La luz y su velocidad
La velocidad de la luz es aproximadamente 300.000 km/s. Pues vaya dato que os he dado. Ahora bien, suponiendo que no la supierais, ¿cómo intentaríais medirla? ¿nunca os lo habíais planteado? ¿quién y cómo se dio cuenta por primera vez que la luz tiene una velocidad finita pero muy grande? Pues es lo que voy a tratar de explicaros en la historia de hoy.
En nuestra vida cotidiana consideramos que la luz es instantánea, o sea, tiene velocidad infinita. Por ejemplo, cuando vemos un relámpago en una tormenta empezamos a contar segundos. Al oír el trueno paramos, multiplicamos esos segundos por 300 y ya tenemos la distancia a la tormenta en metros. ¿Por qué? Pues porque consideramos que la luz nos ha llegado de forma instantánea y la velocidad del sonido es 300 metros por segundo. Así que sale una sencilla multiplicación (puede que 300 m/s no sea muy exacto, normalmente oscila los 340 pero aceptemos que es una buena aproximación). Pero fijaos que la consideramos instantánea.
Ya Galileo intentó medir la velocidad de la luz haciendo que dos hombres con linternas se subieran a dos montañas separadas por un par de kilómetros. El experimento de Galileo consistió en hacer que uno de ellos destapara una luz y que en respuesta, el segundo, al ver esa luz, destapara otra suya que iría de regreso al primero. Galileo quería ver si era posible medir el tiempo transcurrido entre que la primera emisión y la llegada de la segunda señal. El no lo sabía pero necesitaba ser capaz de medir un lapso de tiempo de alrededor de una cienmilésima de segundo, que es el tiempo que tardaba la luz en hacer el viaje de ida y vuelta entre las dos montañas. Además sucedía otra cosa que no podían explicar y es que si aumentaba la distancia entre las montañas los tiempos eran los mismos.
Pues bien, para medir con algo de rigor la velocidad de la luz tuvieron que juntarse tres factores: el telescopio, las lunas de Júpiter y una medición precisa del tiempo. ¿Qué tiene que ver todo ello con la velocidad de la luz? Pues todo empezó cuando Galileo dirigió su telescopio a Júpiter.
Inmediatamente se dio cuenta que tenía 4 satélites. Los satélites no se ven a simple vista, pero con el telescopio se pueden apreciar perfectamente (se ve Júpiter algo más gordo y 4 estrellitas muy pequeñas y cercanas a él). Observó que esos satélites aparecían y desaparecían con un determinado lapso de tiempo. Cada satélite tenía un período diferente y buscaba una manera de hacer mediciones precisas para predecir el momento en que uno iba a hacerse visible o no.
Necesitaba un reloj muy preciso y por aquella época no existía, así que no pudo hacer mucho más (ya hizo bastante). Más adelante, en 1656 se empezó a trabajar con el reloj de muelle que se abre lentamente. Los primeros en sacarle provecho en el Observatorio de París fueron los astrónomos Jean Picard y Cassini. Con relojes mucho más regulares se dieron cuenta que los movimientos de la bóveda celeste no eran tan regulares como esperaban. Se dieron cuenta, por ejemplo, que las cosas variaban de estación a estación.
Otro descubrimiento fue la mancha detectada en el ecuador de Júpiter y cómo lo recorría, desaparecía por un lado y reaparecía por el otro. Hallaron que tiene un período de rotación de 9 horas y 56 minutos. Esta medición la llevó a cabo el propio Cassini. También midió los períodos de los 4 satélites. Era posible predecir cuándo se perderían de vista y cuándo reaparecerían por detrás del planeta.
Aunque Cassini había hecho predicciones exactas no cuadraban completamente con las observaciones. Parece ser que en una mitad del año en los momentos en que la órbita de la Tierra se acercaba a Júpiter los eclipses de los satélites del mismo se adelantaban progresivamente hasta llegar a 8 minutos en el momento en que se alineaban Júpiter-Tierra-Sol (mayor acercamiento) y en la otra mitad de año en que la órbita de la Tierra se alejaba se retrasaban gradualmente hasta otros 8 minutos en el momento de la alineación Júpiter-Sol-Tierra (mayor alejamiento). El promedio global era correcto pero los adelantos y atrasos eran desconcertantes.
En 1675 un astrónomo danés llamado Olaus Roemer se preguntó si era posible que la luz necesitara cierto tiempo para propagarse. Cuando la Tierra y Júpiter estuvieran en el mismo lado del Sol ambos planetas tendrían el mayor acercamiento posible pero si la Tierra estaba a un lado del Sol y Júpiter al otro la luz tendría que recorrer la distancia anterior más el diámetro de la órbita de la Tierra. Haciendo cálculos llegó a la conclusión que todo cuadraba perfectamente si la luz tardaba alrededor de 16 minutos para recorrer la órbita de la Tierra. Como por aquel entonces era un dato conocido, aunque no de forma muy exacta, pudo darse el gustazo de resolver el problema.
Anunció su descubrimiento en la Academia de Ciencias de París en 1676 sin que se le diera excesiva importancia. Le apoyó gente de la talla de Picard y Halley, aunque Cassini no. Más tarde, en 1679 visitó Inglaterra donde conoció a Newton. En 1681 el rey Cristian V le mandó volver a Copenhague para que ocupara el puesto de astrónomo real y en 1705 fue alcalde de la ciudad.
La primera vez que pudo medirse la velocidad de la luz en un laboratorio fue en un experimento llevado a cabo por Armand-Hypolite-Louis Fizeau que os detallo a continuación.
La luz sale de la fuente y pasa por una de las rendijas del disco, se va a hacer un largo camino (del orden de 8 km) entre la cima de la colina de Surenes y MontMartre y vuelve para continuar e intentar pasar por la rendija del segundo disco. Los discos se mueven de forma solidaria a un eje. Si el eje está parado, la luz puede pasar por el primer disco pero encontrar que el segundo la detiene y viceversa. Pero si los hacemos girar lo suficientemente rápido habrá un momento en que la luz tarde lo justo como para que la ranura del disco haya recorrido el espacio suficiente y el rayo de luz pase limpiamente. Conociendo la velocidad de rotación del eje ya tenemos la velocidad de la luz.Eso fue lo que hizo Fizeau , que cuando puso el ojo en el recorrido y vio la luz exclamó: Mon Dieu! Lo veo!
Logró medir la velocidad de la luz con un 5% de error respecto la aceptada actualmente. Además, en 1850 demostró que la luz se desplaza más lentamente por el agua que por el aire dando carpetazo a la teoría corpuscular (bueno, eso no es así exactamente y tiene más miga que ya comentaremos). El experimento anterior fue perfeccionado en 1850 por León Focault.
¿Pensabais que los científicos se iban a parar aquí?. Pues no. Albert Michelson (el mismo del experimento Michelson-Morley), tenía una especie de obsesión por la velocidad de la luz. Ya había recibido el premio Nobel por la exactitud de sus trabajos experimentales. Pues con 73 años de edad hizo que la luz efectuara un recorrido de ida y vuelta entre las cimas de dos montañas de California y calculó su valor con una exactitud impresionante. Era 299.796 km/s con un error de 4 km/s cuyo margen en error experimental coincide con la aceptada actualmente que es de 299.792,5 km/s.
Así que ya veis los estragos pasados hasta llegar a nuestros días con la susodicha velocidad. No obstante, lo que sí quiero remarcar es que lo de Olaus Roemer fue un elegante experimento a escala astronómica, ¿no os parece?.
Y que la luz tenga esa velocidad nos hace cambiar nuestra filosofía. El 23 de febrero de 1987, a las 7:36 hora de Greenwich se observó la explosión de una estrella en el cielo meridional. Estaba en la Gran Nube de Magallanes a nada menos de 160.000 años luz, que fue el tiempo que tardó la misma en hacer su recorrido hasta la Tierra. Y esa estrella era relativamente cercana. El objeto más lejano que se ha podido observar está a unos 8.000 millones de años luz. Esta luz partió no mucho después de la Creación del Universo. Impresionante, ¿no?
Actualización: gracias a Holbach. El objeto más distante detectado hasta ahora es una galaxia detectada el año 2004 y está a 13.000 millones de años luz. Tenéis más información aquí.
Fuentes:
“La historia del telescopio” Isaac Asimov
“El carácter de la ley física”, Richard P. Feynman
“Biografía de la física”, George Gamow
“Historia de la ciencia”, John Gribbin
http://www.hidro.gov.ar/Observatorio/InformacionAstronomica.asp
http://www.agrupacionio.com/eclipse/html/curiosidades.html
http://www.inaoep.mx/~rincon/c.html
http://www.ciencia-hoy.retina.ar/ln/hoy82/luz.htm
http://es.wikipedia.org/wiki/Experimento_de_Fizeau-Foucault
El día 17 de Noviembre de 2005 a las 12:58
El pensar que estamos viendo una luz que se emitió hace 8.000 millones de años me produce un terrible “vértigo histórico”. La sensación es similar a pensar que estoy en lo alto de la cornisa de un rascacielos y miro hacia abajo. A veces creo que la sensación que otros experimentan haciendo puenting yo la experimento mirando al cielo por la noche. :o)
Me ha gustado muchísimo esta historia, sí señor.
El día 17 de Noviembre de 2005 a las 13:03
Muchas gracias. Eso del concepto “vértigo histórico” está muy bien.
Saludos
El día 17 de Noviembre de 2005 a las 15:06
A ver si me puedes resolver una pequeña duda que tengo. La velocidad absoluta de la luz en el vacío es 299.792,5 km/s. La velocidad relativa puede ser superior?
El día 17 de Noviembre de 2005 a las 16:18
Hola, WendigO. Imagino que entiendes por relativa la velocidad de la luz en un elemento que no sea el vacío (por ejemplo, el agua). En esos casos, la velocidad de la luz es menor.
Lo que sí puede suceder es que en ese elemento se supere la velocidad de la luz del elemento, pero no la del vacío. En ese caso tendríamos el famoso efecto Cerenkov.
No sé si he contestado tu pregunta.
Saludos
El día 17 de Noviembre de 2005 a las 20:49
Vas en un automóvil justo a la velocidad de la luz, entonces se hace de noche y tú enciendes los faros… qué sucede? eh? eh? eh? jajajaja
Cuando era pequeñito jugaba en el huerto de nuestra casita de verano a enfocar una linterna hacia el cielo, en plan “botella” lanzada al mar, con la esperanza de que algún extraterrestre viese mi señal… ahora sé que esa señal debe estar a unos 20-24 años luz de aquí, mucho más de lo que yo recorreré en toda mi vida, pero también sé que mi señal està fundida en la inmensa contaminación lumínica que nos “permitimos” cada noche
El día 17 de Noviembre de 2005 a las 22:51
Me pregunto qué fuente de luz empleaban, siglos antes de la invención del láser, que pudiera ser observada tras 16 km de trayecto… Supongo que una fogata espectacular
Todos los artículos son buenos pero éste ha sido especialmente nutritivo
El día 18 de Noviembre de 2005 a las 07:05
Un brillante historia, ademas literalmente.
El día 18 de Noviembre de 2005 a las 11:37
Voltaire-: la primera frase que dices es el clásico ejemplo que dan en clase para hacer ver que las transformaciones corrientes (las galileanas) no funcionan y sólo se resuelve con relatividad…
Àlvar: muchas gracias. No sé qué emplearían para hacer la luz. Si tengo tiempo lo buscaré. Esos tíos eran realmente ingeniosos.
Consumidor: muchas gracias, como siempre.
El día 18 de Noviembre de 2005 a las 11:38
A mi me pasa algo parecido a lo que le sucede a AntonioT. Y es que produce una sensación desasosegante el pensar que lo que vemos no es la realidad que es, sino que fue.
El día 18 de Noviembre de 2005 a las 11:57
Y no sólo eso. Mucho de lo que vemos igual ya no está …
El día 18 de Noviembre de 2005 a las 15:36
En cierto modo a mi me relaja pensar que en esta época de la inmediatez, de lo instántaneo, de la simultaneidad estamos viendo lo que pasó hace un montón de años. Me recoloca en el Universo.
El día 21 de Noviembre de 2005 a las 01:57
¿Qué objeto es esa luz tan lejana?
El día 21 de Noviembre de 2005 a las 10:13
Buena pregunta, ana. No lo sé con seguridad, pero parece ser que no son objetos habituales en el Universo cercano. No quiere decir que no cumplan las leyes físicas que conocemos, solo que no son las clásicas galaxias.
Piensa que el Universo tiene del orden de 15.000 millones de años y esos objetos están a 8.000. O sea, tienen la mitad de le edad del Universo.
Ya intentaré encontrar algo a ver si puedo enterarme.
Saludos
El día 21 de Noviembre de 2005 a las 13:10
Omalaled, el récord de los 8.000 millones de años luz ya ha sido batido. El año pasado se descubrió una diminuta galaxia a unos 13.000 millones de años luz de nosotros:
http://cultura.terra.es/cac/articulo/html/cac2708.htm
Tu historia es genial pero ¿podrías completar la frase que hay antes de la primera figura y especificar en el último párrafo que te refieres a la “Gran” Nube de Magallanes?. Saludos.
El día 21 de Noviembre de 2005 a las 13:38
Gracias, Holbach. Agradezco sinceramente tus puntualizaciones.
Evidentemente, no soy infalible (disto mucho de serlo).
Saludos
El día 21 de Noviembre de 2005 a las 23:04
Me pareció entender en la pregunta de WendigO otra cosa (que me corrija si me equivoco): creo que se refería a la velocidad relativa entre dos objetos móviles, esto es si dos objetos, pongamos que viajando a tres cuartas partes de la velocidad de la luz y en sentido opuesto, obtendrían valores mayores al de la velocidad de la luz cada uno de ellos al observar al otro.
Albert Einstein postuló que no: la velocidad de la luz es un referente absoluto.
El día 22 de Noviembre de 2005 a las 10:19
Gracias por la aclaración, piezas. Quizás no entendí la pregunta de WendigO.
La respuesta es que no. Se deduce directamente de la idea que la velocidad de la luz es constante independientemente del sistema de referencia. Haciendo números nunca se llega a c.
Lo que pasa es que aquí se dan las dilataciones del tiempo, contracciones del espacio, etc. Y dependiendo de la referencia sí puede cambiar el tiempo. Eso es lo que nos cuesta ver.
Saludos
El día 2 de Septiembre de 2006 a las 20:48
hola me gusto mucho su informacion ya que me ayudo mucho.
GRACIAS
El día 2 de Septiembre de 2006 a las 20:54
¿TIENEN OTRA PAGUINA DE INTERNET CON USTEDES MISMOS DE INFORMACION?
ME DIO GUSTO CONOCER ESTA PAGUINA DE INTERNET
GRACIAS
El día 5 de Septiembre de 2006 a las 01:17
No, Luis, sólo escribo esta. Muchas gracias por tu interés.
Salud!
El día 13 de Febrero de 2007 a las 05:31
Entre a internet para buscar la historia de la velocidad de la luz y me tope con esta paguina de verdad te felicito esta muy completa.¡Escribe mas articulos!!
El día 13 de Febrero de 2007 a las 09:51
Muchas gracias, Vansessa. Se intentará
Salud!