Por largo tiempo, la luz fue un fenómeno misterioso, y fueron los antiguos griegos quienes por primera vez discutieron sobre cómo se movía la luz. Empédocles de Agrigento (492-432, a.C.), planteaba que la luz del Sol se debía demorar un cierto tiempo en alcanzar la tierra, es decir, pensaba que la luz tenia una velocidad finita, al final, se impuso la idea de Aristóteles (384-322, a.C.), quien consideraba que la luz “era instantánea”, es decir, que su velocidad era infinita.
Hasta el s. XI, existían dos teorías opuestas sobre la luz y la visión: para la teoría de la emisión, la visión se producía mediante rayos que emanaban de los ojos; para la teoría de la intromisión eran los rayos que llegaban a los ojos provenientes de los objetos los que nos permitían verlos. Para la primera teoría, la velocidad de los “rayos visuales” debía ser infinita, ya que si abrimos los ojos durante la noche, vemos las estrellas inmediatamente. En este siglo el científico árabe Alhazén (965 – 1040) publico un libro de óptica que se considero el de mayor autoridad en la materia hasta el s. XVII. En éste libro publicado en 1201, demostró con sus experimentos que la teoría de la intromisión era la correcta, y planteo (con acierto) que la luz debía tener una velocidad finita.
La luz se mueve tan rápido que la experiencia cotidiana no parece indicarnos que el valor de su velocidad sea finito. Es comprensible, por tanto, que los científicos creyesen (o incluso diesen por sentado) hasta el siglo XVII que la luz se transmitía de forma instantánea, ya que a causa de su alta velocidad, cualquier experimento destinado a medirla no podía producir resultados detectables.
En 1629, Isaac Beeckman (1588 – 1637) sugirió determinar la velocidad de la luz observando el reflejo de un cañonazo en un espejo distante, y Galileo Galilei (1564 – 1642) en 1638 diseñó un experimento basado en la medida del tiempo transcurrido en el intercambio de señales luminosas entre dos personas. En ambos procedimientos, como se sabe interviene el tiempo de reacción del ser humano, un factor limítate que llevó al fracaso sus intentos.
La experiencia común les indicaba que entre el instante en que el fogonazo de un cañón llega a sus ojos y el momento en que el sonido podía ser escuchado había un tiempo apreciable, de lo que concluyeron que la luz se movía mucho más rápido que el sonido y que si la velocidad de la luz no era instantánea debería ser extraordinariamente rápida.
Con tan limitada información no era posible, por supuesto, llegar más lejos. A causa de que en ese tiempo no se disponía de la tecnología suficiente para determinar una velocidad tan grande, los primeros resultados aparecieron hasta el s. XVII.
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. Todo empezó cuando Galileo dirigió su telescopio a Júpiter. Inmediatamente se dio cuanta que tenía cuatro satélites. 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 (por aquella época no existía), así que no pudo hacer mucho.
En 1676, el astrónomo danés Ole Romer (1644 – 1710), obtuvo el primer valor finito de la velocidad de la luz. Observando las ocultaciones y emersiones de la luna Ío del cono de sombra de su propio planeta, se dio cuenta de que el tiempo que transcurría entre estos eventos no era constante, sino que dependía de si la Tierra se acercaba o alejaba de Júpiter. Romer dedicó muchas horas a observar detalladamente el movimiento de Ío. Se dio cuenta de que se podía medir cuanto tardaba el satélite en dar una vuelta alrededor de Júpiter observando sus movimientos de entrada y salida en la sombra de Júpiter. Estimo que, aproximadamente, tardaba 42.5 horas. Pero algo no estaba bien.
En algunos momentos, Ío salía de la sombra de Júpiter más tarde de lo previsto. Eso desconcertó a Romer. ¿Era posible que Ío no tardara siempre lo mismo en hacer el recorrido? ¿Era perezosa? ¿Cómo? No tenia mucho sentido, hasta que se percató de que Ío tardaba mucho más cuando Júpiter y la Tierra estaban separándose, pero que tardaba menos cuando se aproximaban.
Era la luz. Su velocidad era tan rápida que no se podía estimar usando un kilómetro de distancia (como lo había intentado Galileo), se necesitaba una distancia planetaria para ello. Romer estimó que la luz tardaría 11 minutos en llegar a la Tierra desde el Sol. Se equivocó por muy poco ( en realidad son unos 8 minutos con 20 segundos), pero no por el método, sino porque la distancia del diámetro de la órbita terrestre que usó no era correcta.
Así, teniendo en cuenta que la velocidad orbital de Ío no debería depender de su separación respecto a nosotros, Romer concluyó que la diferencia temporal se debía a la distancia extra que la luz tenía que recorrer cuando ambos planetas se encontraban más alejados entre sí. Con el valor comúnmente aceptado para el diámetro de la órbita terrestre, dedujo como valor para la velocidad de la luz 2.14 X 108 m/s. Un número que resultó escalofriante: en un segundo la luz sería capaz de recorrer una distancia de cinco veces la circunferencia de la Tierras. En realidad Romer se quedo corto, pues esa distancia es, en rigor, ¡más de siete veces!
Medio siglo más tarde, en 1726/7, el físico inglés James Bradley [1693 – 1762] intentó medir la distancia de una estrella mediante la observación de la orientación de la misma en dos momentos distantes del año. Con el movimiento de traslación de la Tierra, Bradley pretendía obtener una triangulación que le permitiera medir esta distancia. Una vez tuvo las medidas, se percató de un problema en ellas, explicándolo mediante la aberración (desplazamiento aparente de las estrellas debido al movimiento de la Tierra alrededor del Sol) estelar.
Tres años más tarde, mientras Bradley observaba Draco, teniendo en cuenta la aberración que él mismo había descubierto y la conocida velocidad de la Tierra en torno al Sol, Bradley obtuvo un valor de la velocidad de la luz de 3.01 X 108 m/s. Pero aún quedaba medir la velocidad de la luz en un laboratorio.
Con ayuda de ruedas dentadas o espejos rotatorios, mediante montajes ópticos, los franceses Armand Hippolyte Louis Fizeau (1819 – 1896) en 1849 y Léon Foucault (1819 – 1868) en 1862, intentaron medir la velocidad de la luz, pero sin que sus mediciones mejoraran notablemente el valor establecido por Bradley años atrás.
Fizeau, fue el primero que midió la velocidad de la luz por un método no astronómico (primera medición de la velocidad de la luz en la Tierra), obteniendo un valor de 3.13 X 108 m/s. Para ello utilizó la reflexión de la luz en un espejo situado a 8 kilómetros de distancia. Hizo pasar la luz por un disco obturador dentado que rotaba a una velocidad dada, generando con ello “paquetes de luz”. Estos paquetes sólo podían ser observados en la siguiente hendidura (después de recorrer la distancia mencionada) cuando el obturador alcanzaba una velocidad determinada. En 1850 demostró que la luz se desplaza más lentamente por el agua que por el aire. Foucault, mejoró notablemente el método de Fizeau sustituyendo un espejo giratorio por la rueda dentada, obteniendo un valor de 2.98 X 108 m/s.
El físico norteamericano Albert A. Michelson (1852 – 1931), (el mismo del experimento Michelson – Morley), realizó sus primeras mediciones de la velocidad de la luz en 1877 con una precisión que mejoró diez veces las anteriores. Con 73 años de edad hizo que la luz efectuara un recorrido de ida y vuelta entre la cima de dos montañas de California y calculó su velocidad con una exactitud impresionante. En 1926 reporto el valor de 2.99796 X 108 m/s con una incertidumbre de 4 X 103 m/s cuyo margen en error experimental coincide con la aceptada actualmente. Posteriormente se ha logrado ir superando la precisión de la medición con interferómetros de microondas, o con el uso de láseres de alta calidad espectral y relojes de cesio de alta precisión. Con estos métodos en 1973 se obtuvo el valor de 2.997924574 X 108 m/s con una incertidumbre de ¡1 m/s!. Ninguna otra medición de la velocidad de la luz ha logrado una precisión que mejore significativamente éste valor. De modo que se ha definido el valor de la velocidad de la luz como 2.997924574 X 108 m/s sin incertidumbre.
Deja un comentario