La luz se mueve a través del universo a la velocidad más rápida que los astrónomos pueden medir. De hecho, la velocidad de la luz es un límite de velocidad cósmica y no se sabe que nada se mueva más rápido. ¿Qué tan rápido se mueve la luz? Este límite se puede medir y también ayuda a definir nuestra comprensión del tamaño y la edad del universo.
¿Qué es la luz: onda o partícula?
La luz viaja rápido, a una velocidad de 299, 792, 458 metros por segundo. ¿Cómo puede hacer esto? Para entender eso, es útil saber qué es realmente la luz y eso es en gran parte un descubrimiento del siglo XX.
La naturaleza de la luz fue un gran misterio durante siglos. Los científicos tuvieron problemas para comprender el concepto de su naturaleza ondulatoria y partícula. Si fue una ola, ¿a través de qué se propagó? ¿Por qué parecía viajar a la misma velocidad en todas las direcciones? Y, ¿qué nos puede decir la velocidad de la luz sobre el cosmos? No fue hasta que Albert Einstein describió esta teoría de la relatividad especial en 1905 que todo se enfocó. Einstein argumentó que el espacio y el tiempo eran relativos y que la velocidad de la luz era la constante que los conectaba.
¿Qué es la velocidad de la luz?
A menudo se afirma que la velocidad de la luz es constante y que nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz. Esto no es del todo exacto. El valor de 299,792,458 metros por segundo (186,282 millas por segundo) es la velocidad de la luz en el vacío. Sin embargo, la luz en realidad se ralentiza a medida que pasa por diferentes medios.
Por ejemplo, cuando se mueve a través del vidrio, se reduce a aproximadamente dos tercios de su velocidad en el vacío. Incluso en el aire, que es casi un vacío, la luz se ralentiza ligeramente. A medida que se mueve por el espacio, encuentra nubes de gas y polvo, así como campos gravitacionales, que pueden cambiar la velocidad un poquito. Las nubes de gas y polvo también absorben parte de la luz a medida que pasa.
Este fenómeno tiene que ver con la naturaleza de la luz, que es una onda electromagnética. A medida que se propaga a través de un material, sus campos eléctricos y magnéticos «perturban» las partículas cargadas con las que entra en contacto. Estas perturbaciones hacen que las partículas irradien luz a la misma frecuencia, pero con un cambio de fase. La suma de todas estas ondas producidas por las «perturbaciones» dará lugar a una onda electromagnética con la misma frecuencia que la luz original, pero con una longitud de onda más corta y, por tanto, una velocidad más lenta.
Interesante, tan rápido como se mueve la luz, su camino puede doblarse al pasar por regiones en el espacio con campos gravitacionales intensos. Esto se ve con bastante facilidad en los cúmulos de galaxias, que contienen mucha materia (incluida la materia oscura), que distorsiona el camino de la luz desde objetos más distantes, como los cuásares.
Velocidad de la luz y ondas gravitacionales
Las teorías actuales de la física predicen que las ondas gravitacionales también viajan a la velocidad de la luz, pero esto aún se está confirmando a medida que los científicos estudian el fenómeno de las ondas gravitacionales de la colisión de agujeros negros y estrellas de neutrones. De lo contrario, no hay otros objetos que viajen tan rápido. En teoría, pueden acercarse a la velocidad de la luz, pero no más rápido.
Una excepción a esto puede ser el propio espacio-tiempo. Parece que las galaxias distantes se están alejando de nosotros más rápido que la velocidad de la luz. Este es un «problema» que los científicos todavía están tratando de comprender. Sin embargo, una consecuencia interesante de esto es que un sistema de viaje se basa en la idea de un motor warp.
En tal tecnología, una nave espacial está en reposo en relación con el espacio y en realidad es el espacio el que se mueve, como un surfista montando una ola en el océano. En teoría, esto podría permitir un viaje superlumínico. Por supuesto, hay otras limitaciones prácticas y tecnológicas que se interponen en el camino, pero es una idea de ciencia ficción interesante que está recibiendo cierto interés científico.
Tiempos de viaje para la luz
Una de las preguntas que los astrónomos reciben de los miembros del público es: «¿cuánto tiempo tardaría la luz en pasar del objeto X al objeto Y?» La luz les da una forma muy precisa de medir el tamaño del universo definiendo distancias. Estas son algunas de las medidas de distancia más comunes:
- De la Tierra a la Luna: 1.255 segundos
- Del Sol a la Tierra: 8,3 minutos
- Nuestro Sol a la siguiente estrella más cercana: 4,24 años
- A través de nuestra galaxia, la Vía Láctea: 100.000 años
- A la galaxia espiral más cercana (Andrómeda): 2,5 millones de años
- Límite del universo observable a la Tierra: 13,8 mil millones de años
Curiosamente, hay objetos que están más allá de nuestra capacidad de ver simplemente porque el universo SE ESTÁ expandiendo, y algunos están «sobre el horizonte» más allá del cual no podemos ver. Nunca aparecerán a nuestra vista, no importa qué tan rápido viaje su luz. Este es uno de los fascinantes efectos de vivir en un universo en expansión.
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