Vista aérea del primer portaviones con propulsión nuclear del mundo, el USS Enterprise (CVN-65), de la Armada de Estados Unidos, con la ecuación E= mc2 de Albert Einstein grabada en la cabina de vuelo. Vista aérea del primer portaviones con propulsión nuclear del mundo, el USS Enterprise (CVN-65), de la Armada de Estados Unidos, con la ecuación E= mc2 de Albert Einstein grabada en la cabina de vuelo.

Un fragmento de 'Para entender a Einstein', de Christophe Galfard

Cómo descubrimos que la luz es una onda electromagnética y cómo logramos medir su velocidad.

2020/01/20

Por Christophe Galfard

Imagina que estás en una habitación oscura.

Tienes la mano sobre el interruptor de la luz.

Estás concentradísimo, a punto de entender el tiempo que tarda la luz en desplazarse desde la bombilla hasta tus ojos.

Enciendes la luz.

Y no percibes ningún intervalo.

Por lo que a tus sentidos respecta, la habitación se ha iluminado instantáneamente.

Galileo intentó algo similar hace ya 500 años con una fuente de luz situada a kilómetro y medio de distancia, y tampoco fue capaz de percibir demora alguna. Pero existe. En tiempos de Galileo no había instrumentos lo suficientemente precisos como para detectar esta demora. Para haber podido percibir algo, a nuestros antepasados les habría hecho falta que la luz recorriese distancias mucho, muchísimo mayores que las que pueden encontrarse en la Tierra.

Y eso es exactamente lo que hizo el astrónomo danés Ole Rømer en 1676. Rømer estudiaba a Io, una de las mayores lunas de Júpiter. Al igual que la mayoría de los planetas, Júpiter no brilla por sí mismo, sino que es el Sol el que lo ilumina. Por ese motivo proyecta una sombra. Io entra y sale de esa sombra a intervalos regulares: tan pronto emerge de la oscuridad como vuelve a sumergirse en ella. Gracias al telescopio inventado poco antes por Galileo, Rømer vio que Io tardaba más tiempo en desaparecer y reaparecer cuando la Tierra se alejaba de Júpiter que cuando se acercaba a él. Rømer lo tuvo claro: aquello era indicio de que la luz no se desplazaba instantáneamente. Llegó incluso a calcular su velocidad, que erró en un 20 % respecto a la cifra que manejamos hoy en día. No está mal para un primer intento.

Unos 200 años más tarde, hacia 1860, el físico escocés James Clerk Maxwell puso en marcha toda una serie de revoluciones científicas que dieron lugar nada menos que a la ciencia del siglo XX. En una época en la que la gente todavía viajaba a caballo y usaba velas para trabajar por la noche, Maxwell descubrió que la electricidad y el magnetismo eran dos manifestaciones de un mismo fenómeno (el electromagnetismo) que, cuando sufre perturbaciones, genera una onda.

Del mismo modo que una boya flotando en un lago genera ondas en su superficie que se alejan de la boya a una velocidad determinada, si movemos un imán obtendremos una onda: una onda electromagnética. Eso es lo que se deducía de las ecuaciones de Maxwell, y este, por supuesto, quiso saber a qué velocidad avanzaban esas ondas. Sus experimentos encontraron la respuesta: a la misma velocidad que había descubierto Rømer. La velocidad de la luz. Aquello no podía ser una coincidencia, pensó Maxwell. Por extraño que pueda parecer, acababa de descubrir que la luz es una onda electromagnética.

Pero claro, eso planteaba una nueva incógnita.

Las olas en la superficie del océano se mueven sobre el agua, las ondas acústicas se desplazan a través de la materia. Entonces, ¿a través de qué se desplaza la luz? En una habitación podemos ver la llama de una vela sobre la mesa, y en el cielo nocturno vemos brillar las estrellas más lejanas. Pero, así como en la habitación hay aire, en el espacio no hay nada. Nada, al menos, que podamos ver. Y sin embargo, la luz se desplaza por igual en ambos sitios. Tras el descubrimiento de Maxwell, los científicos teorizaron que tanto en el espacio exterior como en la Tierra tenía que haber algo que no éramos capaces de ver, un medio que colmaba el universo entero, un medio capaz de vibrar y permitir el paso de una onda. Una onda de luz, claro. A ese medio se le dio el nombre de éter luminífero, o éter en su forma abreviada. Casi ninguno de los científicos más brillantes de la época dudó de su existencia, pero si nunca has oído hablar de él, no te preocupes, es normal. Porque no existe.

Ahora imagina que estás a bordo de un barco de vela, en el mar. Es un día ventoso y navegas deprisa. Detrás de ti navega otro barco a exactamente la misma velocidad. Desde el barco dan un bocinazo para saludarte. El estruendo de la bocina, empujado por el viento, llega hasta ti más rápido de lo que lo habría hecho en un día más calmo. Educadamente, respondes con otro bocinazo, pero ahora la señal acústica tiene que avanzar contra el viento.

Comparar los dos tiempos de desplazamiento es una manera de calcular la velocidad del viento.

*Este fragmento surge del capítulo “La velocidad de la luz” del libro Para entender a Einstein (Blackie Books, 2019), el más reciente del francés.

Iluminar los misterios

Nacido en París, en 1976, se doctoró en Física en la Universidad de Cambridge bajo la tutela de Stephen Hawking. Abandonó el ámbito académico para ser divulgador científico y figura en conferencias didácticas, programas televisivos y a través de su página web www.christophegalfard.com. Ha publicado tres novelas y El universo en tu mano (2016), su libro más popular, en el que aborda los misterios del universo. En su obra más reciente, Para entender a Einstein, desentraña la fórmula E=mc2, que permitió crear armas de destrucción masiva, pero también viajes espaciales y una mejor comprensión del mundo.

EN EL HAY FESTIVAL: Galfard dictará el 1 de febrero (7-8 p.m.) en el Teatro Adolfo Mejía de Cartagena una conferencia sobre la teoría de la relatividad.

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