La velocidad de la luz


Parecería obvio que la velocidad de la luz debería depender de nuestro estado de movimiento. Si vemos los faros de un coche que se dirige hacia nosotros, la razón nos dice que la velocidad de la luz de estos faros debería ser mayor si la medimos nosotros que si la mide el conductor: deberíamos medir la velocidad que mide el conductor MAS la velocidad del conductor. Esto nos dice el sentido común y hasta principios de siglo a nadie se le ocurrió que pudiera ser de otra manera. Hasta que llegó Albert Einstein.

Siglos antes, Galileo intentó medir la velocidad de la luz haciendo que dos hombres con linternas se subieran a dos montañas separadas por un par de kilómetros. El experimento de Galileo consistió en hacer que uno de ellos destapara su linterna y que en respuesta, el segundo, al ver la luz de la linterna, destapara la suya, enviando una señal de regreso al primero. Galileo quería ver si era posible medir el tiempo transcurrido entre que el primer destape y la llegada de la segunda señal. Hoy sabemos que Galileo necesitaba ser capaz de medir (ísin reloj!) un lapso de tiempo de alrededor de un cienmilésimo de segundo, que tardaba la luz en hacer el viaje de ida y vuelta entre las dos montañas.

La primera medición exitosa de la velocidad de la luz fue hecha de manera fortuita por el astrónomo Danés Olaus Römer alrededor de 1670, a partir de observaciones astronómicas. Römer se dió cuenta que los eclipses de la lunas de Júpiter ocurrian unos minutos antes cuando Júpiter estaba mas cerca de la Tierra que cuando estaba mas alejado de nuestro planeta. Concluyó (correctamente) que la diferencia en tiempos estaba relacionada con el tiempo que tarda la luz en recorrer la distancia (variable) entre la Júpiter y la Tierra. Con el conocimiento que había en aquel entonces acerca de esta distancia pudo estimar la velocidad de la luz con un error menor al 30%.

Cuando los experimentos ópticos de Young, Fresnel y otros establecieron que la luz tenia el comportamiento de ondas, quedó abierta la pregunta "ondas de qué?". Las olas son ondas de agua, los sonidos son ondas que se propagan en el aire. Desde finales del siglo XVII se postuló que la luz debia ser ondas que se propagan en el éter, una substancia que permeaba todo el espacio, permitiendo que la luz de las estrellas viajara por el Universo. El mismo Römer sugirió que sería posible medir la velocidad de la Tierra con respecto este éter midiendo la diferencia en la velocidad de la luz propagándose en distintas direcciones. Römer anticipó en mas de doscientos años un experimento fundamental para transformar nuestra concepción del tiempo: el experimento de Michelson y Morley, realizado alrededor de 1880.

Albert Michelson y Edward Morley montaron su interferómetro en un laboratorio situado en un sótano de la Universidad de Western Reserve en Cleveland, Ohio. Un haz de luz era dividivo en dos, y recombinado una vez que los dos haces habian recorrido distintas trayectorias. Diminutas diferencias en las velocidades de los haces debían evidenciarse al combinarlos. El experimento estaba montado en una alberca de mercurio, para amortiguar vibraciones del exterior. Dado que la Tierra debía tener cierta velocidad con respecto al éter, Michelson estaba decepcionado del resultado de su experimento: no había movimiento de la Tierra con respecto al éter. Algunos físicos, como el irlandes George Fitzgerald, en un esfuerzo por reconciliar los resultados del experimento de Michelson-Morley con el concepto del éter postularon que el instrumento de medición debía contraerse en la dirección de movimiento con respecto al éter justo lo suficiente para que la medición de la velocidad de la luz diera siempre el mismo resultado.

La solución llegó en 1905, cuando Albert Einstein publicó la teoría especial de la relatividad, la cual partía del principio de que la velocidad de la luz es la misma independientemente de cómo se mueva uno. Paradojicamente, Einstein llegó a esta conclusión sin tomar en cuenta el experimento de Michelson y Morley (muy probablemente sin saber de él). A finales de siglo James Clerk Maxwell había encontrado las ecuaciones fundamentales del electromagnetismo, las cuales no eran consistentes con la mecánica de Newton. El concenso entre los físicos de la época era que la validez de las ecuaciones de Maxwell era restringida y que la mecánica de Newton era correcta. Contrariamente a los cánones, y retando incluso a nuestro sentido común, Einstein creyó en la electrodinámica, dejando atrás las ecuaciones de Newton.

Mas de noventa años después, todos los experimentos realizados al respecto han corroborado el principio fundamental de la teoría de la relatividad: la velocidad de la luz es una constante Universal. La confianza en la relatividad es tal, que la definición del metro ha sido recientemente revisada para que la velocidad de la luz sea exactamente igual a 299792458 metros por segundo. Sin importar si el coche con los faros prendidos viene hacia nosotros o se aleja.


Esperanza Carrasco Licea & Alberto Carramiñana Alonso
Diario Síntesis, 9 de noviembre de 1999

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