La Luz -Parte I: Midiendo la velocidad de propagación de la luz imagen

La velocidad de la luz es más fascinante de lo que creemos, y Eduardo Rubio lo comienza a explicar hoy, en su columna Mirador del Cosmos.

Las opiniones e imágenes de este artículo son responsabilidad directa de su autor.

Ahora que el semestre académico ha terminado, y que tengo un descanso de ir cada día a mi oficina en la universidad, me ha dado por realizar mis gestiones administrativas y burocráticas a pie. He disfrutado caminar por la ciudad, a menudo, a una velocidad mayor que la de los autos que me rodean. He caminado mucho por el paseo la Sexta y también por la reforma y la 7 avenida de la zona 4. Durante estas caminatas he pensado mucho en lo vilipendiado que está el celebrar el fin de año con toda la “cultura navideña” que nos rodea.

Somos extraños los seres humanos con nuestras costumbres. Nuestra impaciencia se nota por todos lados. Preferimos la luz artificial de una bombilla que asemeja a una estrella fugaz brillante. Y sobre esto quiero escribir hoy. Caminando un día escuché a un niño bombardear a su padre, con preguntas respecto a la luz. Yo me sorprendí ante la curiosidad del niño cuando dijo -Papá, ¿qué es la luz? ¿Es cierto que se mueve muy rápido? -Cuando escucho una conversación como esta, siento unas ganas irrefrenables de irrumpir en la misma y explicarle al niño algunas de las cosas que he aprendido sobre la luz y algunas de esas cosas las quiero compartir aquí el día de hoy.

¿Cómo sabemos qué es la luz y cómo llegamos a una conclusión sobre su naturaleza? Pues bien, durante milenios se pensó que la luz se propagaba de una manera instantánea. Esto significa que si una fuente de luz aparece en algún punto, todos los observadores que estén alrededor de dicha fuente, no importando a la distancia que se encuentren, observarán que, para ellos, la fuente se enciende al mismo tiempo. Durante muchísimos años se pensó de esta manera, y uno de los primeros en cuestionar esta idea fue Galileo Galilei quien hacia 1638, realizó varios experimentos para medir la velocidad de la luz. 



Ole Rømer

Los experimentos de Galileo fueron inconclusos y a su vez fueron seguidos por experimentos posteriores realizados hacia 1667 por varios miembros de la Academia del Cimento en Italia, que llegaron a las mismas conclusiones que Galileo encontró años antes. Para 1676 el astrónomo danés Ole Christian Roemer* y el astrónomo francés Domenico Cassini habían observado muchos eclipses producidos por las lunas de Júpiter, en particular la luna llamada Io. Ambos los observaron de manera independiente y desde diferentes localidades. Roemer desde la isla de Hven, cerca de Copenhagen en Dinamarca y Cassini desde el observatorio de París en Francia. Sin embargo ambos astrónomos notaron que existían discrepancias entre los tiempos predichos por la mecánica newtoniana a los que deberían ocurrir los eclipses. En particular si la Tierra se movía acercándose a Júpiter o alejándose del mismo. 

Cassini pensó que las diferencias se podrían deber a que la luz se movía a velocidades finitas, pero infortunadamente, él nunca realizó mediciones para corroborar su idea. Sin embargo, Ole Roemer, decidió visitar el observatorio de París, y desde allí se dedicó a observar más eclipses en Júpiter. Con los datos que ya tenía de Dinamarca y los nuevos datos, Roemer llegó a concluir que dichas diferencias se podían explicar perfectamente si existía un retardo en el tiempo que le tomaba a la información viajar desde Júpiter a la Tierra. La conclusión de Roemer era extraordinaria: la luz tiene una velocidad finita.

Roemer nunca calculó explícitamente cuánto tiempo duraba este retardo, sin embargo el astrónomo holandés Christian Huygens, luego de intercambiar cartas con Roemer, llegó a calcular que la luz se desplazaba a unos 220,000 km/s. Cálculos posteriores, realizados con una cantidad enorme de datos por James Bradley, Hyppolite Fizeau y Leon Focault revelaron que la velocidad de la luz estaba cerca de 300,000 km/s.

Hacia principios del Siglo XX, experimentos realizados por Rosa y Dorsey en 1905, y más tarde por Albert Michelson, permitieron refinar el valor de la velocidad de propagación de los rayos de luz en el vacío, siendo esta de unos 299,796.5 km/s. Se necesitó mucha tecnología de punta, pasada la primera mitad del Siglo XX para refinar este experimento. En la actualidad, el valor aceptado para la velocidad de la luz es de 299,792.458 km/s y se obtuvo utilizando interferómetros láser de alta precisión.

Los números que aquí reporto son los que corresponden a la velocidad a la que se propaga un rayo de luz en el vacío. Si la luz viaja en un medio diferente, por ejemplo aire, o agua, la luz se propaga a una velocidad menor que en el vacío. Así, por ejemplo, en el agua la luz se propaga a 225,407.8 km/s mientras que dentro de un diamante, la luz se se propaga a 124,913.5 km/s. Ya sea en el vacío, en agua o en diamante, la velocidad de propagación de un rayo de luz es fantástica.



 Placa conmemorativa, en honor a Ole Romer.

En el observatorio de París, existe una placa conmemorativa, en honor a Ole Romer. La placa celebra que fue en ese lugar, donde por primera vez en la historia de la humanidad, se pudo medir una constante fundamental de la naturaleza. Pocos recuerdan la historia de Ole Roemer, sin embargo me gustaría mencionar que sus mediciones fueron publicadas el 7 de Diciembre de 1676, es decir hace 340 años. El Doodle del famoso buscador Google del 7 de Diciembre fue dedicado a Ole Romer al celebrarse 340 años de la publicación de su hallazgo. El doodle presenta una alegoría basada en los dibujos que Roemer publicó en su artículo de 1676.




Esta es la primera parte de la historia que quise compartir con el niño y su padre. Posiblemente, es una historia lejos de ser completa, pero que espero, dé luces sobre los esfuerzos de los científicos para descubrir la velocidad a la que se propaga la luz en el vacío. En la siguiente entrega, les contaré cómo supimos la naturaleza de la luz, y el hallazgo que Maxwell realizó para la física teórica entre 1861 y 1862.

*En Danés, el apellido de Roemer se escribe Rømer.

Créditos Imágenes: Ole Roemer: Jacob Coning – Frederiksborg Museum; Salida del Sol: NASA/ISS; Doodle de Google: Google Inc.; Foto Placa: J. Baez.

MIRADOR DEL COSMOS EL BLOG DE EDUARDO RUBIO




Astrónomo de profesión. Nómada del tercer planeta desde el Sol. Admirador de atardeceres, del mar y las montañas. Apasionado de las miniaturas a escala y de la historia. ¿Busca más Relatos del Mirador del Cosmos?, haga clic en el siguiente enlace para leer las columnas de Eduardo Rubio: https://www.relato.gt/autor/eduardo

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