Todos conocemos la regla de tráfico número uno del universo: nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz. Y eso pasa a ser 299,792.458 kilómetros por segundo. ¿Pero por qué es así?
Antes del siglo XVII, la mayoría de la gente asumía que la luz se movía instantáneamente. Galileo fue uno de los primeros en pensar que la luz viajaba a una velocidad finita.
En 1638 trató de medirlo. Él y un asistente se encaramaron en la cima de montañas distantes con linternas cubiertas. La idea era que tan pronto como el asistente de Galileo vio el destello, descubrió su linterna. Galileo entonces calcularía cuánto tiempo llevó ver el destello de regreso. ¡El experimento falló lamentablemente! Para tener éxito, Galileo habría tenido que registrar una diferencia horaria de microsegundos. No tenía tal dispositivo para mantener el tiempo y su tiempo de reacción sería mucho más lento que eso.
- La computadora más rápida simula el movimiento de un fotón y se representa como un píxel en una pantalla. ¿Puedes ver cómo esto representa la luz & E = MC ^ 2
- Si existieran, ¿una partícula con una masa negativa se comportaría igual que una partícula que se mueve más rápido que la velocidad de la luz?
- ¿Cómo pueden viajar las naves espaciales a tan alta velocidad en el espacio?
- Si pudiéramos viajar a la velocidad de la luz, ¿el tiempo será estacionario para nosotros?
- ¿Es constante el valor de la velocidad de la luz?
Sin desanimarse, Galileo concluyó que el movimiento de la luz, “si no es instantáneo, es extraordinariamente rápido”.
Pero no mucho después, en 1676, obtuvimos una estimación justa de la velocidad de la luz de un joven astrónomo danés llamado Ole Römer. Una de las formas en que los marineros en el mar revisaban sus relojes era observar el eclipse de Júpiter por su luna Io. El tiempo para que Io hiciera un circuito completo alrededor de Júpiter se había medido a 1.769 días. Sin embargo, hubo un problema menor.
Römer observó que el tiempo entre eclipses varía ligeramente según la época del año. En momentos en que la Tierra se alejaba de Júpiter, el tiempo entre los eclipses de Io aumentó gradualmente; A medida que se acercaba, el tiempo disminuía. El efecto acumulativo significaba que los tiempos predichos podrían estar en error por más de 10 minutos.
Römer se dio cuenta de que sus observaciones podrían explicarse por la distancia variable entre Júpiter e Io, y la Tierra. Los diferentes tiempos para la órbita de Io reflejaban las diferentes distancias que la luz tenía que recorrer. También le permitió a Römer estimar la velocidad de la luz en 214,000 km / s. ¡No está mal!
La primera medición experimental de la velocidad de la luz llegó 150 años después con Hippolye Fizeau. Se le ocurrió un avance ingenioso en el método de Galileo. En su experimento, se proyectó un haz de luz sobre una rueda dentada que gira rápidamente. Los dientes del diente giratorio cortan la luz en pulsos muy cortos. Estos pulsos viajaron unos 8 kilómetros hasta donde Fizeau había colocado un espejo cuidadosamente alineado. En el viaje de regreso, el pulso de luz reflejada solo pudo alcanzar a Fizeau al pasar de regreso a través de uno de los espacios en la rueda dentada.
¿Que pasó? A velocidades lentas, el pulso de luz siempre regresaba a Fizeau a través del mismo espacio en los dientes del diente. Pero cuando Fizeau giró la rueda más rápido, a cierta velocidad, el siguiente diente bloqueó el pulso. Conociendo la velocidad de rotación, Fizaeau pudo calcular cuánto tiempo le llevó a la luz viajar 16 kilómetros, y qué tan rápido debe viajar la luz. Su notable resultado de 315,000 km / s estuvo dentro del 5% de nuestras mediciones más recientes con láser.
Cuanto más rápido viaja algo, más masivo se vuelve y más lento se vuelve el tiempo, hasta que finalmente alcanzas la velocidad de la luz, momento en el cual el tiempo se detiene por completo.
OKAY. Sabemos que la luz viaja a una velocidad finita. ¿Pero por qué es finito?
Esta pregunta le hizo reflexionar a Albert Einstein. Si la luz tiene una velocidad finita, ¿qué pasa si ata una antorcha al frente de un cohete en movimiento? ¿La luz proveniente de esta antorcha no viajaría más rápido que la velocidad de la luz? Einstein desconcertó sobre este problema con varios “Gedankens” (experimentos de pensamiento) y encontró una solución loca: el movimiento de un objeto debe de alguna manera hacer que el tiempo se detenga. El tiempo ya no era constante y así nació la relatividad.
Muchos experimentos han probado cuidadosamente las predicciones de Einstein.
En 1964, Bill Bertozzi en el MIT aceleró electrones a un rango de velocidades. Luego midió su energía cinética y descubrió que a medida que sus velocidades se acercaban a la velocidad de la luz, los electrones se volvían cada vez más pesados, hasta el punto en que se volvieron tan pesados que era imposible hacerlos ir más rápido. ¿La velocidad máxima que podía hacer que los electrones viajaran antes de que se volvieran demasiado pesados para acelerar aún más? La velocidad de la luz.
En otra prueba crucial, los físicos Joseph Hafele y Richard E. Keating volaron relojes atómicos de cesio sincronizados y súper precisos en varios viajes alrededor del mundo en aviones comerciales. Después de los viajes, todos los relojes móviles no estaban de acuerdo entre sí y el reloj de referencia en el laboratorio. El tiempo transcurrió más lento para los relojes móviles tal como lo predijo Einstein. Entonces, cuanto más rápido viaja algo, más masivo se vuelve y más lento se vuelve el tiempo, hasta que finalmente alcanzas la velocidad de la luz, momento en el cual el tiempo se detiene por completo. Y si el tiempo se detiene, bueno, también lo hace la velocidad. Y así, nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz.
Por cierto, la próxima vez que use su teléfono inteligente, tenga en cuenta que los satélites GPS que orbitan la Tierra deben tener en cuenta la disminución del tiempo (dilatación del tiempo). Desactive estas correcciones relativistas y el mundo moderno se perdería para siempre.
