Velocidad de la luz

¿A qué velocidad va la luz?

La luz que se mueve por el espacio vacío recorre exactamente 299.792.458 metros cada segundo. Eso son unos 300.000 km por segundo, o aproximadamente 1.080 millones de kilómetros por hora.

La palabra exactamente importa aquí. Desde 1983 el propio metro se define a partir de la luz: un metro es la distancia que recorre la luz en 1/299.792.458 de segundo. Así que la velocidad ya no es algo que medimos con más precisión cada año. Es un número fijo, y nuestras reglas se construyen en torno a él.

La luz se frena al atravesar materiales. En el agua avanza a unas tres cuartas partes de su velocidad en el vacío, y en el vidrio a unos dos tercios. Cuando los científicos dicen "la velocidad de la luz" sin más detalle, se refieren a la velocidad en el vacío, que suele escribirse con la letra c.

Rømer y las lunas de Júpiter

Durante la mayor parte de la historia se supuso que la luz llegaba al instante. La primera prueba sólida en contra llegó en 1676 de la mano del astrónomo danés Ole Rømer, que trabajaba en el Observatorio de París.

Rømer cronometraba Ío, la luna grande más interior de Júpiter. Ío se oculta en la sombra de Júpiter con un ritmo regular, cada unas 42,5 horas. Se dio cuenta de que estos eclipses llegaban un poco antes cuando la Tierra se acercaba a Júpiter y un poco tarde cuando se alejaba.

Su explicación fue sencilla y audaz. Cuando la Tierra está más lejos de Júpiter, la luz de Ío tiene que recorrer una distancia extra, así que la noticia de cada eclipse nos llega más tarde. Rømer calculó que el retraso a lo ancho de toda la órbita terrestre era de unos 22 minutos; la cifra real se acerca más a 17. El científico neerlandés Christiaan Huygens combinó ese retraso con el tamaño estimado de la órbita terrestre y obtuvo unos 211.000 km por segundo. El número era demasiado bajo, pero la idea clave era correcta: la luz tiene una velocidad finita.

Fizeau, Michelson y cifras precisas

En 1849 el físico francés Hippolyte Fizeau midió por primera vez la velocidad de la luz en la Tierra. Hizo pasar un haz por los huecos de una rueda dentada que giraba muy deprisa, hacia un espejo situado a unos 8 km. Con la velocidad de giro adecuada, la luz de vuelta quedaba bloqueada por el diente siguiente. A partir de la velocidad de la rueda y de la distancia obtuvo un valor que se alejaba alrededor de un 5 por ciento del actual.

Más adelante, a finales del siglo XIX y hasta los años veinte, el físico estadounidense Albert Michelson perfeccionó el método con espejos giratorios. En una famosa serie de medidas envió luz entre dos montañas de California separadas unos 35 km. Sus resultados quedaron a menos de un kilómetro por segundo del valor actual. Michelson fue el primer estadounidense en ganar un Premio Nobel de Física, en 1907, en gran parte por este tipo de trabajo óptico de precisión.

Por qué nada con masa puede alcanzarla

La teoría especial de la relatividad de Einstein, publicada en 1905, explica por qué la velocidad de la luz actúa como un límite de velocidad cósmico. Una de sus ideas centrales es que la luz se mueve a la misma velocidad para todos los observadores, sin importar lo rápido que se muevan.

Una consecuencia es que empujar un objeto con masa cuesta más cuanto más rápido va. Cerca de la velocidad de la luz, cada empujón extra añade cada vez menos velocidad. Para llegar exactamente a la velocidad de la luz, el objeto necesitaría una cantidad infinita de energía, algo que ningún cohete ni acelerador de partículas puede proporcionar.

La luz en sí no tiene masa, así que siempre viaja a c. El Gran Colisionador de Hadrones acelera protones a más del 99,9999 por ciento de la velocidad de la luz, pero nunca llegan del todo.

Tiempos de viaje de la luz en el espacio

Como el espacio es tan grande, incluso la luz necesita tiempo para cruzarlo. La luz del Sol sale de él y llega a la Tierra unos 8 minutos y 20 segundos después. La luz reflejada por la Luna tarda solo alrededor de 1,3 segundos.

Marte es un buen ejemplo de cómo afecta esto a las misiones reales. Según dónde estén los dos planetas en sus órbitas, una señal de radio tarda aproximadamente de 3 a 22 minutos en un sentido. Un conductor de rovers en la Tierra no puede dirigirlo en tiempo real, así que los rovers ejecutan órdenes planificadas y usan su propio software para evitar peligros.

Más lejos, los retrasos crecen. La Voyager 1, la nave más lejana, está tan lejos que sus señales tardan casi un día entero en llegarnos.

Mirar el cielo es mirar al pasado

Cada vez que ves algo en el cielo, lo ves tal como era cuando su luz partió. El Sol que ves es el Sol de hace unos 8 minutos. Una estrella brillante como Sirio aparece como era hace más de 8 años.

En las galaxias el efecto se vuelve enorme. La luz de la galaxia de Andrómeda salió de ella hace unos 2,5 millones de años. El telescopio espacial James Webb recoge luz que empezó su viaje hace más de 13.000 millones de años, así que los astrónomos pueden estudiar galaxias jóvenes tal como eran poco después del comienzo del universo.

Esta es una de las herramientas más útiles de la astronomía. La distancia y el tiempo están unidos, así que el cielo profundo funciona como un libro de historia por capas, con los capítulos más antiguos más lejos.