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Basic Input/Output System ハードウェアアクセスの共通化
ハードウェアへのアクセスは主に入出力レジスタの操作で行うが、動作や配置はハードウェアによって異なる。読み書きのタイミングや順序にも手順がある。このためアクセス手順はアプリケーションで記述するより、ハードウェア種毎にサブルーチンを用意する方が有用であり、その為にBIOSがある。ISAやPCIなどではボードのROMにBIOSプログラムがあり、これはメモリ上に展開されてアプリケーションから利用される。マザーボード側のBIOSをSystem BIOS、拡張カードのBIOSを拡張BIOSと区別して呼ぶことがある。
同種のハードウェアでも操作方法が異なる場合に対処するためBIOSの呼び出しインタフェースは共通化されており、アプリケーションはBIOSサービスを呼ぶだけで複数のデバイスに対応できる。このような共通インタフェースはアプリケーションバイナリインタフェース（ABI）と呼ばれる。
例として、PC/AT互換機のVGA BIOS（Video BIOS、ビデオバイオスとも）は、共通化されたABIを呼び出す事でハードウェアの違いを意識せず文字、画像の表示を可能にした。これはビデオカードのROMに実装された拡張BIOSである。
同様にハードディスク、フロッピーディスク、キーボードなど入出力処理を行うBIOSが存在するが、基本的なものはSystem BIOSでありマザーボードのROMに実装される。
Basic Input/Output System ハードウェアアクセスの共通化
しかし、上記が有効なのはOSがシングルタスク型の場合であり、マルチタスクOSではデバイスドライバが処理を行う。特にリエントラントが考慮されていないBIOSもあり、各アプリケーションが非同期にこれを呼び出すとOSはハードウェアリソース管理が困難になる。このためハードウェア管理はデバイスドライバが一元的に行い、アプリケーションはOSのシステムコールを利用する。
やむを得ずBIOSを呼び出したい場合専用のシステムコールで可能だが、そのハードウェアがOSに保護されている場合は動作するとは限らない。
組み込みシステムではハードウェアのバリエーションが少なく、BIOSのような中間層インタフェースは持たないためファームウェアと呼ばれることが多い。
Basic Input/Output System 起動
電源投入時、ハードウェアの初期化およびブートローダーを読み込むプログラムが必要になる。つまり補助記憶装置からファイルの読み込みが行える状態になるまでのプログラムをROMに用意しておく必要がある。これらのプログラムはInitial Program Loader (IPL) やブートストラップローダとも呼ばれる。
プロセッサがリセットされると、リアルモードのアドレス空間1MBの内、最後尾付近のアドレス(0FFFF0h 番地)にある命令を実行する。そのアドレスに記されたジャンプ命令により、BIOSの実行コードの先頭にジャンプして処理が開始される。電源が投入された場合（「コールドブート」）はPower On Self Test (POST) が実行され、リセットボタンが押された場合（「ウォームブート」）はPOSTを省略し、メモリのテストにかかる時間を節約する。
Power On Self Testは、CPU、RAM、割り込み、DMAコントローラなどの搭載デバイスのほかに、チップセット、ビデオカード、キーボード、ハードディスク、光学ドライブなどのハードウェアのシステム構成をテスト、認識、初期化する。次いでBIOSは起動デバイスに指定された記憶装置を探し、ブートローダープログラムの場所を特定して実行、PCにコントロールを委ねる。この過程をブートストラップ、略してブートと呼ぶ。
Basic Input/Output System 起動
PC/AT互換機のように、様々な種類のハードウェアが増設可能な場合、初期化手順やハードウェア構成に自由度を持たせておく必要がある。初期化内容などをディップスイッチやソフトスイッチで設定できる場合がある。
IBM PCおよびAT互換機の場合、ハードディスクやビデオカードはBIOSを拡張、追加機能を提供するオプションのROMを搭載している。拡張部のプログラムはOSが補助記憶装置から読み出される前に実行される。これらプログラムはハードウェアのテストと初期化を行い、BIOSに新しいサービスを提供あるいは既存のものを上書きする。
例えばSCSIコントローラーは接続されたドライブにアクセスするBIOSを提供し、ビデオカードではマザーボードに搭載されたBIOSのビデオカードに取って代わる。
BIOS拡張ROMはPC全体のコントロールを取得でき、事実上何でも行うことができる。呼び出し側のBIOSに制御権を返さないこともありうる。原理的にはOSまたはアプリケーションを丸ごと搭載する事も出来る。また、ネットワークからブートするような全く違うブートプロセスにすることもできる。IBM PC互換機ではBIOS拡張ROMを搭載したアダプタカード(やROMチップ)を着脱することで、動作を全く違うものに変更できる。
Basic Input/Output System 起動
マザーボードのシステムBIOSはブートに必要なキーボード、ディスプレイ、ストレージなどのコードを内蔵している。アダプタカード（SCSI、RAID、ネットワークインタフェースカード、ビデオボードなど）は独自のBIOSを搭載しており、これらはシステムBIOSを置き換える。マザーボードに組み込まれたオンボードデバイスでも動作は同様である。それらのROMはBIOSのフラッシュメモリ上でも別々のコードになっているため、システムBIOSと同時または別々にアップグレードすることもできる。
あるアダプタカードがブート時に必須でありかつシステムBIOSがこれをサポートしていない場合、オプションROMが必要となる。また、オプションROMがあればストレージドライバがなくてもブート途中にデバイスにアクセスできるようになる。RAMやハードディスクを占有する必要もない。また、デバイスとドライバが必ずセットであるためインストールが不要という利点もある。
システムBIOSと拡張ROMの内容を調べるには多数の手法とユーティリティがあり、一例としてはマイクロソフトのDEBUG や Unix系のddがある。
Basic Input/Output System 起動
マザーボード上のBIOSはPOSTを完了した時点で、ほとんどのバージョンの場合オプションROMモジュール（BIOS拡張ROM）を探しに行き実行する。
BIOSは"Upper Memory Area"空間（x86リアルモードでは0xA0000以上のアドレス空間）をスキャンして、発見されたROMのコードを順次実行する。ISA カード上のROMを探す場合、BIOSは0x0C0000 から 0x0F0000 の空間を2 KiB 毎の領域でスキャンして"0x55""0xAA"という連続した2バイトのシグネチャを探してROMのプログラムのエントリポイントを知り、先頭512バイトのブロックのチェックサムを算出して、ROMのチェックサムと一致すればBIOSはそのエントリーアドレスに制御を移す。するとBIOS拡張ROMは拡張機能の初期化ルーチンの実行を始める。
この時点で拡張ROMは実行を引継ぎ、一般的には対象ハードウェアのテストと初期化、ブート後のアプリケーションから利用する割り込みベクターの登録を行う。拡張ROMはユーザー設定インタフェース(診断情報の表示その他）や必要な動作のためにBIOSとそれまでに読み込まれたBIOS拡張ROMのサービスを利用する。
Basic Input/Output System 起動
オプションROMは一般的には初期化プロセスの完了時にはBIOSに制御を返す。制御を返されたBIOSは、さらにオプションROMがないかメモリ空間の末尾までサーチを進め、見つけた順に呼び出す動作を繰り返す。
VGA BIOS
ビデオサブシステム（主にテキストと低解像度グラフィクス）
VESA BIOS
ビデオサブシステム（SVGAグラフィクス）
SCSI BIOS
ディスクI/Oサブシステム（拡張SCSIもこの形態をとる）
APM BIOS
初期のパワーマネジメントシステム。後に改良されてACPI BIOSの一部となる。
PCI BIOS
I/Oサブシステム。後にACPI BIOSの一部となる。
ACPI BIOS
現在主流となっているパワーマネジメントシステム及びI/Oサブシステム
SMBIOS
システムマネジメントBIOS。BIOS内のデータ構造の配置・アクセス方法の規格。SMBIOSを参照。
Basic Input/Output System オペレーティングシステムサービス
IntelのP6マイクロアーキテクチャ世代以降では、プロセッサのマイクロコードに対するパッチをBIOSに含めることができる。マイクロコードはシステムが起動する度に更新される。この仕組みのない時代にはCPUのバグがあるとCPUの差し替えになり、過去の事例ではPentium FDIV バグによるCPUのリコールが発生したことがある。
デルなどが提供する一部のBIOSは "SLIC" (software licensing description table) という電子署名を内蔵している。(一部ではBIOSタトゥー(刺青)と俗称される) SLICはACPIテーブルに挿入されており、実行コードは含まない。
Basic Input/Output System オペレーティングシステムサービス
コンピュータメーカーはWindowsやマイクロソフト製アプリケーションをバンドルするにあたりSLICをもとに認証する例があり、またWindowsソフトウェアを含むシステムリカバリーディスクもこれを利用する。SLICありのシステムでは、コンピュータ製品を対象にしたOEMプロダクトキーでソフトウェアが予めアクティベートしてあり、BIOSのSLICに書かれたXML形式のOEM証明書と照合することで自動アクティベートが実現されている。ユーザーがWindowsのクリーンインストールを行う場合には、OEMキーとSLIC認証の両方が揃っていないとアクティベーションを回避できないが、本来はOEMにより予めカスタマイズされたイメージでリストアするべきものであるため状況としては考えにくい。海賊版Windowsでは、アクティベーションを回避するためにSLICを編集するかエミュレートしている。
一部のBIOSではオーバークロック機能を提供する。これはCPUのクロック周波数をメーカーの保証値より高く引き上げるものである。しかしながらオーバークロックはコンピューターの冷却不足による信頼性の低下と寿命の短縮を招く深刻な悪影響がある。
不適切なオーバークロック設定は部品のオーバーヒートを招き、機械的にコンピュータを壊してしまうこともありうる。
近年のBIOSはこれまでに紹介した以上に複雑な、例えばAdvanced Configuration and Power Interface (ACPI)機能を装備しており、電源管理、ホットスワップ、温度管理などを提供する。
近年はUnified Extensible Firmware Interface (UEFI) への移行が進んでいる。
Basic Input/Output System 設定
IBM PCやXT時代は設定用ユーザーインタフェースはマザーボード上のディップスイッチを用いてビデオアダプタのタイプ、メモリーサイズ、ハードディスクのパラメータなど設定したが、80286 CPU登場以降のIBM PC互換機では「リファレンスディスケット」と呼ばれるフロッピーディスクから起動し画面表示され、キーボードから操作し、不揮発性BIOS実装メモリー(CMOS RAM チップ)に設定を記憶するようになった。
80386世代以降のコンピュータではBIOSセットアップユーティリティをBIOS自身に組み込みむようになり、一般に、起動時に "Press F1 to enter CMOS Setup." のような表示が出る間に特定のキーを押すことでメニューに入ることができ、押すキーは機種によって異なっている。BIOSのUIでは
などを設定することが出来る。
Basic Input/Output System 設定
近年のPCでは起動時のハードウェア初期化で多くの項目に自由度があり、設定内容の一部をユーザーが指示できるようになっている。この場合VGA BIOSなどが正常に起動したあと、特定のキー操作でメニュー形式で画面上に項目を表示することができ、キーボードを使って設定内容を編集し、終了時にバッテリバックアップされたレジスタに保存することができる。編集画面で以前とは異なった内容を保存した場合は、その新たなメモリ内容でハードウェアの初期化が開始される。また次回以降の起動時にこのメモリの内容にしたがってハードウェアが初期化される。このパラメータ設定を行うソフトウェアや設定画面を BIOS Setup（バイオスセットアップ）と呼び、CMOS Setup（シーモスセットアップ）とも通称される。
プラグアンドプレイは、ハードウェアのメモリマップや割り込み要求信号 (IRQ) をプログラマブルに変更できる機能で、従来はジャンパーピンなどで設定していたものを、BIOSプログラムが起動時に一定の手順で自動的に設定するものである。BIOSのパラメータ設定を容易にするために登場した機構であるが、ISAのPnPデバイスでは一部不完全で問題が発生することがあり、手動で設定が必要な場合がある。その際に、設定を変更するにもメニュー設定画面表示までBIOS起動が進行しないことがあり、そうなると問題解決はかえって複雑になる。
Basic Input/Output System 設定
マザーボードリソースの設定も、動作クロックや電源電圧といったハードウェアに密接した設定もメニューから変更可能な場合がある。基本的には自動設定もしくは初期値が適切な値をとるが、自動での設定がうまくいかない場合等に備え、任意の設定を行うことも可能にしてあるものもある。中にはハードウェアの定格動作に反するオーバークロックといった仕様に基づいた設定としては不適切な状態にすることも可能であり、その設計マージンや個体差によって、起動できない状況も発生する場合もある。それが設定の範疇と故障を起こさないものであれば、後述のように設定を初期値に戻すことで、再度起動する状態に戻すことが可能である。
PCトラブルの際に、BIOSの可変設定部分を初期状態に戻す事で解決するケースがある。
マザーボードのBIOSバックアップ用電池をいったん外し、しばらく待ってから（30秒〜1分）電池を入れなおすことで設定が初期化される。確実を期すなら、外した電池を戻す前に電池ホルダのプラス極とマイナス極を金属（例えばピンセット）で短絡させるのが良い。あるいは、マザーボードによってはBIOS初期化のリセットスイッチや、ジャンパポストが装備されている。またBIOSによってはメニュー内から初期化機能を持っているものがある。
この行為は、「CMOSクリア」と通称されている。また、しばしば誤って「BIOSを初期化する」と表されることがあるが、可変設定部分を初期化するための作業であって、BIOSプログラムそのものを書き換える訳ではなく、メーカーが用意した初期設定値が可変設定部分に読み込まれるに留まる。ファームウェア更新に失敗した場合などに備え、BIOSプログラム全体を初期の状態に書き戻す機能を備えたBIOS・マザーボードもあるが、この場合は文字通り「BIOSを初期化する」と言って良い。
Basic Input/Output System BIOSのチップ
初代のIBM PCではBIOS（およびcasette BASIC）はマスクROMチップに格納され、マザーボードのソケットに挿入されていた。ROMは交換が可能だったが、ユーザーによる書き換えは出来なかった。更新を可能にするために、互換機メーカーはEEPROM、後年にはフラッシュメモリ（主にNORフラッシュ）などの再プログラム可能なデバイスを採用するようになった。
BIOS製造会社 Micro Firmware社のRobert Braver社長によると、Flash BIOSチップは1995年頃から主流になり、紫外線により消去するPROMより安価かつ扱いが容易になったためとしている。EPROMでは書き換えのためにマザーボードから取り外す必要があるのに対し、フラッシュメモリは基板上に付けたまま再プログラムが可能である。
Basic Input/Output System セキュリティ
BIOSはROMに格納され、コンピュータに組み込まれた形で提供される（2011年現在、BIOS ROMはLow Pin CountバスまたはSPIによってサウスブリッジに接続される）。基本的にはBIOSは書き換える必要がないものだが、バグの修正や新機能サポート時に更新されることがある。
1990年代中頃までのPCでは、ROMとしてマスクROMやOTPROM、UV-EPROMなどが用いられ、大きな問題がない限りBIOSの更新はあまり想定されていなかった。また、ROMの書き込みにはROMライターといった装置が必要になり、ユーザの手元ではROMは書き換えられないのが普通であった。
Basic Input/Output System セキュリティ
フラッシュメモリが実用化され普及してくると、BIOSをフラッシュメモリに格納しユーザの手元でコンピュータを開けずにアップデートできることを売りにしたマザーボード製品が発売された。具体的な書き換え方法としては、書き換え用にフロッピーディスクに簡素なOS（主にDOSが利用される）の環境を作成、そこから起動し、書き換え用ソフトウェアを起動することで簡単に書き換えを行う事が可能となった。さらに2000年以降はフロッピーディスクから起動せずともWindowsやUnix系OSといった統合環境上で直接書き換えすることができるようになった。現在では、「BIOSの設定画面上でBIOSを書き換える」といったシステムを備えたBIOSも登場し、書き換え方法の選択肢が広がっている。
しかしBIOSの書き換え中に停電など何らかのトラブルで書き換えに失敗した場合、大抵そのコンピュータは全く起動しなくなる。したがって、メーカーは「PCに問題があってその解決方法がBIOSアップデート以外に存在しないときやOSのアップデート時にのみアップデートを実行してください」などと注意を促している。
Basic Input/Output System セキュリティ
BIOSはコンピュータの起動の根幹であるため、内容が破壊されるとそのコンピュータ自身では再セットアップすら出来なくなる。(空っぽのフロッピーやUSBメモリなどを使った復旧手段を用意しているBIOSがほとんどだが、それが失敗するか存在しない場合は)復旧する方法はBIOS ROMの交換(大抵の場合は精密なはんだ付けが必要なためメーカー修理となる)、または専門の業者などで「ROM焼き」と呼ばれる復旧作業をしてもらうのいずれかである。BIOS ROMがソケットに差し込まれているタイプのマザーボードでは自身で同一のマザーボードを用意し、起動後に問題のあるBIOS ROMに差し替え再書き込みをするという荒業も可能ではあるが、起動中のコンピュータのBIOS ROMを抜く事は大変危険である為推奨されない。また、2000年以降に出回っているコンピュータ（マザーボード）によっては、ROMを2つないし4つ持っているものもあり、別バージョンへの切り替えができるようになっているものもある。
以上に述べたように、BIOSの書き換えにはリスクを伴うが、このリスクの低減を図る目的で開発されたのがブートブロック方式であり、1999年ころから採用されるようになった。
これは、BIOS ROMを2つ以上の領域に分割し、出荷後に書き換えない部分と書き換える部分を設けるものである。書き換えない部分をブートブロックといい、BIOSを書き換えるための必要最小限の機能が含まれている。したがって、書き換え中の電源断などで書き換えに失敗した場合でも、ブートブロックを使用することで再度書き換えを実施することが可能である。
Basic Input/Output System BIOSとマイクロコード
BIOS ROMには時としてマイクロコードが格納される。マイクロコードを利用するデバイスは、CPU（インテル Pentium Pro、AMD Athlon以降）、SCSIホストバスアダプタ（アダプテック社製品等）、ネットワークインタフェース（マーベル・テクノロジー・グループ社、ブロードコム社製品等）等がある。これらはBIOSブート初期の段階でマイクロコードがデバイスに転送され、デバイスが活性化される。またマイクロコードではないが、FPGAベースのデバイスではロジックをBIOSが書き込んで活性化させる物もある。マイクロコードやロジックは新製品や機能改良によってバージョンアップが必要になる事がある。特にCPUのマイクロコードは新製品が出る都度に新しいマイクロコードが必ずといって良い程作られるので、マザーボードに最新CPUを搭載する為にBIOSアップデートによって最新のマイクロコード導入が必要となる場合がある。グラフィクスカードはマイクロコードを使用するにもかかわらず例外的にBIOS ROMには含まれていない。通常、VGA相当の専用回路でVGA BIOS機能を提供し、OS起動後デバイスドライバを経由してアプリケーション上のシェーダプログラムをマイクロコードにコンパイルしてGPUに転送して実行している。
Basic Input/Output System 代替・後継製品
2024年現在、新製品のBIOSは全て、より複雑なUnified Extensible Firmware Interface (UEFI) に置き換えられており、UEFIはレガシーBIOSのランタイムインタフェースを置き換えるもので、元はItaniumプラットフォーム向けに書かれたが、現在はx86とx86-64プラットフォームにも提供されており、仕様はUnified EFI Forumの主導で開発されている。UEFIによるブートはWindowsのうちGPTをサポートするバージョン、Linuxカーネル2.6.1以降、macOSのうちIntel Macで動作するもの に限られる。
従来のレガシーBIOSに代わるものとしては、ほかにOpen Firmware（OLPC XO-1で使用）、corebootなどが存在する。
他の系列のコンピュータでは、ブートモニタ、ブートローダー、ブートROMなどの語が使われる。ワークステーション分野ではOpen Firmware (IEEE-1275) があり、Forth言語で記述されている。サンのSPARC コンピュータ、IBMの RS/6000 シリーズ、その他PowerPCを搭載するCHRPマザーボードに採用されている。
原子軌道
原子軌道（げんしきどう）または原子オービタル（英: atomic orbital、略称AO）は、原子核のまわりに存在する1個の電子の状態を記述する波動関数のことである。電子波動関数の絶対値の二乗は原子核のまわりの空間の各点における、電子の存在確率に比例する（ボルンの規則）。
ここでいう軌道（英: orbital）は、古典力学における軌道 (英: orbit) とは意味の異なるものである。量子力学において、電子は原子核のまわりをまわっているのではなく、その位置は確率的にしか分らない。
原子軌道 軌道名
軌道の種類の名前 (s, p, d, f, g, h, ...) は分光法で得られたその軌道のスペクトルの形に由来している。内側の軌道からそれぞれ、sharp, principal, diffuse, fundamentalであり、残りは（fに続く）アルファベット順となる。
但し、jはのぞく。これはiとjを区別しない言語が存在するためである。
原子軌道 原子価軌道
原子軌道の内、最外殻に存在するものを原子価軌道（げんしかきどう）と呼ぶ。閉殻構造に加わっていないため、原子価軌道は化学結合や化学反応における主役となる。原子価軌道に存在する電子は、原子価電子あるいは価電子と呼ばれる。
原子軌道 歴史
「オービタル」という用語は「one-electron orbital wave function（1電子オービタル〈軌道の〉波動関数）」の短縮形として1932年にロバート・マリケンによって造られた。
ニールス・ボーアは、1913年に電子は、明確な質量を持つ角の周りを回っていることを示唆した。
ジョゼフ・ジョン・トムソンが1892年に電子を発見したことによって、原子が最小では無く、あくまで電子の複合であるということがわかった。
また、トムソンは、複数の電子が常に帯電し、ゼリー状の物質に入っていると考えるプラムプディングモデルを1909年に提唱した。
また、その直後、長岡半太郎が土星モデルを提唱した。
アーネスト・ラザフォードが1909年に原子質量のほとんどが核に占められており、また常に帯電していることを発見した。
また、その後の彼の研究によって、プラムプディングモデルでは、説明しきれないことがわかった。
1913年、ニールス・ボーアによって、電子は、古典的的な周期で核を回るが、各質量の離散値だけを持つことを許可するボーアモデルを提唱した。
光速
光速（こうそく、英: speed of light）とは、光の速さである。真空中の光速は普遍物理定数の一つで、通常 c の記号で表される。1983年の国際合意によって真空中を光が1/299792458秒に進む長さとして単位メートルが定義されたため、正確に299792458 m/sが光速の定義値である。特殊相対性理論において c は、通常の物質ないしエネルギーが（ひいては情報を伝える信号が）空間を進む速さの上限値とされる。
可視光など、あらゆる種類の電磁波は光速で伝わる。実用的には電磁波は瞬時に伝わると考えてよい場合が多いものの、伝播する距離が大きかったり、非常に精密な測定を行う場合には、光速の有限性が顕著に表れることもある。地球で観測される恒星光は過去の時代に発した光であるため、遠方の天体を観測すれば宇宙の歴史について知ることができる。遠く離れた宇宙探査機と通信を行う際には信号伝達に数分から数時間を要することがある。計算機においては光速が通信遅延の最小限界を定める。光速を利用して大きな距離を超高精度で計測する方法（飛行時間法）がある。
光速
オーレ・レーマーは1676年に木星の衛星イオの視運動を研究し、光が有限の速度を持つことを示した。それ以降、数世紀にわたって光速の測定精度は高められていった。ジェームズ・クラーク・マックスウェルは1865年の論文で、光が電磁波の一種であり、それゆえに c の速さで進むと論じた。1905年、アルベルト・アインシュタインは、光速 c はいかなる慣性座標系から見ても一定であり、光源の運動には影響されないという説を唱えた。アインシュタインは相対性理論を構築する中で光速についての自説を展開し、c という量が光や電磁気の文脈を離れても重要な意味を持つことを示した。
質量のない粒子や、重力波のような場の擾乱も、真空中を c の速さで進む。そのような粒子や波の速さは、観測者の慣性座標系や波源が運動していたとしても c である。静止質量がゼロではない粒子は、いかなる座標系に対する速さも c 以上にまで加速することはできない。相対性理論において c は空間と時間を関係づける量であり、質量とエネルギーの等価性を表す有名な式 E = mc2 にも含まれている。
光速
物体や波の見かけの速さが光速を超える場合もある（波の位相速度、ある種の高速天体が行う見かけの超光速運動、一部の量子効果など）。宇宙の体積があるしきい値を超えると、宇宙が膨張する速さは光速を超えると考えられている。
ガラスや空気のような透明物体中を伝わる光の速さは c を下回る。同様に、伝送線の中を電磁波が進む速さは c より小さい。c と物質中の光速 v の比はその物質の屈折率と呼ばれ、n で表される（ n = c/v ）。これらは同媒質中でも通過する電磁波の波長・周波数によって異なる場合がある。たとえば、可視光に対するガラスの屈折率は1.5前後である。すなわち光はガラスの中を c/1.5 ≈ 200000000 m/sの速さで進む。空気の屈折率は可視光域でおよそ 1.0003 であり、空気中の光速は c よりおよそ90 km/sだけ遅い。
光速 数値、記法、単位
真空中の光速は一般に小文字の c で表される。その起源は明確になっていないが、英語の constant（→定数）や、ラテン語の celeritas（→敏速さ、素早さ）から取られたという説がある。レオンハルト・オイラーなどの著書では、光速に限らず速度の意味で celerity という語が使われており、c の記号が当てられていた。アイザック・アシモフは "C for Celeritas"というタイトルの一般向け科学記事（→日本語版「E = mc2」）を書いているが、記号 c の由来は説明しなかった。1856年、ヴィルヘルム・ヴェーバーとルドルフ・コールラウシュは光速とは別の定数に c の記号を用いた（後にその c は真空中の光速の √2 倍に等しいことが明らかになった）。 ジェームズ・クラーク・マックスウェルが導入した V もかつては光速の記号として用いられていた。1903年、マックス・アブラハムが定評ある電磁気学の教科書において現代の意味で c の記号を用いた。アルベルト・アインシュタインは1905年に発表した特殊相対性理論に関する複数のドイツ語原著論文で V を用いたが、1907年に c に転向した。そのころには c が光速を表す標準的な記号になっていた。
光速 数値、記法、単位
c を物質的な媒質を伝わる波の速度の記号として用い、c0 を真空中の光速の記号とする流儀もある。下添え字のゼロを用いた表記はSI単位系の公式文献でも用いられており、光速と関連する電磁気学の定数（真空の透磁率 μ0 、真空の誘電率 ε0 、自由空間のインピーダンス Z0 など）と形式が共通している。本項では真空中の光速を表す記号として c のみを用いる。
1983年以降、国際単位系 (SI) において定数 c は正確に299792458 m/sに等しいと定義されている。この数値を用いて、光が真空中を1秒間の299792458分の一の時間で進む距離としてメートルが定義される。秒はセシウム133原子が放射を発しながら二つの準位間を遷移するサイクルの9192631770周期にあたる時間で定義される。c の値と秒の正確な測定値を用いると単位メートルの基準が得られる。この c の値は、メートルの長さが1983年以前の定義となるべく近くなるように選ばれた。
c は次元を持つ物理定数であるため、その数値は単位系ごとに異なる。例として帝国単位における光速はおよそ186282マイル毎秒、すなわちおよそ1フィート毎ナノ秒である。
相対性理論のように c が頻出する物理学の分野では、幾何学単位系など c = 1 と定める自然単位系が採用されることが多い。その場合には、1をかけたり割ったりしても式は変化しないので c を明示的に書く必要はなくなる。
光速 物理学の根本における役割
光の波が真空中を伝わる速さは、波源が行う運動や、観察者の慣性座標系によって変化することはない。光速の不変性は1905年にアインシュタインが立てた仮説で、マックスウェルの電磁理論を基礎に置いていた。また、光の媒質として想定されていたエーテルに対する相対運動が実験的に観測されないことに触発されていた。その後、光速の不変性は多くの実験で一貫して確認されている。
特殊相対性理論は、どの慣性座標系でも物理法則が等しいという前提の下で、c の不変性から導かれる結果を記述している。帰結の一つに、質量のない粒子やそれに対応する波動（光など）が真空中で進む速さは c でなければならないことが導かれる。
光速 物理学の根本における役割
特殊相対性理論には直感に反するものの実験的に実証されている多くの結論がある。例としては質量とエネルギーの等価性 ( E = mc2 )、長さの収縮（運動する物体は縮む）、テレル回転（見た目の回転運動）、時間の遅れ（運動する時計はゆっくり進む）などがある。長さの収縮や時間の遅れの程度を表す係数 γ はローレンツ因子とよばれ、物体の速さを v として  で与えられる。日常的な物体のほとんどのように、v が c よりはるかに小さい場合 γ はほぼ1であり、このとき特殊相対性理論はガリレイ不変性でよく近似できる。物体の速さが相対性理論的な大きさになるにつれて因子 γ は増大していき、c の速さで発散する。たとえば、物体の速さが光速の86.8%になると γ = 2 となり、99.5%では γ = 10 に達する。
光速 物理学の根本における役割
空間と時間をまとめて時空と呼ばれる統一的構造として扱い（ c は空間と時間を関連付ける因子となる）、また物理理論にローレンツ不変性と呼ばれる特別な対称性（その数式中にパラメータとして c が含まれる）の条件を課すことで、これらの結果をまとめられる。ローレンツ不変性は量子電磁力学、量子色力学、素粒子物理学における標準模型、一般相対性理論など現代の物理理論のほぼすべてで前提とされる。すなわち c は現代物理学における普遍定数であり、光と無関係な文脈でも数多く姿を見せる。たとえば、一般相対性理論の予想によると c は重力の速度でもあり、現在までの重力波の観測はその予想を裏付けている。非慣性座標系（重力によって曲率を持った時空や、加速度を持った座標系）においても局所的な光速は c で一定だが、それを遠方の座標系から測定する場合は、異なる座標系の間で測定値をどう変換するかによって光速が c ではなくなることがある。
一般に c のような基本定数は時空のいたるところで同じ値を取る（場所によらず、時間が経っても変化しない）と仮定される。しかし、時間とともに光速の値が変化してきたと提案する学説が複数存在する。そのような変化が存在した決定的な証拠は見つかっていないが、現在でも研究が続けられている。
光速 物理学の根本における役割
多くの場合、光の往復速度は等方性を持つ（測定する方向によらず等しい値が得られる）と仮定される。磁場中に置かれた原子核のエネルギー準位間遷移による放射を核の向きの関数として測定する実験（ヒューズ・ドリーバー実験）や、光共振器の向きを変えながら共振周波数を測定する実験（共振器実験）により、異方性が存在する場合の上限が精密に突き止められている。
特殊相対性理論によると、速さ v で運動する静止質量 m の物体が持つエネルギーは、上で定義されたローレンツ因子 γ を用いて γmc2 で与えられる。v がゼロならば γ は1となり、質量とエネルギーの等価性を表すよく知られた式 E = mc2 が導かれる。v が c に近づくにつれて因子 γ は無限大に発散するため、質量を持つ物体を光速にまで加速するには無限のエネルギー量が必要になる(13.3)。正の静止質量を持つ物体にとっては光速が速さの上限であり、個々のフォトンも光速を超えた速さで進むことはできない。この事実は多くの相対性理論的なエネルギーと運動量の検証実験によって実験的に確かめられている。
より一般的には、信号やエネルギーは c 以上の速さで伝わることができない。その論拠の一つは、特殊相対性理論の直感に反する帰結として知られている同時性の相対性にある。それによると、二つの事象AとBの空間的な距離が、時間的な間隔に c をかけた長さよりも大きい場合には、
がすべて存在しうる。このため事象AとBの間に因果関係は成り立たない。仮に事象Aで発した信号が c より大きい速さでBに到達したとすると、ある座標系では信号が時間を逆行することになり:497、「原因」よりも先に「結果」を観測することが可能になってしまう。これまでそのような因果律の破れが実際に記録されたことはない。もしそれが存在するなら「タキオン反電話」のようなパラドックスが生まれてしまう。
いくつかの理論的な取り扱いでは、シャルンホルスト効果によって信号が c よりも 1036 分の一だけ速く伝わる可能性が認められている。ただし、別のアプローチではそのような効果が現れず、 仮にこの効果が発生したとしても特殊な条件のもとであって、因果律は破られないと考えられている。
光の往復速度（光源から発した光が鏡で反射されて戻ってくる速さなど）が座標系に依存しないことは実験的に検証できるが、片道速度（光源から遠方の検出器までの速さなど）を測定するには、光源と検出器の時計を同期させるために何らかの約束事に頼る必要がある。アインシュタイン同期の方法で時計を合わせるなら、定義上、光の片道速度が往復速度と等しくなる。
光速 超光速現象の観測と実験
物質、エネルギー、情報を載せた信号などが、実際にはそうではないにもかかわらず c より大きな速度で進むように見えるような状況も存在する。たとえば、後段で論じられているように、光の波が媒質中を伝播する速さが c を超えることは多い。X線がほとんどの種類のガラスを透過するとき位相速度は c 以上になる。ただし、位相速度は波が情報を伝える速さを表すものではない。
遠方の物体に当てたレーザー光線を素早く掃引すると、光点が動く速度は c を超えうる（ただし、光点が最初に動き出すまでには、手元から遠方の物体まで光が c の速度で届くのにかかる時間だけ遅れが生じる）。ここで物理的な運動を行っているのは、レーザー発振器と、そこから放出されて遠方物体まで届く光だけであり、光点という実体が存在するわけではない。同様に、遠方の物体に投影された影も c より速く動かすことができる。どちらのケースでも物質、エネルギー、情報が光より速く動いているわけではない。
二つの物体がある座標系から見て動いている場合、その座標系から見た物体間距離の時間変化（接近速度）は c より速くなりうる。しかしそれは、どちらか一つの物体がいずれかの慣性座標系において光速を超えたことを意味しない。
光速 超光速現象の観測と実験
EPRパラドックスに見られるように、ある種の量子効果は見かけの上で光速を超えて瞬間的に伝達されるように見える。それぞれの量子状態が量子もつれの関係にあるような二粒子はその例である。どちらかの粒子が観測されるまで、それぞれの粒子は二つの量子状態の重ね合わせになっている。二つの粒子を引き離してから片方の粒子の量子状態を観測すれば、もう一方の粒子がどちらの量子状態にあったかもただちに確定する。しかし、観測を行ったときに粒子がどちらの量子状態を取るかを制御することは不可能なため、この方法によって情報を伝達することはできない。
ハートマン効果は超光速の発生が予測されている量子効果の一つである。ある条件の下では、仮想粒子が障壁をトンネルするのにかかる時間は障壁の厚さによらず一定となる。それにより、仮想粒子が光以上の速さで大きなギャップを超えることにもなりうる。しかし、やはりこの効果を利用して情報を送ることは不可能である。
光速 超光速現象の観測と実験
電波銀河やクエーサーの相対論的ジェットのように、ある種の天体でいわゆる超光速運動が観測されることがある。しかし、そのようなジェットが光速を超えて運動しているわけではない。地球に向かってわずかな角度を保ちながら接近する亜光速物体には投影効果がはたらく。すなわち、ジェットが地球に近づくほど、ジェットからの光が地球に到達するまでの時間は短くなる。そのため、2回続けて観測を行うと、その間の時間は観測された光がジェットを発した時刻の差よりも短くなる。それにより見かけ上の超光速運動が起きる。
2011年には超光速で運動するニュートリノが実験的に観測されたが、後に測定ミスであることが明らかになった。
宇宙が誕生した直後のインフレーション時には超光速で宇宙が膨張していたとされている。膨張宇宙のモデルにおいては銀河は常に互いに離れていっており、遠ざかるほどその後退速度は大きくなる。たとえば地球から遠く離れた銀河は、地球までの距離に比例する速さで遠ざかっていると考えられている。ハッブル球と呼ばれる境界よりも遠方にある天体は、地球から遠ざかる速さが光速を超える。ただし、これらの後退速度は宇宙時毎の固有距離として定義されており、相対論的な意味での速度とは異なる。光速を超える宇宙論的な後退速度は座標系に由来する見かけの効果である。
光速 光の伝播
古典物理学において光は一種の電磁波として表現される。電磁場の古典的な振る舞いはマクスウェル方程式によって記述され、それによると、光のような電磁波が真空中を伝わる速さ c は、真空の誘電率 ε0 および透磁率 μ0（電気定数および磁気定数としても知られる）と以下の式で関係づけられる。
現代的な量子力学において、電磁場は量子電磁力学 (QED) で記述される。この理論では、光はフォトンと呼ばれる電磁場の基本的な励起（量子）として記述される。QEDが扱うフォトンは質量のない粒子であるため、特殊相対性理論によれば真空中を光速で移動する。
フォトンが質量を持つとするQEDの拡張理論も研究されている。その場合、光の速度は周波数に依存することになり、特殊相対性理論において不変だった速度 c は真空中の光速の上限となる。しかし厳密な検証実験によっても光速の周波数依存性は観測されておらず、そのためフォトンの質量には非常に強い上限が課される。上限値はモデルに依存する。たとえば、フォトンに質量があることを仮定するプロカ理論では、実験結果と矛盾しない質量の上限はおよそ10×10−57 gである。光子の質量がヒッグス機構から生まれるモデルでは上限はやや緩くなり、およそ2×10−47 g (10−14 eV/c2) となる。
光速 光の伝播
光の速度が周波数によって変化するとすれば、その理由としては、一部の量子重力理論が予測するように、特殊相対性理論が任意の小さなスケールでは成立しない可能性が挙げられる。2009年に観測されたガンマ線バースト GRB 090510 においては、フォトンの速度がエネルギーに依存する証拠は見つからなかった。この観測結果は、時空の量子化に関する複数のモデルにおいて、プランクスケールに近い高エネルギー域でのフォトン速度のエネルギー依存性が強く制約されることを意味している。
媒質中を伝播する光の速度は多くの場合 c にはならない。また波の種類によっても速度が異なる。平面波（空間全体に広がり、単一の周波数を持つ波）の個々の山や谷が進む速さは位相速度 vp と呼ばれる。有限の広がりを持つ現実的な信号（光パルス）の場合は、全体的な包絡波は群速度 vg で進み、パルスの先端は先端速度vf で進む。
光速 光の伝播
位相速度は、光波が物質中を進んだり、一つの物質から別の物質に移ったりするときの伝わり方を決定する上で重要である。位相速度は屈折率として表現されることが多い。ある物質の屈折率は物質中の位相速度 vp に対する c の比として定義される。つまり屈折率が大きいほど光はゆっくり進む。屈折率は光の周波数、強度、偏光、伝播方向に依存することがある。大気の屈折率はおよそ1.0003である。より密度の高い物質では、水の可視光に対する屈折率がおよそ1.3、ガラスは1.5、ダイヤモンドは2.4である。
光速 光の伝播
絶対零度近傍のボース＝アインシュタイン凝縮体のようなエキゾチック物質では光の実効的な速度が秒間数メートルにまで落ち込むことがある。しかしそれは、実体のある物質中で光速が c 未満になる現象すべてと同様に、原子間で吸収と再放射が行われることによる遅延を表している。「遅延」する光の極端な例として、独立した2つの研究グループが、ルビジウム原子のボース＝アインシュタイン凝縮体に照射することで「光を完全に静止させた」と報告している。ただし「光が静止」というのは一般向けの表現である。これらの実験中、光は原子の励起状態として保持されており、後に第二のレーザーパルスによる誘導を受けて任意のタイミングで再放出される。「静止」の間、実際には光は存在していない。一般に光を「減速」させる透明媒質ではこれと類似した微視的過程がはたらいている。
光を透過する物質では屈折率は一般に1より大きい。これは位相速度が光速 c より遅いことを意味する。しかし物質によっては特定の周波数で屈折率が1未満になることもあり、エキゾチックな物質では屈折率が負の値をとることさえある。ただし、因果律が破られないという要請から、任意の物質で誘電率の実部と虚部（それぞれ屈折率および吸収係数に対応する）とがクラマース＝クローニッヒの関係によって結びつけられる。このことは、実用的には、屈折率が1未満の物質では光が急速に吸収されることを意味する。
パルスの位相速度と群速度が異なる場合（パルスを構成するすべての周波数成分の位相速度が等しくない場合）、時間とともに波形が崩れて広がっていく。これを分散という。ある種の物質は光の群速度が非常に小さくゼロにさえなる。この現象は遅い光と呼ばれる。逆に群速度が c を超える可能性は1993年に理論的に提案され、2000年に実験的に実証された。群速度が無限大や負になることも確認されており、その場合パルスは瞬時に移動したり、時間を逆行するように見える。
これらのいかなる場合においても、c 以上の速度で情報を送ることはできない。光パルスを用いた通信では、情報が伝わる速度はパルスの先端速度を超えることはない。いくつかの前提を置くことで、先端速度が常に光速 c に等しいことが示される。
粒子が媒質中を光の位相速度よりも速く運動することもありうる（ただし c は越えられない）。荷電粒子が誘電体中を光速以上で移動すると、電磁的な衝撃波に相当する放射（チェレンコフ放射）が発生する。
光速 光速の有限性による実用上の影響
光の速度は通信技術において重要な意味を持っている。光速が有限であることから、片道・往復の通信には常に有限の大きさの遅延時間が伴う。これは日常的から天文学的まですべてのスケールで当てはまる。他方では、距離測定など光速の有限性を利用した技術も存在する。
コンピュータにおいては光速がプロセッサ間のデータ伝送速度の上限を決定する。プロセッサが1ギガヘルツで動作する場合、1クロックサイクルの間に信号が進める距離は最大でも約30センチメートルである。実際には信号はプリント基板内で屈折・減速を受けるため、この距離はさらに短くなる。通信遅延を最小化するため、プロセッサやメモリチップは可能な限り近接して配置する必要がある。また信号の整合性を保つため、それらの間の配線経路設計にも慎重さが求められる。今後クロック周波数がさらに高くなれば、光速そのものが個々のチップ内設計の制限要因となる可能性もある。
光速 光速の有限性による実用上の影響
地球の赤道周囲長が約40075 km、c が約300000 km/sであることから、情報が地表に沿って地球半周分を伝わる時間は約67 msが理論上の最短となる。透明媒質である光ファイバーを伝わる光では、実際の伝送時間はさらに長くなる。光ファイバー中の光速が屈折率 n（およそ1.52）によって35%ほど遅くなるのが一つの理由である。また地球規模の通信で直線経路はまれであり、信号が電子スイッチや信号再生機を通過するときにも伝送時間は延びる。
通信距離はほとんどの場合大きな問題にならないが、高頻度取引のような分野では、他のトレーダーより一瞬でも早く取引所に注文を送り届けてわずかな優位を得ることが求められる。そのため、電波は空気中をほぼ c の速さで伝わるため光ファイバー通信より速いという点に注目して、取引ハブ間の通信をマイクロ波に切り替える動きがある。
地上での通信と同様に、地球と宇宙船の間の通信も即時ではない。通信元から受信側に届くまでにはわずかな遅延があり、距離が増すほど遅延は顕著になる。アポロ8号が史上初めて有人で月を周回した際にも地上管制との間の通信遅延は無視できなかった。地上管制が質問を発するたびに、応答が届くまで少なくとも3秒の待機が必要だった。
光速 光速の有限性による実用上の影響
地球と火星の間の通信遅延は互いの位置関係によって5分から20分の範囲で変化する。このため、もし火星表面のロボットに何らかの問題が起きても、それを地球上の操作者が把握するのは約4〜24分後になる。地球から火星に指令を送るにもさらに4〜24分かかることになる。
天文学的な距離だけ離れた放射源から光などの信号が地球に届くにはさらに長い時間がかかる。たとえば、ハッブル・ウルトラ・ディープ・フィールドが撮影する遠方銀河からの光は地球に届くまでに130億年（13×109年）を要する。今日撮影された写真に、宇宙の年齢がまだ10億年にも満たなかった130億年前の銀河が写っていることになる。光速が有限であるため遠方の天体ほど若く見えるという事実を利用すれば、恒星や銀河、ひいては宇宙全体の進化を推定することができる。
一般向けの科学書や雑誌、メディアなどでは天文学的な距離が光年単位で表されることがある。光年とは光が1ユリウス年のあいだに進む距離のことで、約9兆4610億キロメートルないし0.3066パーセクに相当する。太陽以外でもっとも地球に最も近い恒星であるプロキシマ・ケンタウリはおよそ4.2光年の距離にある。
レーダーシステムによる目標までの距離測定は、電波パルスが目標物に反射されてレーダーアンテナに戻ってくるまでの時間を利用している。往復の信号伝達時間の半分に光速をかけたものが求める距離である。GPS（全地球測位システム）受信機は、GPS衛星から電波信号が到達するのにかかる時間をもとに各衛星との距離を測定し、それらの距離から自機の位置を算出する。光は1秒間に約30万キロメートル進むため、こうしたごく短い時間を測定するには非常に高い精度が要求される。月レーザー測距実験、レーダー天文学、ディープ・スペース・ネットワークは、いずれも往復伝達時間の測定によってそれぞれ月、惑星、宇宙探査機までの距離を決定している。
光速 測定
c の値を決定する方法は多岐にわたる。ひとつは光波が伝播する実際の速度を測定する方法であり、さまざまな天文観測や地上の実験系で行われる。光速が含まれる物理法則を用いて c を決定することも可能である。たとえば、電磁気的な定数である真空の誘電率 ε0 と真空の透磁率 μ0 を測定し、それらと c の間の関係式を用いるなどである。歴史的に最も高精度な結果が得られてきたのは、光線の周波数と波長を個別に測定し、その積として光速を求める方法である。この手法については干渉法節でより詳しく述べる。
1983年、単位メートルの定義が「真空中の光が1⁄299792458秒の間に進む距離」と改められ、同時に光速も定義値299792458 m/sに固定された（後述）。これ以降、光速の高精度測定は、c の値を求めるのではなくメートルの正確な実現を意味するようになった。
宇宙空間は広大であり、さらにほぼ完全な真空が得られるため、光速を測定するのに適した環境である。一般的な方法では太陽系内の基準距離（地球の公転半径など）を光が通過するのにかかる時間を測定する。歴史的にそうした時間は、基準距離そのものを地上の単位系で求めるのと比べて非常に高精度で測定することができた。
光速 測定
オーレ・レーマーは1676年に天文観測を通じて最初の定量的な光速の推定を行った。地球から観測すると、遠方の惑星を周回する衛星の周期は、地球が惑星に接近しているときには短く、遠ざかっているときには長く観測される。この時間差は小さいが、数か月にわたって観測を続ければ蓄積されて顕著になる。ある天体から地球まで光が進む距離は、地球が軌道上で最も天体に近接したときの方が、最も遠方のときよりも短い。この距離差は地球の公転軌道の直径に相当する。衛星の食の観測時刻がずれて見えるのは、光が公転直径ぶんの距離を進むのにかかる時間差によって生じるものである。レーマーは木星の主要な衛星の中で最も内側にあるイオについてこの効果を観測し、光が地球の公転直径を横切るのに22分かかると推定した。
光速 測定
光速を測定する別の方法に、18世紀にジェームズ・ブラッドリーが発見し、解明した光行差を利用するものがある。この効果は遠方の天体（恒星など）から届く光の速度と観測者の速度とが合成されることで生じる（右図参照）。観測者が運動していると、光は実際とわずかに異なる方向からやって来るように見え、そのため天体の位置が本来の位置からずれて見える。公転運動により地球（観測者）の速度の方向は絶えず変化しているので、この効果によって恒星の見かけの位置は円を描くように動く。この見かけの角度の差（最大20.5秒角）を用いると、地球の公転速度と光速の比が分かる。さらに1年の長さが既知であれば、太陽から地球まで光が到達するのに必要な時間を導くことができる。ブラッドリーは1729年にこの方法を用いて、光は地球公転速度の10210倍の速さで進むと算出した（現代の値は10066倍）。これは光が太陽から地球に届くのに8分12秒かかるということでもある。
歴史的に、天文単位 (AU) は光速の値と時間測定を組み合わせることで求められてきた。天文単位は2012年に正確に149597870700 mと再定義された。メートル毎秒で正確に定められた光速をこの天文単位とともに用いれば、天文単位毎秒の単位で表された光速の正確な値を求めることができる。
光速 測定
既知の距離だけ離れた鏡まで光が往復するのに要する時間を測ると光速が求められる。アルマン・フィゾーやレオン・フーコーによる実験はこの原理に基づいていた。
フィゾーが用いた装置では、光線が8キロメートル離れた鏡に向けて照射される。光は往路と復路のいずれも回転歯車の隙間を通るようになっている。歯車が特定の回転速度で回っているとき、光は往路で1つの歯溝を通って鏡に向かい、復路では別の歯溝を通る。回転速度が少しでも速かったり遅かったりすると、帰ってきた光は歯で遮られて通過できない。歯車と鏡の間の距離、歯の本数、光が歯車を通過する回転速度が分かっていれば光速の値を算出できる。
フーコーの方法では回転歯車の代わりに回転鏡が用いられる。光は回転鏡で反射した後に遠方の鏡まで往復して戻ってくる。その間にも鏡は回転を続けているため、往路と復路で反射角がわずかに異なる。この角度差、鏡の回転速度、および鏡までの距離が分かっていれば光速が求められる。フーコーはフランソワ・アラゴに示唆され、この装置を使って空気中と水中での光速の違いを測定した。
光速 測定
今日では、1ナノ秒未満の時間分解能をもつオシロスコープを用いることで、レーザーやLEDから発した光パルスが鏡で反射して戻ってくるまでの遅延時間を測定して光速を直接求めることができる。この方法は他の現代的な手法に比べて精度が劣るものの（誤差はおよそ1%程度）、大学の学生実験で用いられることがある。
電磁波の伝播を直接測定することなく c を導出する方法の一つに、マクスウェルの理論によって確立された関係式 c2 = 1/(ε0µ0) を用いるものがある。ここで ε0 は真空の誘電率、μ0 は真空の透磁率である。真空の誘電率はコンデンサーの静電容量と寸法を測定することで求められる。一方、真空の透磁率は歴史的にアンペアの定義を通じて正確に 4π×10−7 H·m−1 と決められていた。エドワード・ベネット・ローザとノア・アーネスト・ドーシーは1907年にこの方法を用いて光速の値を299710±22 km/sと求めた。ローザらの方法は「国際オーム」と呼ばれる電気抵抗の標準単位に依存していたため、測定精度はこの標準の定義によって制限されていた。