Velocidad de la luz

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Velocidad de la luz
Sun to Earth.JPG
La luz solar tarda aproximadamente 8 minutos y 19 segundos en llegar a la Tierra.
Valores exactos
metros por segundo 299.792.458
Unidades de Planck 1
Valores aproximados
kilómetros por segundo 300.000
kilómetros por hora 1.079 millones
Unidad astronómica por día 173
Duración aproximada del tiempo que tarda la luz en recorrer
Distancia: Tiempo:
un metro 3,3 ns
un kil√≥metro 3,3 őľs
desde la órbita geoestacionaria a la Tierra 0,12 s
la longitud del Ecuador terrestre 0,13 s
desde la Luna a la Tierra 1,28 s
desde el Sol a la Tierra (1 ua) 8,32 min
un parsec 3,26 a√Īos
desde Alfa Centauri a la Tierra 4,4 a√Īos
desde la galaxia m√°s cercana a la Tierra 25.000 a√Īos
a trav√©s de la V√≠a L√°ctea 100.000 a√Īos
desde la galaxia de Andr√≥meda a la Tierra 2,5 millones de a√Īos
Un haz de láser en el aire viajando cerca del 99,97% de la rapidez de la luz en el vacío (el índice de refracción del aire es alrededor de 1,0003).[1]

La velocidad de la luz en el vac√≠o es por definici√≥n una constante universal de valor 299.792.458 m/s[2] [3] (suele aproximarse a 3¬∑108 m/s), o lo que es lo mismo 9,46¬∑1015 m/a√Īo; la segunda cifra es la usada para definir al intervalo llamado a√Īo luz.

Se simboliza con la letra c, proveniente del lat√≠n cel√©ritńĀs (en espa√Īol celeridad o rapidez), y tambi√©n es conocida como la constante de Einstein.[cita requerida]

El valor de la velocidad de la luz en el vac√≠o fue incluida oficialmente en el Sistema Internacional de Unidades como constante el 21 de octubre de 1983,[cita requerida] pasando as√≠ el metro a ser una unidad derivada de esta constante.

La rapidez a trav√©s de un medio que no sea el "vac√≠o" depende de su permitividad el√©ctrica, de su permeabilidad magn√©tica, y otras caracter√≠sticas electromagn√©ticas. En medios materiales, esta velocidad es inferior a "c" y queda codificada en el √≠ndice de refracci√≥n. En modificaciones del vac√≠o m√°s sutiles, como espacios curvos, efecto Casimir, poblaciones t√©rmicas o presencia de campos externos, la velocidad de la luz depende de la densidad de energ√≠a de ese vac√≠o.[cita requerida]

Contenido

Descripción

De acuerdo con la f√≠sica moderna est√°ndar, toda radiaci√≥n electromagn√©tica (incluida la luz visible) se propaga o mueve a una velocidad constante en el vac√≠o, conocida com√ļn ‚ÄĒaunque impropiamente[cita requerida]‚ÄĒ como "velocidad de la luz" (magnitud vectorial), en vez de "rapidez de la luz" (magnitud escalar). √Čsta es una constante f√≠sica denotada como c. La rapidez c es tambi√©n la rapidez de la propagaci√≥n de la gravedad en la Teor√≠a general de la relatividad.

Una consecuencia en las leyes del electromagnetismo (tales como las ecuaciones de Maxwell) es que la rapidez c de radiación electromagnética no depende de la velocidad del objeto que emite la radiación. Así, por ejemplo, la luz emitida de una fuente de luz que se mueve rápidamente viajaría a la misma velocidad que la luz proveniente de una fuente estacionaria (aunque el color, la frecuencia, la energía y el momentum de la luz cambiarán; fenómeno que se conoce como efecto Doppler).

Si se combina esta observación con el principio de relatividad, se concluye que todos los observadores medirán la velocidad de la luz en el vacío como una misma, sin importar el marco de referencia del observador o la velocidad del objeto que emite la luz. Debido a esto, se puede ver a c como una constante física fundamental. Este hecho, entonces, puede ser usado como base en la teoría de relatividad especial. La constante es la rapidez c, en vez de la luz en sí misma, lo cual es fundamental para la relatividad especial. De este modo, si la luz es de alguna manera retardada para viajar a una velocidad menor a c, esto no afectará directamente a la teoría de relatividad especial.

Observadores que viajan a grandes velocidades encontrarán que las distancias y los tiempos se distorsionan de acuerdo con la transformación de Lorentz. Sin embargo, las transformaciones distorsionan tiempos y distancias de manera que la velocidad de la luz permanece constante. Una persona viajando a una velocidad cercana a c también encontrará que los colores de la luz al frente se tornan azules y atrás se tornan rojos.

Si la informaci√≥n pudiese viajar m√°s r√°pido que c en un marco de referencia, la causalidad ser√≠a violada: en otros marcos de referencia, la informaci√≥n ser√≠a recibida antes de ser mandada; as√≠, la causa podr√≠a ser observada despu√©s del efecto. Debido a la dilataci√≥n del tiempo de la relatividad especial, el cociente del tiempo percibido entre un observador externo y el tiempo percibido por un observador que se mueve cada vez m√°s cerca de la velocidad de la luz se aproxima a cero. Si algo pudiera moverse m√°s r√°pidamente que luz, este cociente no ser√≠a un n√ļmero real. Tal violaci√≥n de la causalidad nunca se ha observado.

Light cone.png

Un cono de luz define la ubicación que está en contacto causal y aquellas que no lo están. Para exponerlo de otro modo, la información se propaga de y hacia un punto de regiones definidas por un cono de luz. El intervalo AB en el diagrama a la derecha es "tiempo-como" (es decir, hay un marco de la referencia en qué acontecimiento A y B ocurren en la misma ubicación en el espacio, separados solamente por su ocurrencia en tiempos diferentes, y si A precede B en ese marco entonces A precede B en todos marcos: no hay marco de referencia en el cual el evento A y el evento B ocurren simultáneamente). De este modo, es hipotéticamente posible para la materia (o la información) viajar de A hacia B, así que puede haber una relación causal (con A la causa y B el efecto).

Por otra parte, el intervalo AC es "espacio-como"[cita requerida] (es decir, existe un marco de referencia donde el evento A y el evento B ocurren simult√°neamente). Sin embargo, tambi√©n existen marcos en los que A precede a C o en el que C precede a A. Confinando una manera de viajar m√°s r√°pido que la luz, no ser√° posible para ninguna materia (o informaci√≥n) viajar de A hacia C o de C hacia A. De este modo no hay conexi√≥n causal entre A y C.

De acuerdo a la definici√≥n actual, adoptada en 1983, la rapidez de la luz es exactamente 299.792.458 m/s (aproximadamente 3 √ó 108 metros por segundo, 300.000 km/s o 300 m por millon√©sima de s).

El valor de c define la permitividad el√©ctrica del vac√≠o (őĶ0) en unidades del SIU como:

 \varepsilon_0=10^{7}/4\pi c^2 \quad \mathrm{(en~ A^2\, s^4\, kg^{-1}\, m^{-3}=F \, m^{-1})}

La permeabilidad magn√©tica del vac√≠o (őľ0) no es dependiente de c y es definida en unidades del SIU como:

 \mu_0=4\,\pi\, 10^{-7} \quad \mathrm{(en~ kg\, m\, s^{-2}\, A^{-2}=N \, A^{-2})}.

Estas constantes aparecen en las ecuaciones de Maxwell, que describen el electromagnetismo y est√°n relacionadas por:

c=\frac {1} {\sqrt{\varepsilon_0\mu_0}}

Las distancias astron√≥micas son normalmente medidas en a√Īos luz (que es la distancia que recorre la luz en un a√Īo, aproximadamente 9,454256 √ó 1012 km (9 billones de km).

Definición del metro

Artículo principal: Metro

Históricamente, el metro ha sido definido como una fracción de la longitud de un meridiano a través de París, con referencia a la barra estándar y con referencia a una longitud de onda de una frecuencia particular de la luz. Desde 1983 el metro ha sido definido en referencia al segundo y la velocidad de la luz.

En 1967 la XIII Conferencia General de Pesos y Medidas defini√≥ al segundo del tiempo at√≥mico como la duraci√≥n de 9.192.631.770 per√≠odos de radiaci√≥n correspondiente a la transici√≥n entre dos niveles hiperfinos del estado fundamental del √°tomo cesio-133, que en la actualidad sigue siendo la definici√≥n del segundo.

En 1983 la Conferencia General de Pesos y Medidas defini√≥ el metro como la longitud de la trayectoria viajada por la luz en absoluto vac√≠o durante un intervalo de tiempo de 1/299.792.458 de segundo, bas√°ndose en la constancia de la rapidez de la luz para todos los observadores. Esto significa que al medir la rapidez de la luz, al hallar cualquier diferencia medible de los valores definidos, entonces la longitud de tiempo est√°ndar es incorrecta, o est√° exhibiendo un cambio desde el √ļltimo momento en que fue medida. Si tal cambio fuese real en la f√≠sica, y no un error adjudicable a una perturbaci√≥n (como un cambio de temperatura o un choque mec√°nico), entonces se habr√≠a hecho un importante descubrimiento.

La motivaci√≥n en el cambio de la definici√≥n del metro, as√≠ como todos los cambios en la definici√≥n de unidades, fue proveer una definici√≥n precisa de la unidad que pudiese ser f√°cilmente usada para calibrar homog√©neamente dispositivos en todo el mundo. La barra est√°ndar no era pr√°ctica en este sentido, ya que no pod√≠a ser sacada de su c√°mara o utilizada por dos cient√≠ficos al mismo tiempo. Tambi√©n era propensa a cambios masivos de longitud (comparados a la exactitud requerida) debido a variaciones de temperatura, por lo que requiri√≥ un largo tiempo de ajustes, desgaste de los extremos, oxidaci√≥n, etc., lo que se convirti√≥ en importantes problemas en la b√ļsqueda de la exactitud perfecta.

Comunicaciones

Temps de parcours GPS.PNG

La velocidad de la luz es de gran importancia para las telecomunicaciones. Por ejemplo, dado que el per√≠metro de la Tierra es de 40.075 km (en la l√≠nea ecuatorial) y c es te√≥ricamente la velocidad m√°s r√°pida en la que un fragmento de informaci√≥n puede viajar, el per√≠odo m√°s corto de tiempo para llegar al otro extremo del globo terr√°queo ser√≠a 0,067 s.

En la actualidad el tiempo de viaje es un poco m√°s largo, en parte debido a que la velocidad de la luz es cerca de un 30% menor en una fibra √≥ptica, y raramente existen trayectorias rectas en las comunicaciones globales; adem√°s se producen retrasos cuando la se√Īal pasa a trav√©s de interruptores el√©ctricos o generadores de se√Īales. En 2004, el retardo t√≠pico de recepci√≥n de se√Īales desde Australia o Jap√≥n hacia los EE.UU. era de 0,18 s. Adicionalmente, la velocidad de la luz afecta al dise√Īo de las comunicaciones inal√°mbricas.

La velocidad finita de la luz se hizo aparente a todo el mundo en el control de comunicaciones entre el Control Terrestre de Houston y Neil Armstrong, cuando √©ste se convirti√≥ en el primer hombre que puso un pie sobre la Luna: despu√©s de cada pregunta, Houston ten√≠a que esperar cerca de 3 s para el regreso de una respuesta a√ļn cuando los astronautas respond√≠an inmediatamente.

De manera similar, el control remoto instantáneo de una nave interplanetaria es imposible debido a que una nave suficientemente alejada de nuestro planeta podría tardar algunas horas desde que envía información al centro de control terrestre y recibe las instrucciones.

La velocidad de la luz tambi√©n puede tener influencia en distancias cortas. En los superordenadores la velocidad de la luz impone un l√≠mite de rapidez a la que pueden ser enviados los datos entre procesadores. Si un procesador opera a 1 GHz, la se√Īal s√≥lo puede viajar a un m√°ximo de 300 mm en un ciclo √ļnico. Por lo tanto, los procesadores deben ser colocados cerca uno de otro para minimizar los retrasos de comunicaci√≥n. Si las frecuencias de un reloj contin√ļan increment√°ndose, la rapidez de la luz finalmente se convertir√° en un factor l√≠mite para el dise√Īo interno de chips individuales.

Física

Velocidad constante para todos los marcos de referencia

Es importante observar que la velocidad de la luz no es un límite de velocidad en el sentido convencional. Un observador que persigue un rayo de luz lo mediría al moverse paralelamente él mismo viajando a la misma velocidad como si fuese un observador estacionario. Esto conllevaría a consecuencias inusuales para la velocidad.

La mayor√≠a de los individuos est√°n acostumbrados a la regla de la adici√≥n de velocidades: si dos coches se acercan desde direcciones opuestas, cada uno viajando a una velocidad de 50 km/h, se esperar√≠a (con un alto grado de precisi√≥n) que cada coche percibir√≠a al otro en una velocidad combinada de 50 + 50=100 km/h.

Sin embargo, a velocidades cercanas a la de la luz, en resultados experimentales se hace claro que esta regla no se puede aplicar. Dos naves que se aproximen una a otra, cada una viajando al 90% de la velocidad de la luz relativas a un tercer observador entre ellas, no se percibirán mutuamente a un 90% + 90%=180% de la velocidad de la luz. En su lugar, cada una percibirá a la otra aproximándose a menos de un 99,5% de la velocidad de la luz. Este resultado se da por la fórmula de adición de la velocidad de Einstein:

u=\frac{v+w}{1+\frac{vw}{c^2}} \!

donde v y w son las velocidades de las naves observadas por un tercer observador, y u es la velocidad de cualquiera de las dos naves observada por la otra.

Contrariamente a la intuición natural, sin importar la velocidad a la que un observador se mueva relativamente hacia otro observador, ambos medirán la velocidad de un rayo de luz que se avecina con el mismo valor constante, la velocidad de la luz.

La ecuaci√≥n anterior fue derivada por Einstein de su teor√≠a de relatividad especial, la cual toma el principio de relatividad como premisa principal. Este principio (originalmente propuesto por Galileo Galilei) requiere que act√ļen leyes f√≠sicas de la misma manera en todos los marcos de referencia.

Ya que las ecuaciones de Maxwell otorgan directamente una velocidad de la luz, debería ser lo mismo para cada observador; una consecuencia que sonaba obviamente equivocada para los físicos del siglo XIX, quienes asumían que la velocidad de la luz dada por la teoría de Maxwell es válida en relación al "éter lumínico".

Pero el experimento de Michelson y Morley, puede que el m√°s famoso y √ļtil experimento en la historia de la f√≠sica, no pudo encontrar este √©ter, sugiriendo en su lugar que la velocidad de la luz es una constante en todos los marcos de referencia.

Aunque no se sabe si Einstein conocía los resultados de los experimentos de Michelson y Morley, él dio por hecho que la velocidad de la luz era constante, lo entendió como una reafirmación del principio de relatividad de Galileo, y dedujo las consecuencias, ahora conocidas como la teoría de la relatividad especial, que incluyen la anterior fórmula auto-intuitiva.

Interacción con materiales transparentes

Refracción de la luz.

El √≠ndice de refracci√≥n de un material indica c√≥mo de lenta es la velocidad de la luz en ese medio comparada con el vac√≠o. La disminuci√≥n de la velocidad de la luz en los materiales puede causar la refracci√≥n, seg√ļn lo demostrado por este prisma (en el caso de una luz blanca que parte del prisma en un espectro de colores, la refracci√≥n se conocen como dispersi√≥n).

Al pasar a trav√©s de los materiales, la luz se propaga a una velocidad menor que c por el cociente llamado ¬ę√≠ndice de refracci√≥n¬Ľ del material. La rapidez de la luz en el aire es s√≥lo levemente menor que c. Medios m√°s densos, como el agua y el vidrio, pueden disminuir m√°s la rapidez de la luz, a fracciones como 3/4 y 2/3 de c. Esta disinuci√≥n de velocidad tambi√©n es responsable de doblar la luz en una interfase entre dos materiales con √≠ndices diferentes, un fen√≥meno conocido como refracci√≥n.

El índice de refracción "n" de un medio viene dado por la siguiente expresión, donde "v" es la velocidad de la luz en ese medio:

 n=\frac {c} {v}

Ya que la velocidad de la luz en los materiales depende del √≠ndice de refracci√≥n, y el √≠ndice de refracci√≥n depende de la frecuencia de la luz, la luz a diferentes frecuencias viaja a diferentes velocidades a trav√©s del mismo material. Esto puede causar distorsi√≥n en ondas electromagn√©ticas compuestas por m√ļltiples frecuencias; un fen√≥meno llamado dispersi√≥n.

Los ángulos de incidencia (i) y de refracción (r) entre dos medios, y los índices de refracción, están relacionados por la Ley de Snell. Los ángulos se miden con respecto al vector normal a la superficie entre los medios:

 n_{i} \cdot \sin{} \alpha_{i}=n_{r} \cdot \sin{}\alpha_{r}

A escala microscópica, considerando la radiación electromagnética como una partícula, la refracción es causada por una absorción continua y re-emisión de los fotones que componen la luz a través de los átomos o moléculas por los que está atravesando. En cierto sentido, la luz por sí misma viaja sólo a través del vacío existente entre estos átomos, y es impedida por los átomos. Alternativamente, considerando a la radiación electromagnética como una onda, las cargas de cada átomo (primariamente electrones) interfieren con los campos eléctricos y electromagnéticos de la radiación, retardando su progreso.

M√°s r√°pida que la luz

Véase también: Superlumínico

Una evidencia experimental reciente demuestra que es posible para la velocidad de grupo de la luz exceder c. Un experimento hizo que la velocidad de grupo de rayos l√°ser viajara distancias extremadamente cortas a trav√©s de √°tomos de cesio a 300 veces c. Sin embargo, no es posible usar esta t√©cnica para transferir informaci√≥n m√°s r√°pido que c: la rapidez de la transferencia de informaci√≥n depende de la velocidad frontal (la rapidez en la cual el primer incremento de un pulso sobre cero la mueve adelante) y el producto de la velocidad agrupada y la velocidad frontal es igual al cuadrado de la velocidad normal de la luz en el material.

El exceder la velocidad de grupo de la luz de esta manera, es comparable a exceder la velocidad del sonido emplazando personas en una línea espaciada equidistantemente, y pidiéndoles a todos que griten una palabra uno tras otro con intervalos cortos, cada uno midiendo el tiempo al mirar su propio reloj para que no tengan que esperar a escuchar el grito de la persona previa.

La rapidez de la luz tambi√©n puede parecer superada en cierto fen√≥meno que incluye ondas evanescentes, tales como t√ļneles cu√°nticos. Los experimentos indican que la velocidad de fase de ondas evanescentes pueden exceder a c; sin embargo, parecer√≠a que ni la velocidad agrupada ni la velocidad frontal exceden c, as√≠, de nuevo, no es posible que la informaci√≥n sea transmitida m√°s r√°pido que c.

En algunas interpretaciones de la mec√°nica cu√°ntica, los efectos cu√°nticos pueden ser retransmitidos a velocidades mayores que c (de hecho, la acci√≥n a distancia se ha percibido largamente como un problema con la mec√°nica cu√°ntica: ver paradoja EPR). Por ejemplo, los estados cu√°nticos de dos part√≠culas pueden estar enlazados, de manera que el estado de una part√≠cula condicione el estado de otra part√≠cula (expres√°ndolo de otra manera, uno debe tener un giro de +¬Ĺ y el otro debe girar -¬Ĺ). Hasta que las part√≠culas son observadas, √©stas existen en una superposici√≥n de dos estados cu√°nticos (+¬Ĺ, ‚Äď¬Ĺ) y (‚Äď¬Ĺ, +¬Ĺ). Si las part√≠culas son separadas y una de ellas es observada para determinar su estado cu√°ntico, entonces el estado cu√°ntico de la segunda part√≠cula se determina autom√°ticamente. Si, en algunas interpretaciones de mec√°nica cu√°ntica, se presume que la informaci√≥n acerca del estado cu√°ntico es local para una part√≠cula, entonces se debe concluir que la segunda part√≠cula toma su estado cu√°ntico instant√°neamente, tan pronto como la primera observaci√≥n se lleva a cabo. Sin embargo, es imposible controlar qu√© estado cu√°ntico tomar√° la primera part√≠cula cuando sea observada, as√≠ que ninguna informaci√≥n puede ser transmitida de esta manera. Las leyes de la f√≠sica tambi√©n parecen prevenir que la informaci√≥n sea transmitida a trav√©s de maneras m√°s astutas, y esto ha llevado a la formulaci√≥n de reglas tales como el teorema de no clonaci√≥n.

El llamado movimiento superluminar tambi√©n es visto en ciertos objetos astron√≥micos, tales como los jet de Galaxia activa, galaxias activas y cu√°sares. Sin embargo, estos jets no se mueven realmente a velocidades excedentes a la de la luz: el movimiento aparente superluminar es una proyecci√≥n del efecto causado por objetos movi√©ndose cerca de la velocidad de la luz en un √°ngulo peque√Īo del horizonte de visi√≥n.

Aunque puede sonar paradójico, es posible que las ondas expansivas se hayan formado con la radiación electromagnética, ya que una partícula cargada que viaja a través de un medio insolado, interrumpe el campo electromagnético local en el medio. Los electrones en los átomos del medio son desplazados y polarizados por el campo de la partícula cargada, y los fotones que son emitidos como electrones se restauran a sí mismos para mantener el equilibrio después de que la interrupción ha pasado (en un conductor, la interrupción puede ser restaurada sin emitir un fotón).

En circunstancias normales, estos fotones interfieren destructivamente unos con otros y no se detecta radiación. Sin embargo, si la interrupción viaja más rápida que los mismos fotones, los fotones interferirán constructivamente e intensificarán la radiación observada. El resultado (análogo a una explosión sónica) es conocido como radiación Cherenkov.

La habilidad de comunicarse o viajar m√°s r√°pido que la luz es un tema popular en la ciencia ficci√≥n. Se han propuesto part√≠culas que viajan m√°s r√°pido que la luz, taquiones, doblados[cita requerida] por la f√≠sica de part√≠culas, aunque nunca se han observado.

Algunos físicos (entre ellos João Magueijo y John Moffat) han propuesto que en el pasado la luz viajaba mucho más rápido que a la velocidad actual. Esta teoría se conoce como velocidad de la luz variable, y sus proponentes afirman que este fenómeno tiene la habilidad de explicar mejor muchos enigmas cosmológicos que su teoría rival, el modelo inflacionario del universo. Sin embargo, esta teoría no ha ganado suficiente aceptación.

En septiembre del 2011, en las instalaciones del CERN en Ginebra, del laboratorio subterr√°neo de Gran Sasso (Italia), se observaron unos neutrinos que aparentemente superaban la velocidad de la luz, llegando (60.7 ¬Ī 6.9 (stat.) ¬Ī 7.4 (sys.)) nanosegundos antes (que corresponde a unos 18 metros en una distancia total de 732 kil√≥metros).[4] Estos resultados a√ļn no se han verificado de forma independiente.[5]

Experimentos para retardar la luz

Fenómenos refractivos tales como el arco iris tienden a retardar la velocidad de la luz en un medio (como el agua, por ejemplo). En cierto sentido, cualquier luz que viaja a través de un medio diferente del vacío viaja a una velocidad menor que c como resultado de la refracción. Sin embargo, ciertos materiales tienen un índice de refracción excepcionalmente alto: en particular, la densidad óptica del condensado de Bose-Einstein puede ser muy alta.

En 1999, un equipo de cient√≠ficos encabezados por Lene Hau pudo disminuir la velocidad de un rayo de luz a cerca de 17 m/s, y en 2001 pudieron detener moment√°neamente un rayo de luz.[6]

En 2003, Mija√≠l Lukin, junto con cient√≠ficos de la Universidad Harvard y el Instituto de F√≠sica L√©bedev (de Mosc√ļ), tuvieron √©xito en detener completamente la luz al dirigirla a una masa de gas rubidio caliente, cuyos √°tomos, en palabras de Lukin, se comportaron como ¬ępeque√Īos espejos¬Ľ debido a los patrones de interferencia en dos rayos de control.[7]

Historia

Hasta tiempos relativamente recientes, la velocidad de la luz fue un tema sujeto a grandes conjeturas. Emp√©docles cre√≠a que la luz era algo en movimiento, y que por lo tanto en su viaje ten√≠a que transcurrir alg√ļn tiempo.

Arist√≥teles por el contrario, cre√≠a que ¬ęla luz est√° sujeta a la presencia de algo, pero no es el movimiento¬Ľ. Adem√°s, si la luz tiene una velocidad finita, √©sta ten√≠a que ser inmensa. Arist√≥teles afirm√≥: ¬ęLa tensi√≥n sobre nuestro poder de creencias es demasiado grande para creer esto¬Ľ.[cita requerida]

Una de las teorías antiguas de la visión es que la luz es emitida por el ojo, en lugar de ser generada por una fuente y reflejada en el ojo. En esta teoría, Herón de Alejandría adelantó el argumento de que la velocidad de la luz debería ser infinita, ya que cuando uno abre los ojos objetos distantes como las estrellas aparecen inmediatamente.

Islam

Los filósofos islámicos Avicena y Alhazen creían que la luz tenía una velocidad finita, aunque en este punto otros filósofos convinieron con Aristóteles.

Hinduismo

La escuela Ayran de filosofía en la antigua India también mantuvo que la velocidad de la luz era finita.

Europa

Johannes Kepler creía que la velocidad de la luz era finita ya que el espacio vacío no representa un obstáculo para ella. Francis Bacon argumentó que la velocidad de la luz no es necesariamente finita, ya que algo puede viajar tan rápido como para ser percibido.

René Descartes argumentó que si la velocidad de la luz era finita, el Sol, la Tierra y la Luna estarían perceptiblemente fuera de alineación durante un eclipse lunar. Debido a que tal desalineación no se ha observado, Descartes concluyó que la velocidad de la luz es infinita. De hecho, Descartes estaba convencido de que si la velocidad de la luz era finita, todo su sistema de filosofía sería refutado.

Medición de la velocidad de la luz

La historia de la medición de la velocidad de la luz comienza en el siglo XVII en los albores de la revolución científica. La mayor parte de los primeros experimentos para intentar medir la velocidad de la luz fracasaron debido a su alto valor, y tan solo se pudieron obtener medidas indirectas a partir de fenómenos astronómicos. En el siglo XIX se pudieron realizar los primeros experimentos directos de medición de la velocidad de la luz confirmando su naturaleza electromagnética y las ecuaciones de Maxwell.

Primeros intentos

En 1629 Isaac Beeckman, un amigo de Ren√© Descartes, propuso un experimento en el que se pudiese observar el flash de un ca√Ī√≥n reflej√°ndose en un espejo ubicado a 1,6 km del primero. En 1638, Galileo propuso un experimento, para medir la velocidad de la luz al observar la percepci√≥n del retraso entre el lapso de destapar una linterna a lo lejos. Ren√© Descartes critic√≥ este experimento como algo superfluo, en el hecho de que la observaci√≥n de eclipses, los cuales ten√≠an m√°s poder para detectar una rapidez finita, dio un resultado negativo. En 1667, este experimento se llev√≥ a cabo por la Academia del Cimento de Florencia, con las linternas separadas a 1,6 km sin observarse ning√ļn retraso. Robert Hooke explic√≥ los resultados negativos tal como Galileo hab√≠a dicho: precisando que tales observaciones no establecer√≠an la infinita velocidad de la luz, sino tan s√≥lo que dicha velocidad deb√≠a ser muy grande.

Primeras mediciones

En 1676 Ole R√łmer realiz√≥ el primer estimado cuantitativo de la velocidad de la luz, estudiando el movimiento del sat√©lite √ćo de J√ļpiter con un telescopio. Es posible medir el tiempo de la revoluci√≥n de √ćo debido a los movimientos de la sombra entrante/saliente de J√ļpiter en intervalos regulares. R√łmer observ√≥ que √ćo gira alrededor de J√ļpiter cada 42,5 h cuando la Tierra esta m√°s cerca de J√ļpiter. Tambi√©n observ√≥ que, como la Tierra y J√ļpiter se mueven separ√°ndose, la salida de √ćo fuera de la proyecci√≥n de la sombra comenzar√≠a progresivamente m√°s tarde de lo predicho. Las observaciones detalladas mostraban que estas se√Īales de salida necesitaban m√°s tiempo en llegar a la Tierra, ya que la Tierra y J√ļpiter se separaban cada vez m√°s. De este modo el tiempo extra utilizado por la luz para llegar a la Tierra pod√≠a utilizarse para deducir la rapidez de √©sta. 6 meses despu√©s, las entradas de √ćo en la proyecci√≥n de la sombra ocurr√≠an con mayor frecuencia ya que la Tierra y J√ļpiter se acercaban uno a otro. Con base a estas observaciones, R√łmer estim√≥ que la luz tardar√≠a 22 min en cruzar el di√°metro de la √≥rbita de la Tierra (es decir, el doble de la unidad astron√≥mica); las estimaciones modernas se acercan m√°s a la cifra de 16 min y 40 s.

Alrededor de la misma √©poca, la unidad astron√≥mica se estimaba en cerca de 140 millones de km. La unidad astron√≥mica y la estimaci√≥n del tiempo de R√łmer fueron combinados por Christian Huygens, quien consider√≥ que la velocidad de la luz era cercana a 1000 di√°metros de la Tierra por minuto, es decir, unos 220.000 km/s, muy por debajo del valor actualmente aceptado, pero mucho m√°s r√°pido que cualquier otro fen√≥meno f√≠sico entonces conocido.

Isaac Newton tambi√©n acept√≥ el concepto de velocidad finita. En su libro Opticks expone el valor m√°s preciso de 16 minutos por di√°metro,[cita requerida] el cual parece √©l dedujo por s√≠ mismo (se desconoce si fue a partir de los datos de R√łmer, o de alguna otra manera).

El mismo efecto fue subsecuentemente observado por R√łmer en un punto rotando con la superficie de J√ļpiter. Observaciones posteriores tambi√©n mostraron el mismo efecto con las otras tres lunas Galileanas, donde era m√°s dif√≠cil de observar al estar estos sat√©lites m√°s alejados de J√ļpiter y proyectar sombras menores sobre el planeta.

Aunque por medio de estas observaciones, la velocidad finita de la luz no fue establecida para la satisfacci√≥n de todos (notablemente Jean-Dominique Cassini), despu√©s de las observaciones de James Bradley (1728), la hip√≥tesis de velocidad infinita se consider√≥ totalmente desacreditada. Bradley dedujo que la luz de las estrellas cayendo sobre la Tierra parecer√≠an provenir en un √°ngulo leve, que podr√≠a ser calculado al comparar la velocidad de la Tierra en su √≥rbita con la velocidad de la luz. Se observ√≥ esta llamada aberraci√≥n de la luz, estim√°ndose en 1/200 de un grado.

Bradley calcul√≥ la velocidad de la luz en alrededor de 298.000 km/s. Esta aproximaci√≥n es solamente un poco menor que el valor actualmente aceptado. El efecto de aberraci√≥n fue estudiado extensivamente en los siglos posteriores, notablemente por Friedrich Georg Wilhelm Struve y Magnus Nyren.

Medidas directas

La segunda medida acertada de la velocidad de la luz usando un aparato terrestre fue realizada por Hippolyte Fizeau en 1849. El experimento de Fizeau era conceptualmente similar a aquellos propuestos por Beeckman y Galileo. Un rayo de luz se dirig√≠a a un espejo a cientos de metros de distancia. En su trayecto de la fuente hacia el espejo, el rayo pasaba a trav√©s de un engranaje rotatorio. A cierto nivel de rotaci√≥n, el rayo pasar√≠a a trav√©s de un orificio en su camino de salida y en otro en su camino de regreso. Pero en niveles ligeramente menores, el rayo se proyectar√≠a en uno de los dientes y no pasar√≠a a trav√©s de la rueda. Conociendo la distancia hacia el espejo, el n√ļmero de dientes del engrane, y el √≠ndice de rotaci√≥n, se podr√≠a calcular la velocidad de la luz. Fizeau report√≥ la velocidad de la luz como 313.000 km/s. El m√©todo de Fizeau fue refinado m√°s tarde por Marie Alfred Cornu (1872) y Joseph Perrotin (1900) pero fue el f√≠sico franc√©s L√©on Foucault quien m√°s profundiz√≥ en la mejoras del m√©todo de Fizeau al reemplazar el engranaje con un espejo rotatorio. El valor estimado por Foucault, publicado en 1862, fue de 298.000 km/s. El m√©todo de Foucault tambi√©n fue usado por Simon Newcomb y Albert Michelson, quien comenz√≥ su larga carrera replicando y mejorando este m√©todo.

En 1926, Michelson utiliz√≥ espejos rotatorios para medir el tiempo que tardaba la luz en hacer un viaje de ida y vuelta entre la monta√Īa Wilson y la monta√Īa San Antonio en California. Las medidas exactas rindieron una velocidad de 299.796 km/s.

Relatividad

Con base en el trabajo de James Clerk Maxwell, se sabe que la velocidad de la radiación electromagnética es una constante definida por las propiedades electromagnéticas del vacío (constante dieléctrica y permeabilidad).

En 1887, los f√≠sicos Albert Michelson y Edward Morley realizaron el influyente experimento Michelson-Morley para medir la velocidad de la luz relativa al movimiento de la Tierra. La meta era medir la velocidad de la Tierra a trav√©s del √©ter, el medio que se pensaba en ese entonces necesario para la transmisi√≥n de la luz. Tal como se muestra en el diagrama de interfer√≥metro de Michelson, se utiliz√≥ un espejo con media cara plateada para dividir un rayo de luz monocrom√°tica en dos rayos viajando en √°ngulos rectos uno respecto del otro. Despu√©s de abandonar la divisi√≥n, cada rayo era reflejado de ida y vuelta entre los espejos en varias ocasiones (el mismo n√ļmero para cada rayo para dar una longitud de trayectoria larga pero igual; el experimento Michelson-Morley actual usa m√°s espejos) entonces una vez recombinados producen un patr√≥n de interferencia constructiva y destructiva.

Cualquier cambio menor en la velocidad de la luz en cada brazo del interferómetro cambiaría la cantidad de tiempo gastada en su tránsito, que sería observado como un cambio en el patrón de interferencia. En el acontecimiento, el experimento dio un resultado nulo.

Ernst Mach estuvo entre los primeros físicos que sugirieron que el resultado del experimento era una refutación a la teoría del éter. El desarrollo en física teórica había comenzado a proveer una teoría alternativa, la contracción de Lorentz, que explicaba el resultado nulo del experimento.

Es incierto si Einstein sabía los resultados de los experimentos de Michelson y Morley, pero su resultado nulo contribuyó en gran medida a la aceptación de su teoría de relatividad. La teoría de Einstein no requirió un elemento etérico sino que era completamente consistente con el resultado nulo del experimento: el éter no existe y la velocidad de la luz es la misma en cada dirección. La velocidad constante de la luz es uno de los postulados fundamentales (junto con el principio de causalidad y la equivalencia de los marcos de inercia) de la relatividad especial.

Véase también

Referencias

  1. ‚ÜĎ Michael De Podesta (2002). Understanding the Properties of Matter. CRC Press. pp. 131. ISBN 0415257883. http://books.google.com/books?id=h8BNvnR050cC&pg=PA131&lpg=PA131. 
  2. ‚ÜĎ ¬ęFundamental Physical Constants: Speed of light in vacuum; c, c0¬Ľ. physics.nist.gov.
  3. ‚ÜĎ James Jespersen, Jane Fitz-Randolph and John Robb (1999). From Sundials to Atomic Clocks: Understanding time and frequency (Reprint of National Bureau of Standards 1977, 2nd edici√≥n). Courier Dover. pp. 280. ISBN 0486409139. http://books.google.com/books?id=Z7chuo4ebUAC&pg=PA280. 
  4. ‚ÜĎ OPERA (2011). ¬ęMeasurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam¬Ľ. arXiv:1109.4897 [hep-ex]. 
  5. ‚ÜĎ Collins, N. ¬ęSpeed of light broken - an expert's view¬Ľ. Consultado el 23-09-2011.
  6. ‚ÜĎ Katz, Ricardo Santiago. ¬ęLene Hau: Ralentiz√≥ un rayo luminoso¬Ľ, Agencia Nova, 25 de junio de 2007. Consultado el 29 de septiembre de 2011.
  7. ‚ÜĎ Glanz, James. ¬ęLograron detener por completo y luego relanzar un rayo de luz¬Ľ, Diario Clar√≠n, 19 de enero de 2001. Consultado el 29 de septiembre de 2011.

Referencias históricas

  • FIZEAU, H. L.: ¬ęSur une experience relative a la vitesse de propogation de la lumiere¬Ľ, Comptes Rendus 29, 90-92, 132, 1849 (en franc√©s).
  • FOUCAULT, J. L.: ¬ęDetermination experimentale de la vitesse de la lumiere: parallaxe du Soleil¬Ľ, en Comptes Rendus 55, 501-503, 792-796, 1862 (en franc√©s).
  • HALLEY, Edmund: ¬ęMonsieur Cassini, his New and Exact Tables for the Eclipses of the First Satellite of Jupiter, reduced to the Julian Stile and Meridian of London¬Ľ, en Philosophical Transactions 18, n.¬ļ 214, p√°g. 237-256, diciembre de 1694 (en ingl√©s).
  • MICHELSON, A. A.: ¬ęExperimental Determination of the Velocity of Light¬Ľ, Proceedings of the American Association for the Advancement of Science 27, 71-77, 1878 (en ingl√©s).
  • MICHELSON, A.A., F. G. PEASE y F. PEARSON: ¬ęMeasurement Of The Velocity Of Light In A Partial Vacuum¬Ľ, Astrophysical Journal 82, 26-61, 1935 (en ingl√©s).
  • NEWCOMB, Simon: ¬ęThe Velocity of Light¬Ľ, en revista Nature, p√°g. 29-32, 13 de mayo de 1886 (en ingl√©s).
  • PERROTIN, Joseph: ¬ęSur la vitesse de la lumiere¬Ľ, en Comptes Rendus 131, 731-734, 1900 (en franc√©s).
  • R√ėMER, Ole: ¬ęD√©monstration touchant le mouvement de la lumi√®re¬Ľ, en Journal des S√ßavans, 7 de diciembre de 1676, p√°g. 223-236 (disponible en franc√©s como s√≥lo texto en: astro.campus.ecp.fr), traducido como ¬ęA Demonstration concerning the Motion of Light¬Ľ, en Philosophical Transactions of the Royal Society, n.¬ļ 136, p√°g. 893-894; 25 de junio de 1677, disponible en franc√©s como s√≥lo texto en: astro.campus.ecp.fr).

Referencias modernas

  • JACKSON, John David: Classical electrodynamics, ISBN 0-471-30932-X, John Wiley & Sons, 2¬™ edici√≥n, 1975; 3¬™ edici√≥n, 1998 (en ingl√©s).
  • KAK, Subhash: ¬ęThe Speed of Light and PurńĀnic Cosmology¬Ľ, en T. R. N. Rao y Subhash Kak, Computing Science in Ancient India (p√°g. 80-90), disponible en e-print physics/9804020 en el arXiv, USL Press, Lafayette, 1998 (en ingl√©s).
  • MACKAY, R. J., y R. W. OLDFORD: ¬ęScientific Method, Statistical Method and the Speed of Light¬Ľ, disponible en [1]), en Statistical Science 15(3), p√°g. 254-278, 2000 (en ingl√©s).

Enlaces externos


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