سرعة الضوء هي السرعة التي تنتقل بها الموجات الكهرومغناطيسية، وتُعد أعلى سرعة ممكنة في الكون عندما يكون الانتشار في الفراغ. تبلغ القيمة الدقيقة لسرعة الضوء في الفراغ 299792458 متراً في الثانية، وهي قيمة ثابتة فيزيائيًا عالميًا يرمز لها عادةً بالحرف c، أو بالرمز c0 وفقاً لمعايير ISO وIEC. هذه الدقة ليست عشوائية، بل إن المتر يُعرف دولياً بأنه المسافة التي يقطعها الضوء في الفراغ خلال جزء من الثانية يساوي 1/299792458. وبشكل تقريبي، تساوي هذه السرعة مليار كيلومتر في الساعة، أو ما يقارب 700 مليون ميل في الساعة. جميع أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي، بما في ذلك الضوء المرئي، تنتقل في الفراغ بهذه السرعة الثابتة، كما أن الجسيمات عديمة الكتلة والاضطرابات المجالية مثل موجات الجاذبية تتحرك أيضاً بسرعة c.

ثبات السرعة وتأثيراتها الفيزيائية

تتميز سرعة الضوء في الفراغ بثباتها التام لجميع المراقبين، بغض النظر عن سرعتهم النسبية أو حركة مصدر الضوء أو إطار المرجع القصوري للمراقب. تعتبر هذه السرعة الحد الأعلى لسرعة انتقال المعلومات أو المادة أو الطاقة عبر الفضاء. وعلى الرغم من إمكانية تسريع الجسيمات ذات كتلة السكون غير الصفرية لتقترب من هذه السرعة، إلا أنها لا تصل إليها أبداً. للسرعة المحدودة للضوء آثار ملحوظة جداً على المسافات الطويلة وفي القياسات الحساسة. فعلى سبيل المثال، ضوء النجوم الذي نراه على الأرض يأتي من الماضي البعيد، مما يتيح للعلماء دراسة تاريخ الكون. كما قد تستغرق الإشارات ساعات للوصول عند التواصل مع مسابير فضائية بعيدة. في مجال الحوسبة الحديثة، تحدد سرعة الضوء الحد الأدنى النهائي لتأخير الاتصال بين المكونات. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم سرعة الضوء في الفراغ لقياس المسافات الكبيرة بدقة عالية جداً عبر قياسات زمن الطيران.

انتشار الضوء داخل المواد ومعامل الانكسار

على عكس الفراغ، ينتقل الضوء بسرعة أبطأ داخل المواد الشفافة مثل الزجاج أو الماء أو الهواء. النسبة بين سرعة الضوء في الفراغ c والسرعة v التي ينتقل بها الضوء في مادة معينة تسمى معامل الانكسار n لهذه المادة، وتحسب وفق المعادلة n = c/v. بالنسبة للضوء المرئي، يبلغ معامل انكسار الزجاج حوالي 1.5، وهذا يعني أن الضوء في الزجاج ينتقل بسرعة تقارب 200,000 كيلومتر في الثانية (أو 124,000 ميل في الثانية). أما بالنسبة للهواء، فإن معامل انكساره للضوء المرئي يبلغ حوالي 1.0003، مما يجعل سرعة الضوء فيه أبطأ بحوالي 90 كيلومتراً في الثانية (56 ميلاً في الثانية) من سرعته في الفراغ. كما أن سرعة الموجات الكهرومغناطيسية حول كابلات الأسلاك، والتي تُعرف أحياناً بسرعة الكهرباء، تكون أبطأ أيضاً من c.

الإطار التاريخي والنظريات العلمية

لقد كان أول من أثبت أن الضوء لا ينتقل لحظياً هو العالم أوليه رومر، وقد حدث ذلك من خلال دراسته للحركة الظاهرة للقمر أيو التابع لكوكب المشتري. لاحقاً، اقترح جيمس كليرك ماكسويل في ورقة علمية عام 1865 أن الضوء عبارة عن موجة كهرومغناطيسية. وبناءً على ذلك، افترض ألبرت أينشتاين ضمن نظرية النسبية أن سرعة الضوء c ثابتة ومستقلة عن حركة مصدر الضوء في أي إطار مرجعي قصوري. في سياق النسبية، قد يُستخدم مصطلح "السرعة الضوئية" للإشارة إلى هذا المفهوم. وتجدر الإشارة إلى أنه قد تبدو بعض الأجسام أو الموجات وكأنها تتحرك أسرع من الضوء، ويسمى هذا الظهور بـ "السرعة فوق الضوئية". كما أن الحسابات المبسطة لسرعة المجرات البعيدة بسبب توسع الكون قد تظهر تجاوز سرعة الضوء، لكن يجب التنويه إلى أن فقط السرعة المحلية يمكن تعريفها بشكل فريد ودقيق في هذا السياق.