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Midiendo la Velocidad de la Luz

Cómo se puede medir la velocidad de la luz?

Esa es una muy buena pregunta.  Al comienzo del siglo XVII muchos científicos creían que no había tal cosa como la "velocidad de la luz", ellos pensaban que la luz podía viajar cualquier distancia en forma instantánea.  Galileo no estaba de acuerdo y diseñó un experimento para medir la velocidad de la luz: él y su asistente cada uno tomó una lámpara con rejillas y se colocaron en la cima de montañas a una milla de distancia. Galileo abría la rejilla de su lámpara y el asistente debía abrir la suya tan pronto como viera la luz de la lámpara de Galileo. De esta manera Galileo podría calcular cuánto tiempo habría pasado antes de que él viera la luz de su asistente desde la otra montaña.


Y así el podría dividir la distancia por el tiempo medido para calcular la velocidad de la luz.  Y funcionó el experimento? No. El problema fué que la velocidad de la luz es simplemente muy rápida para ser medida de esta forma; en efecto tomaría muy poco tiempo (cerca de 0,000005 segundos) para viajar esa distancia y no había forma de que Galileo pudiera medir ese intervalo con los instrumentos a su disposición.

Entonces lo que se necesitaría sería una distancia realmente grande para que la luz la recoriera, algo así como millones de kilómetros.  Cómo sería posible que alguien hiciera un experimento así?

Bien....durente la década de 1670, el astrónomo Danés Ole Roemer estaba haciendo una observación muy cuidadosa de Io, una de las lunas de Júpiter. El punto negro de la imagen a la derecha es la sombra de Io. Esta luna completa una órbita cada 1.76 días; este tiempo siempre es igual, así que Roemer esperaba poder predecir su movimiento con gran precisión.   Para su asombro, descubrió que la luna no siempre aparecía donde se suponía que debía estar.  En ciertos períodos del año parecía estar atrasada en su horario y en otros se adelantaba.

Imagen de Júpiter,su satélite Io y la sombra de Io, tomada por el Telescopo Espacial Hubble


Eso si es raro.  Por qué orbitaría más rápido en cierta época y más lento en otra?

Eso es exactamente lo que Roemer se preguntó y nadie pudo darle una respuesta plausible.   Sin embargo Roemer notó que Io parecía adelantarse en su órbita cuando la tierra estaba más cerca de Júpiter y parecía atrasarse cuando la Tierra estaba más lejos.

Esto tiene algo que ver con la velocidad de la luz.  Pero aún no consigo ver donde encaja.

Bien, piense en esto: si la luz no viaja infinitamente rápido, entonces le debe tomar algún tiempo para viajar desde Júpiter a la Tierra.  Supongamos que le toma una hora. Entonces, cuando usted observa a Júpiter a través de un telescopio, lo que realmente está viendo es la luz que arrancó una hora atrás--Usted está viendo a Júpiter y a su luna como eran una hora en el pasado.

Un momento--me parece que ya veo a donde conduce esto. Cuando Júpiter está más lejos, le llevará más tiempo aún a la luz para llegar aquí, de forma que Roemer estaba viendo a Io como era un poco más temprano que usualmente--tal vez una hora y quince minutos antes, en lugar de una hora.  Y lo opuesto ocurría cuando Júpiter y la Tierra estaban más cerca.  Así que Io no estaba cambiando su órbita en absoluto; simplemente parecía estar en diferentes lugares dependiendo de cuánto tiempo le tomara a su luz para llegar aquí.

Muy bien!  Ahora, conociendo la aparente variación en el ritmo de la órbita de Io y sabiendo cuánto varía la distancia entre la Tierra y Júpiter, Roemer fué capaz de calcular el valor de la velocidad de la luz.  La cifra que obtuvo fué de 186.000 millas por segundo, o sea 300.000 Kilómetros por segundo.

En los años que siguieron, a medida que se desarrollaban mejores equipos y tecnologías, muchas otras personas pudieron medir la velocidad de la luz con mayor precisión.   Con los recursos de la tecnología moderna, podemos medirla con un increíble nivel de precisión.  Por ejemplo, los astronautas fijaron un espejo en una roca de la luna; los científicos en la Tierra pueden apuntar un laser a este espejo y medir el tiempo que gasta un pulso de laser--cerca de dos y medio segundos para hacer el viaje redondo. (Si se piensa bien, la idea tras este experimento no es tan diferente de la que propuso Galileo...) Y cualquiera que haya medido la velocidad de la luz, en cualquier época, usando cualquier método, siempre obtuvo elmismo resultado: ligeramente menos de 300.000 Kilómetros por segundo.

Otros tipos de radiación electromagnética, como las ondas de radio y las microondas, se supone que viajan a la misma velocidad que la luz. También se ha medido su velocidad?

Sí; en 1888, más de 200 años después de las observaciones de Roemer, Heinrich Hertz generó algunas ondas electromagnéticas en su laboratorio. El midió su velocidad y llegó a la cifra familiar de 300.000 Km/s--una evidencia muy fuerte de que la luz y las radiaciones electromagnéticas son una misma cosa.