La velocidad finita de la luz

Experientia docet Ondas Artículo 20 de 22

Ío con Júpiter de fondo. Fuente: NASA

Dado que podemos considerar que la luz viaja en línea recta, ¿podemos decir a qué velocidad lo hace? Galileo abordó este problema en sus Discorsi e Dimostrazioni Matematiche Intorno a Due Nuove Scienze, publicado en 1638. Señaló que las experiencias cotidianas podrían llevarnos a concluir que la luz se propaga instantáneamente. Pero que estas experiencias, cuando se analizan más de cerca, solo muestran que la luz viaja mucho más rápido que el sonido. Por ejemplo, “cuando vemos disparar una pieza de artillería a gran distancia el destello llega a nuestros ojos sin que transcurra tiempo; pero el sonido llega al oído solo después de un intervalo perceptible”.

Pero, ¿cómo sabemos realmente si la luz se movió “sin que transcurra tiempo” a menos que tengamos alguna forma precisa de medir el lapso de tiempo? Galileo continúa describiendo un experimento mediante el cual dos personas que se encontrasen en colinas distantes y usando linternas podrían medir la velocidad de la luz. Concluyó que la velocidad de la luz era probablemente finita, no infinita. Galileo, sin embargo, no estima un valor definido concreto.

Las pruebas experimentales se relacionaron con éxito por primera vez con una velocidad finita para la luz por un astrónomo danés, Ole Rømer. Las observaciones detalladas de los satélites de Júpiter habían mostrado una irregularidad inexplicable en los tiempos registrados entre los eclipses sucesivos de los satélites por el planeta. Se esperaba que un eclipse del satélite Ío ocurriera exactamente 45 s después de las 5:25 de la mañana del 9 de noviembre de 1676 (calendario juliano). En septiembre de ese año, Rømer anunció a la Academia de Ciencias de París que el eclipse observado llegaría 10 minutos tarde. El 9 de noviembre, los astrónomos del Observatorio Real de París estudiaron cuidadosamente el eclipse. Aunque escépticos, informaron que el eclipse ocurrió tarde, tal como lo había previsto Rømer.

Ilustración empleada por Rømer en su informe Demonstration tovchant le mouvement de la lumiere trouvé par M. Römer de l’ Academie Royale des Sciences, fechado el 7 de diciembre de 1676. A: Sol; B: Júpiter; DC: Ío

Más tarde, Rømer reveló la base teórica de su predicción a los desconcertados astrónomos en la Academia de Ciencias. Explicó que el tiempo originalmente esperado del eclipse se había calculado a partir de observaciones hechas cuando Júpiter estaba cerca de la Tierra. Pero ahora Júpiter se estaba más lejos. El retraso en el eclipse ocurrió simplemente porque la luz procedente de las inmediaciones de Júpiter, donde ocurría el eclipse, necesita un tiempo para llegar a la Tierra. Obviamente, este intervalo de tiempo debe ser mayor cuando la distancia relativa entre Júpiter y la Tierra en sus órbitas es mayor. De hecho, Rømer estimaba que la luz necesita alrededor de 22 minutos para cruzar la propia órbita de la Tierra alrededor del Sol.

Poco después, el físico holandés Christian Huygens utilizó los datos de Rømer para realizar el primer cálculo de la velocidad de la luz. Huygens combinó el valor de Rømer de 22 minutos para que la luz cruzara la órbita de la Tierra con su propia estimación del diámetro de la órbita de la Tierra. Huygens obtuvo un valor para la velocidad de la luz en el espacio que, en unidades modernas, es de aproximadamente 200.000 km/s. Esto es, aproximadamente dos tercios del valor actualmente aceptado. El error en el valor de Huygens se debió principalmente a que Rømer sobrestimó el intervalo de tiempo. Ahora sabemos que la luz solo necesita unos 16 minutos para cruzar la órbita de la Tierra.

La velocidad de la luz se ha medido de muchas maneras diferentes desde el siglo XVII. El desarrollo de dispositivos electrónicos en el siglo XX permitió mediciones muy precisas, haciendo de la velocidad de la luz una de las constantes físicas medidas con mayor precisión. Debido a la importancia del valor de la velocidad de la luz en las teorías físicas modernas*, en la actualidad su valor no se mide, sino que está definido a consecuencia de la definición de metro y es, exactamente, de 299,792,458 metros por segundo. La velocidad de la luz suele estar representada por el símbolo c.

Nota:

* Sobre esto puedes leer La velocidad de las ondas electromagnéticas y la naturaleza de la luz de la serie Electromagnetismo y El principio de constancia de la velocidad de la luz de la serie Teoría de la invariancia

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

3 comentarios

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *