Chris Oates, en fysiker i Tid och Frekvens fördelningen av National Institute of Standards and Technology (NIST), förklarar.

trots skillnaderna mellan ljus och ljud har samma två grundläggande metoder använts i de flesta mätningar av deras respektive hastigheter., Den första metoden är baserad på att helt enkelt mäta den tid det tar en puls av ljus eller ljud för att korsa ett känt avstånd; dividera avståndet med transiteringstiden ger sedan hastigheten. Den andra metoden använder sig av vågens natur som är gemensam för dessa fenomen: genom att mäta både frekvensen (f) och våglängden () hos den förökningsvåg kan man härleda vågens hastighet från den enkla vågrelationen, hastighet = f×. (Frekvensen av en våg är antalet kammar som passerar per sekund, medan våglängden är avståndet mellan kammar)., Även om de två fenomenen delar dessa mätmetoder har de grundläggande skillnaderna mellan ljus och ljud lett till mycket olika experimentella implementeringar, liksom olika historiska utvecklingar, vid bestämning av deras hastigheter.

i sin enklaste form kan ljud ses som en längsgående våg bestående av kompressioner och förlängningar av ett medium längs utbredningsriktningen., Eftersom ljud kräver ett medium genom vilket man kan sprida, bestäms ljudets hastighet av egenskaperna hos mediet själv (såsom densitet, styvhet och temperatur). Dessa parametrar måste därför ingå i alla rapporterade mätningar. Faktum är att man kan vända sådana mätningar runt och faktiskt använda dem för att bestämma termodynamiska egenskaper hos mediet (förhållandet mellan specifika värmer, till exempel).,

den första kända teoretiska avhandlingen om ljud tillhandahölls av Sir Isaac Newton i hans Principia, som förutspådde ett värde för ljudets hastighet i luft som skiljer sig med cirka 16 procent från det för närvarande accepterade värdet. Tidiga experimentella värden baserades på mätningar av den tid det tog ljudet av kanonblaster för att täcka ett visst avstånd och var bra för bättre än 1 procent av det för närvarande accepterade värdet 331,5 m/s vid 0 grader Celsius. Daniel Colladon och Charles-Francois Sturm utförde först liknande mätningar i vatten i Genèvesjön 1826. De hittade ett värde endast 0.,2 procent under det för närvarande accepterade värdet på ~1.440 m / s vid 8 grader C. dessa mätningar drabbades alla av variationer i medierna själva över långa avstånd, så de flesta efterföljande bestämningar har utförts i laboratoriet, där miljöparametrar kunde kontrolleras bättre, och en större mängd gaser och vätskor kunde undersökas. Dessa experiment använder ofta rör av gas eller vätska (eller stänger av fast material) med exakt kalibrerade längder. Man kan sedan härleda ljudets hastighet från en mätning av den tid som en ljudimpuls tar för att korsa röret., Alternativt (och vanligtvis mer exakt) kan man excitera resonansfrekvenserna i röret (ungefär som en flöjt) genom att inducera en vibration i ena änden med en högtalare, stämgaffel eller annan typ av givare. Eftersom motsvarande resonansvåglängder har ett enkelt förhållande till rörlängden kan man sedan bestämma ljudets hastighet från vågrelationen och göra korrigeringar för rörgeometri för jämförelser med hastigheter i ledigt utrymme.

vågens natur är ganska annorlunda än ljudet., I sin enklaste form är en elektromagnetisk våg (såsom ljus, radio eller mikrovågsugn) tvärgående, bestående av oscillerande elektriska och magnetiska fält som är vinkelräta mot utbredningsriktningen. Dessutom, även om det medium genom vilket ljus färdas påverkar dess hastighet (minska den med indexet för refraktion av materialet), kan ljus också resa genom ett vakuum, vilket ger ett unikt sammanhang för att definiera sin hastighet., Faktum är att ljusets hastighet i ett vakuum, c, är ett grundläggande byggblock av Einsteins relativitetsteori, eftersom det sätter den övre gränsen för hastigheter i universum. Som ett resultat framträder det i ett brett spektrum av fysiska formler, kanske den mest kända av dessa är E=mc2. Ljusets hastighet kan således mätas på olika sätt, men på grund av dess extremt höga värde (~300,000 km/s eller 186,000 mi/s) var det ursprungligen betydligt svårare att mäta än ljudets hastighet., Tidiga insatser som Galileos par observatörer som satt på motsatta kullar blinkande lyktor fram och tillbaka saknade den teknik som behövs för att noggrant mäta transittiderna för endast ett fåtal mikrosekunder. Anmärkningsvärt ledde astronomiska observationer på 1700 – talet till en bestämning av ljusets hastighet med en osäkerhet på endast 1 procent. Bättre mätningar krävde dock en laboratoriemiljö., Louis Fizeau och Leon Foucault kunde utföra uppdaterade versioner av Galileos experiment genom att använda sinnrika kombinationer av roterande speglar (tillsammans med förbättrad mätteknik) och de gjorde en serie av vackra mätningar av ljusets hastighet. Med ytterligare förbättringar utförde Albert A. Michelson mätningar bra till nästan en del på tio tusen.

metrologi av ljusets hastighet förändrades dramatiskt med en bestämning som gjordes här på NIST 1972., Denna mätning baserades på en helium-neonlaser vars frekvens fixades av en återkopplingsslinga för att matcha frekvensen som motsvarar uppdelningen mellan två kvantifierade energinivåer av metanmolekylen. Både frekvensen och våglängden hos denna mycket stabila laser mättes noggrant, vilket ledde till en 100-gånger minskning av osäkerheten för ljusets hastighet. Denna mätning och efterföljande mätningar baserade på andra atomära/molekylära standarder begränsades inte av mättekniken utan av osäkerheter i definitionen av mätaren själv., Eftersom det stod klart att framtida mätningar skulle vara lika begränsade, beslutade den 17: e Confrence Gnrale des Poids et Mesures (General Conference on Weights and Measures) 1983 att omdefiniera mätaren när det gäller ljusets hastighet. Ljusets hastighet blev sålunda en konstant (definierad som 299,792,458 m/s), aldrig att mätas igen., Som ett resultat är definitionen av mätaren direkt kopplad (via förhållandet C= F×) till frekvensen, vilket är den överlägset mest noggrant uppmätta fysiska kvantiteten (för närvarande har de bästa cesium atomfontänklockorna en bråkfrekvensosäkerhet på ca 1×10-15).