{"id":1874,"date":"2009-04-09T10:26:47","date_gmt":"2009-04-09T09:26:47","guid":{"rendered":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/?p=1874"},"modified":"2009-04-09T11:54:16","modified_gmt":"2009-04-09T10:54:16","slug":"la-velocidad-de-la-luz-y-otras-cuestiopnes-de-fisica","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/2009\/04\/09\/la-velocidad-de-la-luz-y-otras-cuestiopnes-de-fisica\/","title":{"rendered":"La velocidad de la Luz y, otras cuestiopnes de F\u00edsica."},"content":{"rendered":"

La velocidad de la luz<\/span><\/p>\n

Est\u00e1 claro que la luz se desplaza a enormes velocidades. Si pulsamos el interruptor apagado de la l\u00e1mpara de nuestro sal\u00f3n, todo queda a oscuras de manera instant\u00e1nea. La velocidad del sonido es m\u00e1s lenta; por ejemplo, si vemos a un le\u00f1ador que est\u00e1 cortando le\u00f1a en un lugar alejado de nosotros, s\u00f3lo oiremos los golpes momentos despu\u00e9s de que caiga el hacha. As\u00ed pues, el sonido tarda cierto tiempo en llegar a nuestros o\u00eddos. En realidad es f\u00e1cil medir la velocidad de su desplazamiento: unos 1.206 Km\/h en el aire y a nivel del mar.<\/p>\n

Galileo fue el primero en intentar medir la velocidad de la luz. Se coloc\u00f3 en lo alto de una colina, mientras que su ayudante se situaba en otro lugar alto de la colina vecina; luego sac\u00f3 una linterna encendida. Tan pronto como su ayudante vio la luz, hizo una se\u00f1al con otra linterna. Galileo repiti\u00f3 el experimento a distancias cada vez mayores, suponiendo que el tiempo requerido por su ayudante para responder mantendr\u00eda una uniformidad constante, por lo cual, el intervalo entre la se\u00f1al de su propia linterna y la de su ayudante representar\u00eda el tiempo empleado por la luz para recorrer cada distancia. Aunque la idea era l\u00f3gica, la luz viajaba demasiado aprisa como que Galileo pudiera percibir las sutiles diferencias con un m\u00e9todo tan rudimentario.<\/p>\n

<\/p>\n

En 1.676, el astr\u00f3nomo dan\u00e9s Olaus Roemer logr\u00f3 cronometrar la velocidad de la luz a escala de distancias astron\u00f3micas. Estudiando los eclipses de J\u00fapiter en sus cuatro grandes sat\u00e9lites, Roemer observ\u00f3 que el intervalo entre eclipses consecutivos era m\u00e1s largo cuando la Tierra se alejaba de J\u00fapiter, y m\u00e1s corto cuando se mov\u00eda en su \u00f3rbita hacia dicho astro. Al parecer, la diferencia entre las duraciones del eclipse reflejaba la diferencia de distancias entre la Tierra y J\u00fapiter. Y trataba, pues, de medir la distancia partiendo del tiempo empleado por la luz para trasladarse desde J\u00fapiter hasta la Tierra. Calculando aproximadamente el tama\u00f1o de la \u00f3rbita terrestre y observando la m\u00e1xima discrepancia en las duraciones del eclipse que, seg\u00fan Roemer, representaba el tiempo que necesitaba la luz para atravesar el eje de la \u00f3rbita terrestre, dicho astr\u00f3nomo comput\u00f3 la velocidad de la luz. Su resultado, de 225.000 Km\/s, parece excelente si se considera que fue el primer intento, y result\u00f3 bastante asombroso como para provocar la incredulidad de sus coet\u00e1neos.<\/p>\n

Sin embargo, medio siglo despu\u00e9s se confirmaron los c\u00e1lculos de Roemer en un campo completamente distinto. All\u00e1 por 1.728, el astr\u00f3nomo brit\u00e1nico James Bradley descubri\u00f3 que las estrellas parec\u00edan cambiar de posici\u00f3n con los movimientos terrestres; y no por el paralaje<\/a>, sino porque la traslaci\u00f3n terrestre alrededor del Sol era una fracci\u00f3n mensurable (aunque peque\u00f1a) de la velocidad de la luz. La analog\u00eda empleada usualmente es la de un hombre que camina con el paraguas abierto bajo un temporal. Aun cuando las gotas caigan verticalmente, el hombre debe inclinar hacia delante el paraguas, porque ha de abrirse paso entre las gotas. Cuanto m\u00e1s acelere su paso, tanto m\u00e1s deber\u00e1 inclinar el paraguas. De manera semejante, la Tierra avanza entre los ligeros rayos que caen desde las estrellas, y el astr\u00f3nomo debe inclinar un poco su telescopio y hacerlo en varias direcciones, de acuerdo con los cambios de la trayectoria terrestre (no olvidemos que nuestro planeta Tierra es como una enorme nave espacial que nos lleva en un viaje eterno, alrededor del Sol, a la velocidad de 30 Km\/s). Mediante ese dev\u00edo aparente de los astros (“aberraci\u00f3n de la luz”), Bradley pudo evaluar la velocidad de la luz y calcularla con gran precisi\u00f3n. Sus c\u00e1lculos fueron de 285.000 Km\/s, bastante m\u00e1s exactos que los de Roemer, pero a\u00fan un 5’5% m\u00e1s bajos.<\/p>\n

Poco a poco, con medios tecnol\u00f3gicos m\u00e1s sofisticados y m\u00e1s conocimientos matem\u00e1ticos, los cient\u00edficos fueron obteniendo medidas m\u00e1s exactas a\u00fan, conforme se fue perfeccionando la idea original de Galileo y sus sucesores.<\/p>\n

En 1.849, el f\u00edsico franc\u00e9s Armand-Hippolyte-Louis Fizean ide\u00f3 un artificio mediante el cual se proyectaba la luz sobre un espejo situado a 8 Km de distancia, que devolv\u00eda el reflejo al observador. El tiempo empleado por la luz en su viaje de ida y vuelta no rebas\u00f3 apenas la 1\/20.000 de segundo, pero Fizean logr\u00f3 medirlo colocando una rueda dentada giratoria en la trayectoria del rayo luminoso. Cuando dicha rueda giraba a cierta velocidad, la luz pasaba entre los dientes y se proyectaba contra el siguiente, al ser devuelta por el espejo; as\u00ed, Fizean, colocando tras la rueda, no pudo verla. Entonces se dio m\u00e1s velocidad a la rueda y el reflejo pas\u00f3 por la siguiente muesca entre los dientes, sin interacci\u00f3n alguna. De esa forma, regulando y midiendo la velocidad de la rueda giratoria, Fizean pudo calcular el tiempo trascurrido y, por consiguiente, la velocidad a la que se mov\u00eda el rayo de luz.<\/p>\n

Un a\u00f1o m\u00e1s tarde, Jean Foucault (quien realizar\u00eda poco despu\u00e9s su experimento con los p\u00e9ndulos) precis\u00f3 m\u00e1s estas medidas empleando un espejo giratorio en vez de una rueda dentada. Entonces se midi\u00f3 el tiempo transcurrido desviando ligeramente el \u00e1ngulo de reflexi\u00f3n mediante el veloz espejo giratorio. Foucault obtuvo un valor de la velocidad de la luz de 300.883 Km\/s. Tambi\u00e9n el f\u00edsico franc\u00e9s utiliz\u00f3 su m\u00e9todo para determinar la velocidad de la luz a trav\u00e9s de varios l\u00edquidos. Averigu\u00f3 que era notablemente inferior a la alcanzada en el aire. Esto concordaba con la teor\u00eda ondulatoria de Huyghens.<\/p>\n

Michelson fue m\u00e1s preciso a\u00fan en sus medidas. Este autor, durante cuarenta a\u00f1os largos a partir de 1.879, fue aplicando el sistema Fizean-Foucault cada vez con mayor refinamiento, para medir la velocidad de la luz. Cuando se crey\u00f3 lo suficientemente informado, proyect\u00f3 la luz a trav\u00e9s del vac\u00edo, en vez de hacerlo a trav\u00e9s del aire, pues \u00e9ste frena ligeramente su velocidad, y emple\u00f3 para ello tuber\u00edas de acero cuya longitud era superior a 1’5 Km. Seg\u00fan sus medidas, la velocidad de la luz en el vac\u00edo era de 299.730 Km\/s (s\u00f3lo un 0’006% m\u00e1s bajo). Demostrar\u00eda tambi\u00e9n que todas las longitudes de ondas luminosas viajan a la misma velocidad en el vac\u00edo.<\/p>\n

En 1.972 un equipo de investigadores bajo la direcci\u00f3n de Kenneth M. Evenson efectu\u00f3 unas mediciones a\u00fan m\u00e1s exactas y vio que la velocidad de la luz era de 299.727’74 Km\/s. Una vez se conoci\u00f3 la velocidad de la luz con semejante precisi\u00f3n, se hizo posible usar la luz, o por lo menos formas de ella, para medir distancias.<\/p>\n

Aunque para algunos resulte algo tedioso el tema anterior, no he podido resistirme a la tentaci\u00f3n de exponerlo; as\u00ed podr\u00e1 saber algo m\u00e1s sobre la luz, y habr\u00e1n conocido a personajes que hicieron posible el que ahora nosotros la conozcamos mejor.<\/p>\n

Podr\u00eda continuar hasta el final de este trabajo hablando de la luz y sus distintas formas o aplicaciones: ondas de luz a trav\u00e9s del espacio, de c\u00f3mo se transmite la luz en el “vac\u00edo”, nos llega a trav\u00e9s del espacio desde galaxias situadas a miles de millones de a\u00f1os luz; las l\u00edneas de fuerzas electromagn\u00e9ticas de Faraday y Maxwell de campos el\u00e9ctricos y magn\u00e9ticos cambiantes (todo ello explicado en un simple conjunto de cuatro ecuaciones, que describ\u00edan casi todos los fen\u00f3menos referentes a esta materia electromagn\u00e9tica), o de los enigmas a\u00fan por descubrir (aunque predichos).<\/p>\n

En 1.931, Dirac, acometiendo el asunto de una forma matem\u00e1tica, lleg\u00f3 a la conclusi\u00f3n de que si los monopolos magn\u00e9ticos exist\u00edan (si exist\u00eda siquiera uno en cualquier parte del universo), ser\u00eda necesario que todas las cargas el\u00e9ctricas fuesen m\u00faltiplos exactos de una carga m\u00e1s peque\u00f1a, como en efecto as\u00ed es. Y dado que todas las cargas el\u00e9ctricas son m\u00faltiplos exactos de alguna carga m\u00e1s peque\u00f1a, \u00bfno deber\u00eda, en realidad, existir los monopolos magn\u00e9ticos?<\/p>\n

En 1.974, un f\u00edsico neerland\u00e9s (yo lo he mencionado antes en este mismo trabajo), Gerard’t Hooft, y un f\u00edsico sovi\u00e9tico, Alexander Poliakov, mostraron independientemente que pod\u00eda razonarse, a partir de las grandes teor\u00edas unificadas, que los monopolos magn\u00e9ticos deb\u00edan as\u00ed mismo existir, y que deb\u00edan poseer una masa enorme. Aunque un monopolo magn\u00e9tico ser\u00eda incluso m\u00e1s peque\u00f1o que un prot\u00f3n<\/a>, deber\u00eda tener una masa que ser\u00eda de 10 trillones a 10 cuatrillones mayor que la del prot\u00f3n<\/a>. Eso equivaldr\u00eda a la masa de una bacteria comprimida en una diminuta part\u00edcula subat\u00f3mica.<\/p>\n

Semejantes part\u00edculas s\u00f3lo pod\u00edan haberse formado en el momento de la gran explosi\u00f3n (otra vez volvemos al origen). Desde entonces no ha existido la suficientemente alta concentraci\u00f3n de energ\u00eda necesaria para formarla. Esas grandes part\u00edculas deber\u00edan avanzar a unos 225 Km\/s, aproximadamente, y la combinaci\u00f3n de una enorme masa y un peque\u00f1o tama\u00f1o le permitir\u00eda deslizarse a trav\u00e9s de la materia sin dejar el menor rastro de presencia. Esta propiedad, de hecho, est\u00e1 relacionada directamente con el fracaso obtenido en su b\u00fasqueda. Los f\u00edsicos est\u00e1n tratando de idear un mecanismo capaz de poder detectar con claridad el paso de monopolos magn\u00e9ticos.<\/p>\n

Podr\u00edamos decir que un monopolo magn\u00e9tico es una entidad magn\u00e9tica consistente en un polo norte o sur elemental aislado. Ha sido postulado como una enorme fuente de campo magn\u00e9tico en analog\u00eda a la forma en que las part\u00edculas el\u00e9ctricamente cargadas producen un campo el\u00e9ctrico.<\/p>\n

Se han dise\u00f1ado numerosos experimentos ingeniosos para detectar monopolos, pero hasta ahora ninguno ha producido un resultado definitivo. Los monopolos magn\u00e9ticos son predichos en ciertas teor\u00edas gauge<\/a> con bosones<\/a> de Higgs<\/a>. En particular, algunas teor\u00edas de gran unificaci\u00f3n predicen monopolos muy pesados (con masas del orden de 1016<\/sup> GeV). Los monopolos magn\u00e9ticos tambi\u00e9n son predichos en las teor\u00edas de Kaluza-Klein<\/a> (5 dimensiones) y en teor\u00eda de supercuerdas<\/a> (10 y 26 dimensiones).<\/p>\n

Preludio a la relatividad<\/a>. Las ecuaciones de Lorentz-Fitzgerald<\/span><\/p>\n

En 1.893 el f\u00edsico irland\u00e9s George Fancis Fitzgerald emiti\u00f3 una hip\u00f3tesis para explicar los resultados negativos del experimento conocido de Michelson-Morley. Adujo que toda la materia se contrae en la direcci\u00f3n del movimiento, y que esa contracci\u00f3n es directamente proporcional al ritmo (velocidad) del movimiento.<\/p>\n

Seg\u00fan tal interpretaci\u00f3n, el interfer\u00f3metro se quedaba corto en la direcci\u00f3n del “verdadero” movimiento terrestre, y lo hac\u00eda precisamente en una cantidad que compensaba con toda exactitud la diferencia de distancias que deber\u00eda recorrer el rayo luminoso. Por a\u00f1adidura, todos los aparatos medidores imaginables, incluyendo los \u00f3rganos sensoriales humanos, experimentar\u00edan ese mismo fen\u00f3meno.<\/p>\n

Parec\u00eda como si la explicaci\u00f3n de Fitzgerald insinuara que la naturaleza conspiraba con objeto de impedir que el hombre midiera el movimiento absoluto<\/em>, para lo cual introduc\u00eda un efecto que anulaba cualquier diferencia aprovechable para detectar dicho movimiento.<\/p>\n

Este asombroso fen\u00f3meno recibi\u00f3 el nombre de contracci\u00f3n de Fitzgerald<\/em>, y su autor formul\u00f3 una ecuaci\u00f3n para el mismo, que referido a la contracci\u00f3n de un cuerpo m\u00f3vil, fue predicha igualmente y de manera independiente por H. A. Lorente (1.853 – 1.928) de manera que, finalmente, se quedaron unidos como contracci\u00f3n de Lorentz-Fitzgerald<\/em>.<\/p>\n

A la contracci\u00f3n, Einstein<\/a> le dio un marco te\u00f3rico en la teor\u00eda especial de la relatividad<\/a>. En esta teor\u00eda, un objeto de longitud l0<\/sub><\/em> en reposo en un sistema de referencia parecer\u00e1, para un observador en otro sistema de referencia que se mueve con velocidad relativa v<\/em> con respecto al primero, tener longitud \"contraccion_l-f\", donde c<\/em> es la velocidad de la luz. La hip\u00f3tesis original atribu\u00eda esta contracci\u00f3n a una contracci\u00f3n real que acompa\u00f1a al movimiento absoluto del cuerpo. La contracci\u00f3n es en cualquier caso despreciable a no ser que v<\/em> sea del mismo orden o cercana a c<\/em>.<\/p>\n

Un objeto que se moviera a 11 Km\/s (la velocidad de escape<\/a> de nuestro planeta) experimentar\u00eda s\u00f3lo una contracci\u00f3n equivalente a 2 partes por cada 1.000 millones en el sentido del vuelo. Pero a velocidades realmente elevadas, tal contracci\u00f3n ser\u00eda sustancial. A unos 150.000 Km\/s (la mitad de la velocidad de la luz) ser\u00eda del 15%; a 262.000 Km\/s (7\/8 de la velocidad de la luz), del 50%. Es decir, que una regla de 30 cm que pasara ante nuestra vista a 262.000 Km\/s nos parecer\u00eda que mide s\u00f3lo 15’24 cm, siempre y cuando conoci\u00e9ramos alguna manera para medir su longitud en pleno vuelo. Y a la velocidad de la luz, es decir, 300.000 Km\/s en n\u00fameros redondos, su longitud en la direcci\u00f3n del movimiento ser\u00eda cero. Puesto que, presuntamente, no puede existir ninguna longitud inferior a cero, se deduce que la velocidad de la luz en el vac\u00edo es la mayor que puede imaginarse el universo.<\/p>\n

El f\u00edsico holand\u00e9s Henrik Ant\u00f3n Lorentz, como hemos dicho, promovi\u00f3 esta idea pensando en los rayos cat\u00f3dicos (que ocupaban su actividad por aquellas fechas). Se hizo el siguiente razonamiento: si se comprimiera la carga de una part\u00edcula para reducir su volumen, aumentar\u00eda su masa. Por consiguiente, una part\u00edcula voladora, escorzada en la direcci\u00f3n de su desplazamiento por la contracci\u00f3n de Fitzgerald, deber\u00eda crecer en t\u00e9rminos de masa. Lorentz present\u00f3 una ecuaci\u00f3n sobre el acrecentamiento de la masa, que result\u00f3 muy similar a la ecuaci\u00f3n de Fitzgerald sobre el acortamiento. A 149.637 Km\/s la masa de un electr\u00f3n<\/a> aumentar\u00eda en un 15%; a 262.000 Km\/s, en un 100% (es decir, la masa se duplicar\u00eda); y a la velocidad de la luz, su masa ser\u00eda infinita. Una vez m\u00e1s pareci\u00f3 que no podr\u00eda haber ninguna velocidad superior a la de la luz, pues, \u00bfc\u00f3mo podr\u00eda ser una masa mayor que infinita?<\/p>\n

El efecto Fitzgerald sobre longitudes y el efecto Lorentz sobre masas mantuvieron una conexi\u00f3n tan estrecha que aparecieron a menudo agrupadas como las ecuaciones Lorentz-Fitzgerald<\/em>.<\/p>\n

Mientras que la contracci\u00f3n Fitzgerald no pod\u00eda ser objeto de mediciones, el efecto Lorentz sobre masas s\u00ed pod\u00eda serlo, aunque indirectamente. De hecho, el mu\u00f3n<\/a> tom\u00f3 10 veces su masa original cuando fue lanzado, a velocidades relativistas, en el acelerador de part\u00edculas, lo que confirm\u00f3 la ecuaci\u00f3n de Lorentz. Los experimentos posteriores han confirmado las ecuaciones de ambos: a velocidades relativistas, las longitudes se contraen y las masas se incrementan.<\/p>\n

Como es conocido por todos, Einstein<\/a> adopt\u00f3 estos descubrimientos y los incorpor\u00f3 a su teor\u00eda de la relatividad<\/a> especial, que aunque mucho m\u00e1s amplia, recoge la contracci\u00f3n de Fitzgerald y el aumento de la masa de Lorentz cuando se alcanzan grandes velocidades.<\/p>\n

Algunas veces pienso que los artistas en general, y los poetas en particular, tendr\u00edan que adaptar e incluir en sus esquemas art\u00edsticos y po\u00e9ticos los adelantos cient\u00edficos, para asimilarlos en las diversas expresiones y sentimientos que ser\u00e1n despu\u00e9s puestos al servicio del consumo humano. Estos adelantos cient\u00edficos ser\u00edan as\u00ed coloreados con las pasiones humanas, y transformados, de alguna forma, en la sangre, y por qu\u00e9 no, los sentimientos de la naturaleza humana. Posiblemente, de haberlo hecho, el grado general de conocimiento ser\u00eda mayor.<\/p>\n

S\u00f3lo uno de cada tres puede definir una mol\u00e9cula o nombrar a un solo cient\u00edfico vivo. De veinticinco licenciados escogidos al azar en la ceremonia de graduaci\u00f3n de Harvard, s\u00f3lo dos pudieron explicar por qu\u00e9 hace m\u00e1s calor en verano que en invierno. La respuesta, dicho sea de paso, no es “porque el Sol est\u00e1 m\u00e1s cerca”; no est\u00e1 m\u00e1s cerca. El eje de rotaci\u00f3n de la Tierra est\u00e1 inclinado, as\u00ed que cuando el hemisferio norte se inclina hacia el Sol, los rayos son m\u00e1s perpendiculares a la superficie, y la mitad del globo disfruta del verano. Al otro hemisferio llegan rayos oblicuos: es invierno. Es triste ver c\u00f3mo aquellos graduados de Harvard pod\u00edan ser tan ignorantes. \u00a1Aqu\u00ed los tenemos con faltas de ortograf\u00eda!<\/p>\n

Por supuesto, hay momentos brillantes en los que la gente se sorprende. Hace a\u00f1os, en una l\u00ednea de metro de Manhattan, un hombre mayor se las ve\u00eda y deseaba con un problema de c\u00e1lculo elemental de su libro de texto de la escuela nocturna; no hac\u00eda m\u00e1s que resoplar. Se volvi\u00f3 desesperado hacia el extra\u00f1o que ten\u00eda a su lado, sentado junto a \u00e9l, y le pregunt\u00f3 si sab\u00eda c\u00e1lculo. El extra\u00f1o afirm\u00f3 con la cabeza y se puso a resolverle al hombre el problema. Claro que no todos los d\u00edas un anciano estudia c\u00e1lculo en el metro al lado del f\u00edsico te\u00f3rico ganador del Nobel T. D. Lee.<\/p>\n

emilio silvera<\/em><\/p>\n

\r\n\t\t\r\n\t\t
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La velocidad de la luz Est\u00e1 claro que la luz se desplaza a enormes velocidades. Si pulsamos el interruptor apagado de la l\u00e1mpara de nuestro sal\u00f3n, todo queda a oscuras de manera instant\u00e1nea. La velocidad del sonido es m\u00e1s lenta; por ejemplo, si vemos a un le\u00f1ador que est\u00e1 cortando le\u00f1a en un lugar alejado […]<\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_s2mail":"","footnotes":""},"categories":[7],"tags":[],"_links":{"self":[{"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1874"}],"collection":[{"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=1874"}],"version-history":[{"count":0,"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1874\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=1874"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=1874"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=1874"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}