Temps de la llum

2015/03/13 Etxebeste Aduriz, Egoitz - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Historia
• Fisika
• Biografiak

“I si realment la llum trigués un temps a arribar des de Júpiter?”. Cassini i Rømer buscaven una explicació, ja que no podien entendre per què els eclipsis de Io a vegades es produïen abans del que esperaven i unes altres més tard. I aquesta qüestió de la llum podia explicar-la. Però llavors, la llum acabava amb una velocitat finita? Cassini va descartar aquesta idea. Rømer va avançar. Ho explica en l'Acadèmia de Ciències de París, al setembre de 1676, i ho publica a la fi d'any. No van fer molt de cas a l'astrònom danès. La majoria tenia clar, com els grans Kepler i Descartes, que la velocitat de la llum era infinita.

Era un debat de molts segles. En l'època dels filòsofs grecs, Enpedokles va ser el primer a proposar que la llum tenia una velocitat finita. En Baia la visió d'Aristòtil va ser la més estesa: “la llum no és un moviment”. Després, Heró d'Alexandria va defensar que el moviment sí, però que tenia una velocitat infinita, argumentant que podem veure estrelles tan allunyades tan aviat obrim els ulls. I és que en aquella època es creia que la llum sortia dels ulls.

XI. A principis del segle XX, Ibn al-Haytham va demostrar que la llum emesa per una font de llum es reflecteix en els objectes en totes les direccions i que la llum reflectida pels objectes es veu quan entra en els ulls, i no per contra a través dels raigs de llum que emetem des dels ulls. Al-Haytham creu que la llum tenia una velocitat finita i, a més, variable en funció de la densitat de la matèria que travessa. XIII. En el segle XIX, Roger Bacon va defensar, basant-se en els escrits del-Haytham, la velocitat finita de la llum.

Però XVII. A principis del segle XX, Kepler va tornar a proposar que la velocitat de la llum era infinita, en veure que el buit no era un obstacle clar. En la seva opinió, la llum emesa des del punt A se podia veure simultàniament en el punt B, encara que entre els dos punts hi havia diversos quilòmetres de bilions. A més, el gran filòsof i matemàtic Descartes compartia les idees de Kepler i defensava amb fermesa els seus arguments.

Galileu va intentar posar una mica de llum en aquell debat. Va pensar que havia d'haver-hi alguna manera de demostrar empíricament aquesta qüestió. I en 1638 va proposar un experiment: En tots dos pujols es col·locaria una persona amb una llanterna coberta. Un d'ells descobriria la llanterna i, en veure la seva llum, el que estava en l'altre pujol faria el mateix. El primer mesuraria el temps transcorregut des que la llanterna havia estat coberta fins que va veure la llum de la segona. Així sabrien si la llum tenia una velocitat finita. Sembla que Galileu ho va intentar, i en 1667 els investigadors de l'Accademia del Cimento de Florència també van fer l'experiment, però no van ser capaços de treure conclusions.

Cassini i Rømer sí que van veure que de les observacions de Io es deduïa que la llum trigava un temps a arribar a la Terra. De fet, s'estava investigant una altra qüestió. Galileu va descobrir en 1610 les quatre llunes de Júpiter i va proposar posteriorment que aquestes llunes de Júpiter podien ser uns magnífics rellotges per a calcular la seva longitud. Per a això es requerien mesures precises de les òrbites de les llunes.

A això es va incorporar Rømer després de finalitzar els seus estudis en la Universitat de Copenhaguen. En 1671 va estar diversos mesos fent costat a l'astrònom francès Jean Piccard a l'illa danesa d'Hven, en l'observatori Uranienborg de Tycho Brahe. Van observar els eclipsis de Io. Era una manera de mesurar la durada de la seva òrbita. I és que vist des de la Terra, Io s'ocultava darrere de Júpiter cada vegada que formava una òrbita. Per tant, la durada de l'òrbita de Io era la compresa entre l'eclipsi i l'eclipsi.

A l'any següent, Rømer va viatjar a l'Observatori de París per a col·laborar amb Giovanni Cassini. Cassini també portava anys observant els eclipsis de Io. Cassini i Rømer es van adonar que el temps entre els eclipsis de Io era alguna cosa estranya. Sabien que la durada de l'òrbita de Io havia de ser fixa, sempre la mateixa. Així era també de la nostra Lluna, i de la resta de les llunes i planetes. Però les dades eren variables. I a més es van adonar que la distància entre els eclipsis era major quan la Terra s'allunyava de Júpiter i menor quan la Terra s'acostava a Júpiter.

Però com era possible que l'òrbita de la Terra afectés a Io? No es podia. L'única explicació era la velocitat de la llum. Si la llum trigava un temps a arribar de Io a la Terra, quan la Terra s'allunyava trigaria més temps, per la qual cosa l'eclipsi es es veuria més tard. Cassini va ser el primer a donar aquesta idea. A l'agost de 1676 escriu: “la diferència suggereix que la llum triga a arribar des del satèl·lit fins nosaltres”. Però Cassini no estava convençut i va rebutjar totalment la idea, pensant que serien errors d'observació o que hi hauria una altra raó.

Rømer va avançar. Analitzant bé les dades, va calcular que trigava 22 minuts a travessar l'òrbita terrestre. No va calcular la velocitat; en definitiva, l'important era demostrar que tenia la velocitat finita. Christian Huygens va prendre la idea amb entusiasme. I basant-se en el treball de Rømer, ell va fer els càlculs: 230.000 km/s (76% de l'aprovat en l'actualitat).

 

Bibliografia:

Bobis, L. i Lequeux, J.: Cassini, Romer and the velocity of light. Journal of Astronomical History and Heritage 11(2), 97-105 (2008)

Dabrowski, J.P., Snyder, G., Marschall, L.: “Jupiters moon and the speed of light”. Project CLEA (Contemporary Laboratory Experiences in Astronomy), Gettysburg College

Júncher, D.: “Ole Rømer” Niels Bohr Institute, Univesity of Copenhagen

Nissani, M.: “A Case History in Astronomy and Physics: The speed of light” Wayne State University

 

"Aquesta entrada participa en el 3er festival #CulturaCientífico"