, pero debido a su valor extremadamente alto (~300,000 km/s o 186,000 mi/s), inicialmente era considerablemente más difícil de medir que la velocidad del sonido., Los primeros esfuerzos, como el par de observadores de Galileo sentados en colinas opuestas que parpadeaban linternas de ida y vuelta, carecían de la tecnología necesaria para medir con precisión los tiempos de tránsito de solo unos pocos microsegundos. Sorprendentemente, las observaciones astronómicas en el siglo XVIII llevaron a una determinación de la velocidad de la luz con una incertidumbre de solo el 1 por ciento. Sin embargo, para mejorar las mediciones se necesitaba un entorno de laboratorio., Louis Fizeau y Leon Foucault pudieron realizar versiones actualizadas del experimento de Galileos mediante el uso de ingeniosas combinaciones de espejos giratorios (junto con tecnología de medición mejorada) e hicieron una serie de hermosas mediciones de la velocidad de la luz. Con mejoras aún más, Albert A. Michelson realizó mediciones buenas a casi una parte de cada diez mil.

la metrología de la velocidad de la luz cambió dramáticamente con una determinación hecha aquí en el NIST en 1972., Esta medición se basó en un láser de helio-neón cuya frecuencia se fijó mediante un bucle de retroalimentación para que coincidiera con la frecuencia correspondiente a la división entre dos niveles de energía cuantizados de la molécula de metano. Tanto la frecuencia como la longitud de onda de este láser altamente estable se midieron con precisión, lo que condujo a una reducción de 100 veces en la incertidumbre para el valor de la velocidad de la luz. Esta Medición y las mediciones posteriores basadas en otros estándares atómicos/moleculares no estaban limitadas por la técnica de medición, sino por las incertidumbres en la definición del medidor en sí., Debido a que estaba claro que las mediciones futuras serían igualmente limitadas, la 17ª Conferencia Gnrale des Poids et Mesures (Conferencia General de pesos y medidas) decidió en 1983 redefinir el medidor en términos de la velocidad de la luz. La velocidad de la luz se convirtió así en una constante (definida como 299.792.458 m / s), para nunca ser medida de nuevo., Como resultado, la definición del medidor está directamente vinculada (a través de la relación c= F×) a la de frecuencia, que es, con mucho, la cantidad física medida con mayor precisión (actualmente, los mejores relojes fuente atómicos de cesio tienen una incertidumbre de frecuencia fraccional de aproximadamente 1×10-15).