¿A qué velocidad se propaga la luz en el vacío?
La velocidad de la luz en el vacío es un índice muy utilizado en física y ha permitido en su momento realizar numerosos descubrimientos y explicar la naturaleza de muchos fenómenos. Hay que aprender algunos puntos importantes para entender el tema y comprender cómo y en qué condiciones se descubrió.
Cuál es la velocidad de la luz
La velocidad de la luz en el vacío se considera una magnitud absoluta que refleja la rapidez de propagación de la radiación electromagnética. Se utiliza mucho en física y se indica con una letra latina pequeña "c" (pronunciada "Ce").
Según la mayoría de los investigadores y científicos, la velocidad de la luz en el vacío es la máxima velocidad posible a la que se propagan las partículas y los distintos tipos de radiación.
En cuanto a los ejemplos de fenómenos, son los siguientes:
- La luz visible procedente de cualquier fuente.
- Todos los tipos de radiación electromagnética (por ejemplo, los rayos X y las ondas de radio).
- Ondas gravitacionales (aquí algunos expertos no están de acuerdo).
Muchos tipos de partículas pueden viajar a una velocidad cercana a la de la luz, pero no la alcanzan.
El valor exacto de la velocidad de la luz
Los científicos llevan muchos años intentando determinar cuál es la velocidad de la luz, pero las mediciones exactas se realizaron en la década de 1970. Al final la cifra era de 299.792.458 metros por segundo con una desviación máxima de +/-1,2 metros. Hoy en día es una unidad física inmutableComo la distancia de un metro es de 1/299 792 458 segundos, esto es lo que tarda la luz en el vacío en recorrer 100 cm.
Para simplificar el cálculo, la cifra se simplifica a 300.000.000 m/s (3×108 m/s). Todo el mundo lo sabe por la física escolar, que es donde se mide la velocidad de esta forma.
El papel fundamental de la velocidad de la luz en la física
Este es uno de los principales indicadores, independientemente del marco de referencia que se utilice en el estudio. Es independiente del movimiento de la fuente de la onda, lo que también es importante.
La invariancia fue adoptada como postulado por Albert Einstein en 1905. Esto ocurrió después de que otro científico, Maxwell, propusiera la teoría del electromagnetismo tras no encontrar pruebas de la existencia de un éter portador de luz.
La afirmación de que los efectos causales no pueden transportarse a velocidades superiores a la de la luz se considera ahora bien fundada.
¡Por cierto! Los físicos no niegan que algunas de las partículas puedan moverse a una velocidad superior a la cifra en cuestión. Pero no pueden utilizarse para transmitir información.
Referencias históricas
Para entender las peculiaridades del tema y averiguar cómo se descubrieron ciertos fenómenos, hay que estudiar los experimentos de algunos científicos. En el siglo XIX se hicieron muchos descubrimientos que ayudaron a los científicos más adelante, sobre todo en relación con la corriente eléctrica y los fenómenos de inducción magnética y electromagnética.
Los experimentos de James Maxwell
La investigación del físico confirmó la interacción de las partículas a distancia. Esto permitió a Wilhelm Weber desarrollar una nueva teoría del electromagnetismo. Maxwell también estableció claramente el fenómeno de los campos magnéticos y eléctricos y determinó que podían producirse mutuamente para formar ondas electromagnéticas. Este científico fue el pionero en el uso de la denominación "c", que aún hoy utilizan los físicos de todo el mundo.
Por ello, la mayoría de los investigadores ya hablaban de la naturaleza electromagnética de la luz. Maxwell, al investigar la velocidad de propagación de las excitaciones electromagnéticas, llegó a la conclusión de que era igual a la velocidad de la luz, hecho que le sorprendió en su momento.
Las investigaciones de Maxwell dejaron claro que la luz, el magnetismo y la electricidad no son conceptos separados. En conjunto, estos factores determinan la naturaleza de la luz, porque es una combinación de un campo magnético y eléctrico que se propaga por el espacio.
Michelson y su experimento para demostrar el carácter absoluto de la velocidad de la luz
A principios del siglo pasado, la mayoría de los científicos utilizaban el principio de relatividad de Galileo, que sostenía que las leyes de la mecánica eran las mismas independientemente del marco de referencia utilizado. Pero según la teoría, la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas debe cambiar a medida que la fuente se mueve. Esto iba en contra de los postulados de Galileo y de la teoría de Maxwell, que fue el motivo de la investigación.
En aquella época, la mayoría de los científicos se inclinaban por la "teoría del éter", en la que los indicadores no dependían de la velocidad de su fuente, considerándose las características del medio como el principal factor determinante.
Dado que la Tierra se mueve en el espacio en una dirección determinada, la velocidad de la luz, según la ley de adición de velocidades, será diferente cuando se mida en distintas direcciones. Pero Michelson no encontró ninguna diferencia en la propagación de las ondas electromagnéticas, independientemente de la dirección en la que se realizaran las mediciones.
La teoría del éter no podía explicar la existencia de la magnitud absoluta, lo que mostraba aún mejor su falacia.
La teoría especial de la relatividad de Albert Einstein
El entonces joven científico presentó una teoría que iba en contra de las creencias de la mayoría de los investigadores. Según ella, el tiempo y el espacio tienen características que garantizan que la velocidad de la luz en el vacío permanece constante independientemente del marco de referencia elegido. Esto explicaba los experimentos fallidos de Michelson, ya que la velocidad de propagación de la luz no depende del movimiento de su fuente.
[tds_council]Una confirmación indirecta de la corrección de la teoría de Einstein fue la "relatividad de la simultaneidad", cuya esencia se muestra en la figura[/tds_council].
Cómo se medía antes la velocidad de la luz
Ha habido muchos intentos de determinar este indicador, pero debido al bajo nivel de desarrollo de la ciencia, antes era problemático hacerlo. Por ejemplo, los científicos de la antigüedad creían que la velocidad de la luz era infinita, pero más tarde muchos investigadores lo pusieron en duda, lo que llevó a una serie de intentos por determinarla:
- Galileo utilizó antorchas. Para calcular la velocidad de propagación de las ondas luminosas, él y su ayudante se encontraban en unas colinas, cuya distancia se determinaba con precisión. Entonces, uno de los participantes abría la linterna y el otro hacía lo mismo en cuanto veía la luz. Pero este método no tuvo éxito debido a la gran velocidad de propagación de la onda y a la imposibilidad de determinar el intervalo de tiempo exacto.
- Olaf Remer, un astrónomo danés, se dio cuenta de una peculiaridad mientras observaba a Júpiter. Cuando la Tierra y Júpiter se encontraban en puntos opuestos de sus órbitas, el eclipse de Io (el satélite de Júpiter) se produjo con 22 minutos de retraso respecto al propio planeta. Sobre esta base, concluyó que la velocidad de propagación de las ondas luminosas no es infinita y tiene un límite. Según sus cálculos, el índice era de aproximadamente 220.000 km por segundo.
![Determinación de la velocidad de la luz por Rehmer.]()
Determinación de la velocidad de la luz según Rehmer. - Por la misma época, el astrónomo inglés James Bradley descubrió el fenómeno de la aberración luminosa, por el que la posición de las estrellas en el cielo y la distancia a la que se encuentran cambian constantemente debido al movimiento de la Tierra alrededor del Sol y también a su rotación alrededor de su eje. Debido a estas características, las estrellas describen una elipse durante cada año. Mediante cálculos y observaciones, el astrónomo calculó la velocidad, que era de 308 000 km por segundo.
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La aberración de la luz - Louis Fizeau fue el primero en decidir el índice exacto mediante un experimento de laboratorio. Colocó un vaso con una superficie de espejo a una distancia de 8633 m de la fuente, pero como la distancia es corta, fue imposible hacer cálculos de tiempo precisos. El científico colocó entonces una rueda dentada, que con sus engranajes cubría periódicamente la luz. Al variar la velocidad de la rueda, Fizeau determinó a qué velocidad la luz no tenía tiempo de pasar entre los engranajes y regresar. Calculó una velocidad de 315.000 kilómetros por segundo.
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El experimento de Louis Fizeau.
Medir la velocidad de la luz
Esto puede hacerse de varias maneras. No es necesario desglosarlas en detalle, se necesitaría un resumen separado para cada una. Por lo tanto, lo más fácil es clasificar las variedades:
- Mediciones astronómicas. Aquí es donde más se utilizan los métodos Remer y Bradley, ya que han demostrado su eficacia y no se ven afectados por el aire, el agua u otras condiciones ambientales. En un vacío cósmico, la precisión de las mediciones aumenta.
- Resonancia de la cavidad o efecto de la cavidad - es el nombre que recibe el fenómeno de las ondas magnéticas estacionarias de baja frecuencia entre la superficie del planeta y la ionosfera. Utilizando fórmulas especiales y equipos de medición, es fácil calcular la velocidad de las partículas en el aire.
- Interferometría - Conjunto de técnicas de investigación en las que se suman varios tipos de ondas. De este modo, se produce un efecto de interferencia que permite realizar numerosas mediciones de las vibraciones electromagnéticas y acústicas.
Con un equipo especial, se pueden realizar mediciones sin necesidad de técnicas especiales.
¿Es posible el FTL?
Según la teoría de la relatividad, superar la velocidad de una partícula física viola el principio de causalidad. Por ello, es posible la transmisión de señales del futuro al pasado y viceversa. Pero, al mismo tiempo, la teoría no niega que pueda haber partículas que se muevan más rápido al interactuar con sustancias ordinarias.
Este tipo de partícula se llama taquión. Cuanto más rápido se mueven, menos energía llevan.
Lección de vídeo: experimento de Fizeau. Medir la velocidad de la luz. Física 11º grado.
La velocidad de la luz en el vacío es una constante y muchos fenómenos de la física se basan en ella. Su definición supuso un nuevo hito en el desarrollo de la ciencia porque explicaba muchos procesos y simplificaba una serie de cálculos.