光速計算機：時間・距離・媒質での速度

真空中の光速を表す c は、定義により毎秒 299,792,458 メートルと正確に定められています。これは近似値ではありません。1983 年以降、メートルは c に基づいて定義されています。この値は普遍定数であり、情報・エネルギー・物質が空間を伝わることのできる最大速度です。相対運動に関係なくすべての観測者に共通で、アインシュタインの特殊相対性理論の基盤のひとつです。 光は常に c で進むわけではありません。水、ガラス、空気、その他の透明物質を通るとき、物質中の原子と相互作用して遅くなります。真空中の c と媒質中の光速の比が屈折率 n です：v = c / n。真空では n = 1、水では n ≈ 1.33 なので光は約 2.25 億 m/s、ガラスでは n ≈ 1.5 なので約 2 億 m/s、ダイヤモンドでは n ≈ 2.42 なので約 1.24 億 m/s まで遅くなります。 この計算機には 3 つのモードがあります。移動時間モードでは、距離（メートル、キロメートル、マイル、光年）と屈折率を入力すると、その媒質内を光が進むのにかかる時間を返します。移動距離モードでは、時間間隔と媒質を入力すると、その時間に光が進む距離を返します。媒質中の速度モードでは、屈折率だけを入力すると、その材料中での光の位相速度がすぐに表示されます。 天文学的な距離は、光速を使って光行時間として表すのが自然です。太陽は地球から約 8 分 20 秒の距離にあります。月は地球から約 1.28 光秒離れています。最も近い恒星系アルファ・ケンタウリは 4.37 光年先にあり、私たちが観測する光は 4.37 年前に出発したものです。アンドロメダ銀河は約 253.7 万光年先にあり、私たちは 200 万年以上前の姿を見ています。 通信や計算機分野では、光速が有限であることに実際的な意味があります。光ファイバー中の信号はおよそ c/1.5 ≈ 200,000 km/s で進みます。ロンドンからシドニーまでの片道遅延（光ファイバーで約 16,900 km）には、電子機器がどれほど速くても物理的な下限として約 85 ミリ秒かかります。数千キロメートルに及ぶ海底ケーブルでは、この光速による遅延がネットワーク性能を支配します。 GPS や他の衛星測位システムでは、光速が有限であることを正確に考慮しなければなりません。信号は衛星から受信機へ光速で届き、1 ナノ秒のタイミング誤差でも位置誤差は約 30 cm になります。一般相対論（重力赤方偏移）と特殊相対論（時間の遅れ）により、衛星時計は地上時計より 1 日あたり約 38 マイクロ秒進むため、GPS はメートル級精度を保つためにこの補正を継続的に適用する必要があります。