Chris Oates, een fysicus in de tijd-en Frequentieafdeling van het National Institute of Standards and Technology (NIST), legt uit.

ondanks de verschillen tussen licht en geluid zijn bij de meeste metingen van hun respectieve snelheden dezelfde twee basismethoden gebruikt., De eerste methode is gebaseerd op het eenvoudig meten van de tijd die een puls van licht of geluid nodig heeft om een bekende afstand te overbruggen; het delen van de afstand door de transit tijd geeft dan de snelheid. De tweede methode maakt gebruik van de golfaard die deze verschijnselen gemeen hebben: door zowel de frequentie (f) als de golflengte () van de zich voortplantende golf te meten, kan men de snelheid van de Golf afleiden uit de eenvoudige golfrelatie, snelheid = f×. (De frequentie van een golf is het aantal toppen dat per seconde passeert, terwijl de Golflengte de afstand tussen toppen is)., Hoewel de twee fenomenen deze meetbenaderingen delen, hebben de fundamentele verschillen tussen licht en geluid geleid tot zeer verschillende experimentele implementaties, evenals verschillende historische ontwikkelingen, in de bepaling van hun snelheden.

in zijn eenvoudigste vorm kan geluid worden gezien als een longitudinale golf die bestaat uit compressies en uitbreidingen van een medium langs de voortplantingsrichting., Omdat geluid een medium nodig heeft om zich voort te planten, wordt de snelheid van een geluidsgolf bepaald door de eigenschappen van het medium zelf (zoals dichtheid, stijfheid en temperatuur). Deze parameters moeten dus in de gerapporteerde metingen worden opgenomen. In feite kan men dergelijke metingen omdraaien en ze daadwerkelijk gebruiken om de thermodynamische eigenschappen van het medium (de verhouding van specifieke warmte, bijvoorbeeld) te bepalen., de eerste bekende theoretische verhandeling over geluid werd gegeven door Sir Isaac Newton in zijn Principia, die een waarde voorspelde voor de geluidssnelheid in de lucht die ongeveer 16 procent verschilt van de momenteel aanvaarde waarde. Vroege experimentele waarden waren gebaseerd op metingen van de tijd die het geluid van kanonnen nodig had om een bepaalde afstand te overbruggen en waren goed tot beter dan 1 procent van de momenteel geaccepteerde waarde van 331,5 m/s bij 0 graden Celsius. Daniel Colladon en Charles-Francois Sturm voerden voor het eerst vergelijkbare metingen uit in het water in het Meer van Genève in 1826. Ze vonden een waarde slechts 0.,2 procent lager dan de momenteel aanvaarde waarde van ~ 1.440 m / s bij 8 graden C. Deze metingen hadden allemaal te lijden onder variaties in de media zelf over lange afstanden, dus de meeste latere bepalingen zijn uitgevoerd in het laboratorium, waar milieuparameters beter konden worden gecontroleerd, en een grotere verscheidenheid aan gassen en vloeistoffen kon worden onderzocht. Deze experimenten maken vaak gebruik van buizen van gas of vloeistof (of staven van vast materiaal) met nauwkeurig gekalibreerde lengtes. Men kan dan de snelheid van het geluid afleiden uit een meting van de tijd die een impuls van het geluid nodig heeft om de buis te doorkruisen., Als alternatief (en meestal nauwkeuriger) kan men resonantiefrequenties van de buis opwekken (net als die van een fluit) door een trilling aan de ene kant op te wekken met een luidspreker, stemvork of een ander type transducer. Omdat de corresponderende resonante golflengten een eenvoudige relatie hebben met de buislengte, kan men dan de geluidssnelheid bepalen vanuit de golfrelatie en correcties maken voor de buisgeometrie voor vergelijkingen met snelheden in de vrije ruimte.

De golfaard van licht is heel anders dan die van geluid., In zijn eenvoudigste vorm is een elektromagnetische golf (zoals licht, radio of magnetron) transversaal, bestaande uit oscillerende elektrische en magnetische velden die loodrecht staan op de voortplantingsrichting. Bovendien, hoewel het medium waardoor licht reist zijn snelheid beïnvloedt (het verminderen door de brekingsindex van het materiaal), kan licht ook reizen door een vacuüm, waardoor een unieke context voor het bepalen van de snelheid., In feite is de lichtsnelheid in een vacuüm, c, een fundamentele bouwsteen van Einsteins relativiteitstheorie, omdat het de bovengrens stelt voor snelheden in het universum. Als gevolg daarvan verschijnt het in een breed scala van fysische formules, misschien wel de meest bekende daarvan is E = mc2. De snelheid van het licht kan dus op verschillende manieren worden gemeten, maar door zijn extreem hoge waarde (~300.000 km/s of 186.000 mi/s) was het aanvankelijk aanzienlijk moeilijker te meten dan de snelheid van het geluid., Vroege inspanningen zoals Galileo ‘ s paar waarnemers zitten op tegengestelde heuvels knipperende lantaarns heen en weer ontbrak de technologie die nodig is om nauwkeurig te meten de transit tijden van slechts een paar microseconden. Opmerkelijk genoeg leidden astronomische waarnemingen in de 18e eeuw tot een bepaling van de lichtsnelheid met een onzekerheid van slechts 1 procent. Voor betere metingen was echter een laboratoriumomgeving nodig., Louis Fizeau en Leon Foucault waren in staat om bijgewerkte versies van Galileos experiment uit te voeren door het gebruik van ingenieuze combinaties van roterende spiegels (samen met verbeterde meettechnologie) en ze maakten een reeks mooie metingen van de snelheid van het licht. Met nog verdere verbeteringen, Albert A. Michelson uitgevoerd metingen goed tot bijna een deel op tienduizend.

Metrologie van de lichtsnelheid veranderde dramatisch met een bepaling die hier bij NIST in 1972 werd gemaakt., Deze meting was gebaseerd op een helium-neon laser waarvan de frequentie werd vastgesteld door een terugkoppelingslus om de frequentie overeen te komen die overeenkomt met de splitsing tussen twee gekwantiseerde energieniveaus van het methaanmolecuul. Zowel de frequentie als de golflengte van deze zeer stabiele laser werden nauwkeurig gemeten, waardoor de onzekerheid voor de waarde van de lichtsnelheid tot 100 keer werd verminderd. Deze meting en daaropvolgende metingen op basis van andere atomaire/moleculaire normen werden niet beperkt door de meettechniek, maar door onzekerheden in de definitie van de meter zelf., Omdat het duidelijk was dat toekomstige metingen even beperkt zouden zijn, besloot de 17de Confrence Gnrale des Poids et Mesures (Algemene Conferentie over maten en gewichten) in 1983 de meter te herdefiniëren in termen van lichtsnelheid. De snelheid van het licht werd dus een constante (gedefinieerd op 299.792.458 m / s), nooit meer te meten., Als gevolg hiervan is de definitie van de meter direct gekoppeld (via de relatie c = f×) aan die van de frequentie, die veruit de meest nauwkeurig gemeten fysische grootheid is (momenteel hebben de beste cesium atomaire fontein klokken een fractionele frequentie onzekerheid van ongeveer 1×10-15).