Velocidad de la luz (Galileo Galilei)

Velocidad de la luz (Galileo Galilei)

A comienzos del siglo XVII la cuestión acerca de la velocidad de propagación de la luz todavía estaba sin decidir, aunque los diferentes filósofos habían tomado partido sobre la base de argumentos puramente especulativos o de experiencias que no son concluyentes. No podemos reseñar esas cuestiones, que atraviesan toda la historia de la óptica desde los antiguos griegos. En ese momento, la mayoría se inclinaba a favor de la hipótesis de la ‘propagación instantánea’ de la luz, mientras que unos pocos sostenían la hipótesis de la ‘propagación sucesiva’, como se decía en el lenguaje de la época. Dos de los más importantes científicos de la primera mitad de ese siglo, Johannes Kepler y René Descartes, habían sostenido que la propagación de la luz era instantánea y que, por consiguiente, su velocidad era infinita. El prestigio de la física de Descartes, la más importante antes de Isaac Newton, había convencido a la mayor parte de los científicos de la Europa continental. Nadie había hecho, sin embargo, un experimento para comprobar si había alguna evidencia en contra de esta hipótesis.

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Galileo era uno de los pocos que no estaba convencido de que la luz se propagara de manera instantánea. Antes había habido otros, como el filósofo del siglo XIII Roger Bacon, que habían presentado argumentos a favor de la hipótesis de que la velocidad de la luz era finita. Por ejemplo, se argumentó que si la luz era un cuerpo, un agregado de partículas, no podría moverse con una velocidad infinita, ya que ningún cuerpo lo hace, como lo muestra la experiencia. Este argumento, en realidad, complicaba más las cosas, ya que nadie podía probar que la luz fuera un cuerpo, ni tampoco que los cuerpos no pudieran alcanzar una velocidad infinita. Galileo, mostrando el espíritu experimentalista que caracterizó, al menos en parte, a la revolución científica del siglo XVII, pensó que la cuestión no podía resolverse mediante argumentos sino por medio de la experiencia.

En su última gran obra, los Discorsi e dimostrazione matematiche intorno a due nuove science, publicada en 1638, afirmó haber realizado un experimento que siempre se ha considerado el primer intento para medir la velocidad de la luz. Pretendió determinar, mediante lo que hoy llamamos un experimento controlado, si la luz tarda algún tiempo en propagarse a través de una distancia relativamente larga. Lo describió en los siguientes términos:

“Dos hombres provistos de una lámpara cada uno se colocan a una corta distancia e intercambian señales tapando y destapando las lámparas de manera sincronizada. Luego, se alejan a una distancia de dos o tres millas y, volviendo de noche a hacer la misma experiencia van observando atentamente si sus respectivos encendidos y apagados siguen el mismo tenor que cuando estaban cercanos. Si lo siguen, se podrá concluir con bastante seguridad que la expansión de la luz es instantánea, ya que si esta necesitara tiempo en una lejanía de 3 millas, que suman 6 por la ida de una luz y la vuelta de la otra, la demora debería ser bien observable. Y cuando se quisiera hacer estas observaciones a una distancia mayor, de 8 o 10 millas, podríamos servirnos del telescopio…”

Muchos historiadores de la ciencia, siguiendo las ideas de Alexandre Koyré, pensaron que todos los experimentos que Galileo relató en sus obras fueron experimentos mentales y no reales. Actualmente, esa tesis no tiene el apoyo de los especialistas, como Stillman Drake, ya que hay evidencia de que al menos algunos experimentos fueron reales, aunque no podemos datarlos con precisión ni estar seguros de sí fue tal como los describió. La evidencia no es abundante, pero se han encontrado manuscritos inéditos que contienen diagramas y listas de números que, claramente, representan el resultado de mediciones.

Velocidad de la luz (Christensen Röemer).

En 1676 Ole Christensen Röemer realizó la primera estimación cuantitativa de la velocidad de la luz como resultado de sus detalladas observaciones mediante telescopio del movimiento del satélite Ío de Júpiter. Aunque su cálculo dio un valor inferior al real, ello fue debido a que el valor de la unidad astronómica que se manejaba en la época era erróneo (140 millones de kilómetros), ya que el método que empleó fue muy preciso.

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Comprendió la posibilidad de medir el tiempo de la revolución de Ío debido a sus movimientos de entrada y salida en la sombra de Júpiter a intervalos regulares. Röemer observó que Ío gira alrededor de Júpiter cada 42,5 h (1,769 días) aproximadamente, cuando la Tierra está más cerca de Júpiter (situación de oposición). También observó que, cuando la Tierra y Júpiter se mueven separándose, la salida de Ío fuera de la proyección de la sombra comenzaría progresivamente más tarde de lo predicho. Las observaciones detalladas mostraban que estas señales de salida necesitaban más tiempo en llegar a la Tierra, ya que la Tierra y Júpiter se separaban cada vez más. Pensó, por consiguiente, que esta diferencia de tiempo utilizada por la luz para llegar a la Tierra podría ser utilizada para establecer su velocidad. Notó Röemer también que 6 meses después, las entradas de Ío en la proyección de la sombra de Júpiter ocurrían con mayor frecuencia ya que la Tierra y Júpiter se acercaban uno a otro. Con base a estas observaciones, Rømer estimó que la luz tardaría unos 22 min en cruzar el diámetro de la órbita de la Tierra (es decir, el doble de la unidad astronómica); ahora sabemos que la medida correcta es de unos 16 min y 40 s.

Velocidad de la luz (Jame Bradley)

En 1728 el astrónomo inglés James Bradley utilizó el fenómeno llamado aberración de la luz para determinar la velocidad de ésta.

La aberración consiste en un fenómeno por el cual las estrellas distantes parecen describir en un año una órbita elíptica de 20,47" de arco como eje mayor. Bradley explicó el hecho como resultado de la composición de la velocidad de la luz proveniente de la estrella con la velocidad de traslación de la tierra.

Mediante los cálculos que realizara determinó que la velocidad en cuestión era de 298 000 km/s. Este valor está más próximo al actual que el que determinara Roemer, pero, tiene como productivo el hecho de que ratificó los resultados previos y dejó clara la idea de que la luz tenía una velocidad muy grande pero medible.

En contraste, la aberración estelar es independiente de la distancia de un objeto celeste del observador, y sólo depende de la velocidad transversal instantánea del observador con respecto al haz de luz entrante, en el momento de la observación. El haz de luz de un objeto distante no puede en sí tiene ningún componente de la velocidad transversal, o podría no (por definición) ser visto por el observador, ya que se perdería el observador. Por lo tanto, cualquier velocidad transversal de la fuente emisora no juega ningún papel en la aberración. Otra forma de expresar esto es que el objeto emisor puede tener una velocidad transversal con respecto al observador, pero cualquier haz de luz emitido de ella que alcanza el observador, no puede, por ello debe haber sido emitida previamente en una dirección tal que su componente transversal ha sido "corregido" por. Un haz de este tipo debe venir "recta" para el observador a lo largo de una línea que conecta al observador con la posición del objeto cuando se emite la luz

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