Veel mõnisada aastat tagasi arvati, et valgus levib ühest kohast teise hetkeliselt. Selline mulje jääb kergesti, sest näiteks süüdates toas tuled, on kogu ruum hetkega valgustatud. Tegelikult kulub ka valgusel aega, et levida ühest kohast teise. Aga kui kaua?

Üks esimesi teadlasi, kes valguse kiiruse kindlaks määras, oli Taani astronoom Ole Christensen Rømer. 1676. aastal sai ta valguse kiiruseks 220 000 km/s. Rømer määras valguse kiiruse astronoomiliste vaatluste põhjal. Alles paarsada aastat hiljem suudeti valguse kiirus täpsemalt määrata maapealsetes tingimustes.

Tänapäeval on valguse kiirus vaakumis väga täpselt teada, see on 299 792 458 m/s ehk ligikaudu 300 000 km/s.

See on väga suur kiirus – valgusel kulub Päikese ja Maa vahel laiuva ligikaudu 150 000 000 km läbimiseks ainult 8 minutit ja 20 sekundit.

Ülesanne Eesti füüsikaolümpiaadilt:

Esimese hinnangu valguse kiirusele andis Rømer 1675. a., uurides Jupiteri kaaslase Io liikumist. Io orbiit asetseb ligikaudu Maa orbiidi tasapinnas, nii et kaaslane kaob periooditi Jupiteri varju. Mõõtmised näitavad, et intervall kahe järjestikuse hetke vahel, kui Io ilmub nähtavale Jupiteri varjust, kõigub maksimaalselt $15s$ ulatuses teatava keskväärtuse ($\approx 42,5h$) ümber sõltuvalt Päikese, Maa ja Jupiteri vastastikusest asendist (vt. joonis). Teades, et Maa kaugus Päikesest on $1,5\cdot {10}^{8}km$, hinda valguse kiirust. Eeldada, et Jupiteri orbitaalkiirus ümber Päikese on palju väiksem kui Maal.

Lahendus

Io tiirlemisperioodi jooksul muutub Maa ja Jupiteri vahekaugus. Kaugus muutub kõige kiiremini, kui Maad ja Jupiteri ühendav sirge on Maa orbiidile puutujaks. Aja jooksul, mis Iol kulub ühe tiiru tegemiseks, muutub Maa ja Jupiteri vahekaugus

$2\pi \cdot 1,5\cdot {10}^{8}km\cdot \frac{42,5h}{1a}\approx 4,6\cdot {10}^{6}km$

võrra. Selle täiendava vahemaa läbib valgus $15s$ jooksul, seega valguse kiirus avaldub:

$c=\frac{4,6\cdot {10}^{6}km}{15s}\approx 3,0\cdot {10}^{8}m/s$

Valgus levib erinevates optilistes keskkondades erineva kiirusega.

Näiteks klaasis levib valgus umbes 1,5 korda aeglasemalt kui õhus ning teemandis on valguse kiirus umbes 2,4 korda väiksem kui õhus. Õhk aeglustab valguse levimise kiirust väga vähesel määral, mistõttu võime valguse levimise kiiruseks õhus lugeda valguse kiirust vaakumis (vt tabelit).

Põhjust, miks valgus levib erinevates optilistes keskkondades aeglasemalt kui vaakumis, võib võrrelda inimese liikumisega maal ja vees – märksa lihtsam on joosta mööda maad kui rinnuni vees. Sama on ka valgusega – kuitahes läbipaistev optiline keskkond ikkagi takistab valguse levimist, mistõttu levib valgus seal aeglasemalt. Sellist nähtust iseloomustavat füüsikalist suurust nimetatakse optiliseks tiheduseks.

Astronoomias kasutatakse valguse kiirust objektidevaheliste kauguste mõõtmiseks. Valgusaasta on vahemaa, mille valgus läbib ühe aasta jooksul. Üks valgusaasta võrdub ligikaudu 9,46x10¹² km-ga. Kuigi valgusaasta on väga suur pikkusühik, on universumis taevakehade vahelised kaugused isegi valgusaastates mõõdetuna väga suured. Näiteks Põhjanael asub meist 500 valgusaasta kaugusel (umbes 4,73x10¹⁵ km). Teised galaktikad asuvad meist miljonite ja miljardite valgusaastate kaugusel.

Valguse kiirus on kõige suurem kiirus, mida ükskõik milline keha võib saavutada. Nii et ka parima tahtmise juures ei jõua ükski kosmoselaev lähima täheni kiiremini, kui 4,2 aastaga. Kiiremini ei jõua meieni ka tähtedelt kiiratav valgus. Nii näemegi Põhjanaela sellisena, nagu see oli 500 aastat tagasi.

Meie galaktikas on miljardeid tähti, mis asuvad meist 4,2 kuni 900 000 valgusaasta kaugusel. Neid vaadeldes saame infot vaid nende kauge mineviku kohta.	Juba Päikesesüsteemi ühest otsast teise lendamine mehitamata kosmoselaevadel võtab aastaid ja aastakümneid. Teoreetiliselt on siiski võimalikud n-ö hüpped läbi aegruumi ussiaukude. Pildil on kaader 2014. a filmist „Interstellar" (Tähtedevaheline), kus kosmoselaev hakkab sooritama just sellist hüpet.

Tänapäeval on valguse kiirus ja selle täpne väärtus olulised ka maapealsetele tehnoloogiatele. Näiteks GPS-seadmed registreerivad aegasid, millal satelliitidelt saadetud signaalid nendeni jõuavad, ning arvutavad selle põhjal oma asukoha.