¿Cuál es la velocidad de la luz?
Hoy puedes encontrar el valor escrito con gran precisión en el reverso de cualquier libro de física: trescientos mil kilómetros cada segundo; eso equivale a la distancia entre la Tierra y la Luna en un segundo. Para algunas personas esto es solo un número y algo que pasa desapercibido; para simplificar cuentas en algunos campos de la física inclusive le asignamos el valor de 1.
Tal vez te sorprenda saber que la primera medición de la velocidad de la luz fue posible gracias a los satélites de Júpiter. ¿Quieres saber cómo fue posible? Hoy es el Día Internacional de la Luz, y para conmemorarlo queremos que nos acompañes a recorrer uno de los episodios más interesantes de la ciencia.
Siglo XVII
Imagina que te encuentras en el Siglo diecisiete y una pregunta que ronda como fantasma entre los científicos es… ¿la luz tiene una velocidad finita o es instantánea? Por un lado, Aristóteles (desde su tumba), y Descartes (desde su cama) opinan que es instantánea; por el otro, Galileo insiste en que es finita, como todo lo demás en el Universo. ¿Cómo medirías la velocidad de la luz, poniendo fin a este debate? Una cosa es clara, aun para ti, habitante del siglo XVII; la luz viaja más rápido que cualquier otra cosa conocida.
Lo primero que se nos ocurriría sería tomar a dos amigos y separarlos una cierta distancia, sincronizan sus relojes y uno de ellos enciende una luz en cierto momento; mientras el otro amigo registra cuánto tiempo tarda la luz en llegarle.
Dificultades Técnicas
Recordando que velocidad es igual a distancia entre tiempo, queda claro que, si queremos tener éxito, necesitamos separar a los amigos una distancia tan grande… ¿pero qué tan grande? ¿Un campo de fútbol? A la luz le toma cero punto tres millonésimas de segundo recorrer la longitud de un campo de fútbol (100 metros). No, no es suficiente. Parecería instantáneo.
¿Qué te parece la distancia entre dos montañas? Digamos, entre el Iztaccíhuatl y el Popocatépetl, dieciséis kilómetros. Ahora a la luz le tomaría menos tiempo recorrer esta distancia: cincuenta millonésimas de segundo. Suponiendo que tus amigos no se mueren de frío, este tiempo sigue estando muy por debajo de la precisión de cualquier reloj. Los relojes atómicos no se inventarían hasta el siglo XX. Necesitamos una distancia más grande.
La distancia entre la Tierra y Júpiter
Esa fue la solución que se le ocurrió al astrónomo danés Ole Römer, ya que era un experto estudioso de Júpiter y sus satélites.
De las leyes del movimiento planetario, sabía muy bien que cada cierto tiempo los satélites de Júpiter, como Io, cruzan el disco de Júpiter produciendo un pequeño eclipse. En otras ocasiones, Io se sumerge en la sombra del planeta. Estos eclipses se pueden predecir con gran precisión y son un gran recurso. Cada seis meses hay aproximadamente cien eventos de de éste tipo.
Römer notó que los eclipses de Io a veces parecían adelantarse y otras veces atrasarse a las predicciones. Razonó correctamente que esto se debía a la velocidad de la luz. Cuando la Tierra y Júpiter están en su máximo acercamiento, la luz tiene que recorrer una distancia más corta que cuando la Tierra se está alejando del planeta; esta diferencia, que es de cientos de miles de kilómetros, es suficiente para que la observación de los eclipses se desfase por algunos minutos con las predicciones.
Römer acumuló años de observaciones de los eclipses y ocultaciones de Io, y elaboró un modelo que permitía predecir el desfase de ellos con lo observado. Este modelo depende principalmente de la distancia Tierra-Sol, la distancia Tierra-Júpiter, y la velocidad de la luz. A partir de ello, obtuvo el valor de doscientos catorce mil kilómetros por segundo (214000), que es tres cuartos del valor actual.
Día Internacional de la luz
El 16 de mayo se celebra el Día Internacional de la Luz para conocer y entender a la luz y las tecnologías basadas en luz, es por eso que la comunidad Edutuber se dio a la tarea de crear una lista de reproducción con videos que explican el fenómeno de la luz visto desde diferentes puntos de vista, desde la biología, la astronomía, la tecnología, el arte. Esperamos que la disfruten y compartan.
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