Chris Oates, fyysikko ja Frequency Division National Institute of Standards and Technology (NIST), kertoo.

valon ja äänen eroista huolimatta useimmissa niiden nopeuksien mittauksissa on käytetty samoja kahta perusmenetelmää., Ensimmäinen menetelmä perustuu yksinkertaisesti mitataan aikaa, joka kuluu pulssin valoa tai ääntä kulkemaan tunnetun matkan; jakamalla matka transit-aika antaa sitten nopeus. Toinen menetelmä käyttää aalto luonne yhteistä näille ilmiöitä: mittaamalla sekä taajuuden (f) ja aallonpituus () ja lisäys-aalto, yksi voi saada nopeuden aalto yksinkertainen aalto osalta, nopeus = f×. (Taajuus aalto on määrä sää, joka siirtää sekunnissa, kun taas aallonpituus on etäisyys m)., Vaikka kaksi ilmiötä jakaa näitä mittausmenetelmiä, perustavanlaatuinen erot välillä valo ja ääni ovat johtaneet hyvin erilaisia kokeellisia toteutuksia, sekä erilaiset historialliset kehityskulut, määritettäessä niiden nopeudet.

yksinkertaisimmillaan äänen voidaan ajatella pitkittäinen aalto, joka koostuu painelu ja laajennukset keskipitkän pitkin suuntaan eteneminen., Koska ääni tarvitsee väliaineen läpi, joka levittää, nopeus ääniaalto määräytyy ominaisuuksia keskipitkän itse (kuten tiheys, jäykkyys, ja lämpötila). Nämä parametrit on näin ollen sisällytettävä kaikkiin ilmoitettuihin mittauksiin. Itse asiassa, voidaan kääntää tällaisia mittauksia ympäri ja todella käyttää niitä määrittämään termodynaamisia ominaisuuksia väliaineen (suhde erityisiä lämmöt, esimerkiksi).,

ensimmäinen tunnettu teoreettinen tutkielma ääni oli esittänyt Sir Isaac Newton hänen Principia, joka ennusti arvo äänen nopeus ilmassa, että eroaa noin 16 prosenttia on tällä hetkellä hyväksytty arvo. Varhaiset kokeelliset arvot olivat mittausten perusteella aika kului ääni räjäytyksistä kattamaan tietty etäisyys ja oli hyvä, parempi kuin 1 prosenttia tällä hetkellä hyväksytty arvo 331.5 m/s 0 Celsius-astetta. Daniel Colladon ja Charles-Francois Sturm tekivät ensimmäisen kerran samanlaisia mittauksia Genevenjärven vedessä vuonna 1826. Arvo löytyi vain 0.,2 prosenttia alla tällä hetkellä hyväksytty arvo ~1,440 m/s klo 8 astetta C. Nämä mittaukset kaikki kärsivät vaihtelut media itse pitkiä matkoja, joten useimmat myöhemmät määritykset on suoritettu laboratoriossa, jossa ympäristön parametrit voisi olla paremmin hallinnassa, ja suurempi erilaisia kaasuja ja nesteitä voitaisiin tutkia. Näissä kokeissa käytetään usein kaasu-tai nesteputkia (tai kiinteästä materiaalista valmistettuja tankoja), joiden pituudet on tarkasti kalibroitu. Tällöin äänen nopeuden voi saada mittaamalla aikaa, jonka äänen impulssi vie putken läpi kulkemiseen., Vaihtoehtoisesti (ja yleensä tarkemmin), voi kiihottaa resonanssitaajuutta putki (aivan kuten huilu) aiheuttamalla tärinää toisessa päässä kaiutin, tuning fork, tai muun tyyppinen anturi. Koska vastaava kaikuva aallonpituuksilla on yksinkertainen suhde putken pituus, tällöin voidaan määrittää äänen nopeus alkaen aalto osalta ja tehdä korjauksia, putken geometria vertailuja nopeudet vapaata tilaa.

valon aaltoluonne on aivan erilainen kuin äänen., Sen yksinkertaisin muoto, sähkömagneettinen aalto (kuten valo, radio-tai mikroaaltouuni) on poikittainen, joka koostuu värähtelevän sähkö-ja magneettikenttiä, jotka ovat kohtisuorassa etenemissuuntaan. Lisäksi, vaikka väline, jonka kautta valo kulkee, ei vaikuta sen nopeus (vähennetään se indeksin taittuminen materiaalin), valo voi myös matkustaa läpi tyhjiön, mikä tarjoaa ainutlaatuisen yhteydessä määritellään sen nopeus., Itse asiassa, valon nopeus tyhjiössä, c, on perustavanlaatuinen rakennuspalikka Einsteinin suhteellisuusteoria, koska se asettaa yläraja nopeudet maailmankaikkeudessa. Tämän seurauksena se esiintyy monenlaisissa fyysisissä kaavoissa, joista ehkä tunnetuin on E = mc2. Valon nopeus voidaan siten arvioida monin eri tavoin, mutta koska sen erittäin korkea arvo (~300,000 km/s tai 186,000 mi/s), se oli alun perin huomattavasti vaikeampi mitata kuin äänen nopeus., Aikaisin ponnisteluja, kuten Galileo on pari tarkkailijat istuu vastakkaista hills vilkkuu lyhdyt edestakaisin puuttui tarvittava tekniikka mittaa tarkasti kauttakulku kertaa vain muutaman mikrosekunnin. Merkillistä, tähtitieteellisiä havaintoja 18-luvulla johti määrittäminen valon nopeus mittausepävarmuus on vain 1 prosenttia. Paremmat mittaukset vaativat kuitenkin laboratorioympäristön., Louis Fizeau ja Leon Foucault pystyivät suorittamaan päivitetyt versiot Galileoina kokeilla käyttämällä nerokas yhdistelmiä pyörivät peilit (yhdessä parannettu mittaustekniikka) ja he tekivät useita kauniita mittaukset valon nopeus. Kanssa edelleen parannuksia, Albert A. Michelson suoritetaan mittaukset hyvä lähes yksi osa kymmenen tuhatta.

valonnopeuden metrologia muuttui dramaattisesti täällä NISTISSÄ vuonna 1972 tehdyllä määrityksellä., Tämä mittaus perustui helium-neon-laser, jonka taajuus oli kiinnitetty silmukka vastaamaan taajuus vastaa jakaminen kahden kvantittunut energia tasot metaani-molekyylin. Sekä tämän erittäin vakaan laserin taajuus että aallonpituus mitattiin tarkasti, mikä johti 100-kertaiseen valonnopeuden arvon epävarmuuden vähenemiseen. Tätä mittausta ja muita atomien ja molekyylien standardeihin perustuvia myöhempiä mittauksia ei rajoittanut mittaustekniikka, vaan epävarmuudet itse mittarin määrittelyssä., Koska se oli selvää, että tulevissa mittauksissa olisi vastaavasti rajoitettu, 17 Konferenssitilat Gnrale des Poids et Mesures (Yleinen paino-ja mittakonferenssi) päätti vuonna 1983 uudelleen mittarin suhteen valon nopeus. Valon nopeudesta tuli näin vakio (määriteltynä 299,792,458 m/S), jota ei enää koskaan mitata., Tämän seurauksena määritelmä mittari on suoraan sidoksissa (via suhde c= f×) että taajuus, joka on ylivoimaisesti tarkimmin mitattu fyysinen määrä (tällä hetkellä paras cesium atomic suihkulähde kellot ovat murto taajuus epävarmuus siitä, 1×10-15).