Είναι ίδια παντού η ταχύτητα του φωτός;

Το φως είναι ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα, και όπως για κάθε κύμα, η ταχύτητά του, εξαρτάται από το μέσο μέσα στο οποίο διαδίδεται. 

Τα ηχητικά κύματα μπορούν να διαδοθούν μόνο μέσα από ένα υλικό μέσο (αέριο, υγρό, στερεό, πλάσμα αλλά όχι στο κενό), και η ταχύτητά του κύματος εξαρτάται από τις φυσικές ιδιότητες του μέσου: πυκνότητα, θερμοκρασία ή άλλες πιο περίπλοκες ποιότητες, (όπως αδιαβατικό δείκτη για τα αέρια και συντελεστή του Young για τα στερεά).  Αν οι ιδιότητες του μέσου είναι γνωστές, η ταχύτητα του ήχου μπορεί να υπολογιστεί θεωρητικά. Αντίστοιχη μέθοδος έχει χρησιμοποιηθεί για να διερευνηθεί το εσωτερικό της Γης: «ακούγοντας» τα ηχητικά κύματα (που γεννιούνται από πυρηνικές εκρήξεις) από την επιφάνεια της Γης, είναι δυνατό να υπολογιστούν οι ταχύτητές τους και να εξερευνηθούν  οι φυσικές ιδιότητες των υλικών που συνθέτουν το εσωτερικό της Γης. Σε μικροσκοπικό επίπεδο, τα ηχητικά κύματα είναι μικρές δονήσεις ατόμων/μορίων που κάνει το μέσο μέσα από το οποίο διαδίδονται, γι’ αυτό το λόγο ο ήχος δεν μπορεί να διαδοθεί στο διάστημα.

Το φως, ή τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, είναι ταλαντώσεις του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου που υπάρχουν ανεξάρτητα από την ύλη. Για αυτό το λόγο, το φως μπορεί να ταξιδέψει μέσα στο διάστημα (π.χ. στο κενό). Στη θεωρία της ειδικής και γενικής σχετικότητας, η ταχύτητα του φωτός είναι παγκόσμια σταθερά c=300.000 km/s (με στρογγυλοποίηση). Όμως, το φως αλληλεπιδρά με την ύλη, και αυτή η αλληλεπίδραση έχει ως αποτέλεσμα μικρές τροποποιήσεις στη φαινόμενη ταχύτητα του φωτός σε μακροσκοπική (ανθρώπινη) κλίμακα. Σε αυτή την περίπτωση, όπως για τα ηχητικά κύματα, η φαινόμενη ταχύτητα του φωτός, θα αλλάζει εξαρτώμενη από τις φυσικές ιδιότητες του μέσου, αλλά με διαφορετικό τρόπο σε σχέση με τα ηχητικά κύματα. Μια από αυτές της ιδιότητες είναι η σχετική διηλεκτρική σταθερά του μέσου (ένας αδιάστατος αριθμός με τιμή μεγαλύτερη της μονάδας) και συχνά η ταχύτητα του φωτός σε ένα μέσο είναι απλώς c διαιρεμένο από την τετραγωνική ρίζα της διηλεκτρικής σταθεράς. ‘Έτσι η νέα ταχύτητα είναι πάντα μικρότερη από το c. 

Στην περίπτωση του ορατού φωτός και ημιδιάφανων μέσων, για ευκολία ορίζουμε τον «δείκτη διάθλασης» του μέσου n ως την τετραγωνική ρίζα της σχετικής διηλεκτρικής σταθεράς (μια ακόμα αδιάστατη τιμή και ίση ή μεγαλύτερη της μονάδας). Σε αυτή την περίπτωση, η ταχύτητα του φωτός ισούται με c/n, και το n μετριέται συνήθως πειραματικά στα διάφορα μέσα. Φυσικά, η τιμή του n εξαρτάται από το υλικό που χρησιμοποιείται (και εξαρτάται επίσης από το μήκος κύματος του φωτός που διαδίδεται). Για παράδειγμα, n=1,33 για το νερό, n=1,5 για γυαλί και n= 1,0003 για τον αέρα στην ατμόσφαιρα (σε συγκεκριμένες τιμές πίεσης και θερμοκρασίας). 

Σε άλλον πλανήτη, η ταχύτητα του φωτός, θα εξαρτιόνταν από τον δείκτη διάθλασης του μέσου που συνθέτει τον πλανήτη (αέριο, υγρό ή στερεό, όσο είναι διάφανο). Αυτή τη στιγμή, η κατανόησή μας αυτών των φαινομένων είναι αρκετά καλή για να υπολογίσουμε θεωρητικά την ταχύτητα του φωτός σε έναν άλλον πλανήτη αν ξέρουμε τη σύνθεση και τις ιδιότητες αυτού του πλανήτη.