Tiempos de la luz

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

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“¿Y si realmente la luz tardase un tiempo en llegar desde Júpiter?”. Cassini y Rømer buscaban una explicación, ya que no podían entender por qué los eclipses de Io a veces se producían antes de lo que esperaban y otras más tarde. Y esa cuestión de la luz podía explicarla. Pero entonces, ¿la luz acababa con una velocidad finita? Cassini descartó esta idea. Rømer avanzó. Lo cuenta en la Academia de Ciencias de París, en septiembre de 1676, y lo publica a finales de año. No hicieron mucho caso al astrónomo danés. La mayoría tenía claro, como los grandes Kepler y Descartes, que la velocidad de la luz era infinita.

Era un debate de muchos siglos. En la época de los filósofos griegos, Enpedokles fue el primero en proponer que la luz tenía una velocidad finita. En Baia la visión de Aristóteles fue la más extendida: “la luz no es un movimiento”. Después, Herón de Alejandría defendió que el movimiento sí, pero que tenía una velocidad infinita, argumentando que podemos ver estrellas tan alejadas tan pronto abrimos los ojos. Y es que en aquella época se creía que la luz salía de los ojos.

XI. A principios del siglo XX, Ibn al-Haytham demostró que la luz emitida por una fuente de luz se refleja en los objetos en todas las direcciones y que la luz reflejada por los objetos se ve cuando entra en los ojos, y no por el contrario a través de los rayos de luz que emitimos desde los ojos. Al-Haytham cree que la luz tenía una velocidad finita y, además, variable en función de la densidad de la materia que atraviesa. XIII. En el siglo XIX, Roger Bacon defendió, basándose en los escritos de al-Haytham, la velocidad finita de la luz.

Pero XVII. A principios del siglo XX, Kepler volvió a proponer que la velocidad de la luz era infinita, al ver que el vacío no era un obstáculo claro. En su opinión, la luz emitida desde el punto A se podía ver simultáneamente en el punto B, aunque entre los dos puntos había varios kilómetros de billones. Además, el gran filósofo y matemático Descartes compartía las ideas de Kepler y defendía con firmeza sus argumentos.

Galileo intentó poner un poco de luz en aquel debate. Pensó que debía haber alguna forma de demostrar empíricamente esta cuestión. Y en 1638 propuso un experimento: En ambas colinas se colocaría una persona con una linterna cubierta. Uno de ellos descubriría la linterna y, al ver su luz, el que estaba en la otra colina haría lo mismo. El primero mediría el tiempo transcurrido desde que la linterna había sido cubierta hasta que vio la luz de la segunda. Así sabrían si la luz tenía una velocidad finita. Parece que Galileo lo intentó, y en 1667 los investigadores de la Accademia del Cimento de Florencia también hicieron el experimento, pero no fueron capaces de sacar conclusiones.

Cassini y Rømer sí vieron que de las observaciones de Io se deducía que la luz tardaba un tiempo en llegar a la Tierra. De hecho, se estaba investigando otra cuestión. Galileo descubrió en 1610 las cuatro lunas de Júpiter y propuso posteriormente que esas lunas de Júpiter podían ser unos magníficos relojes para calcular su longitud. Para ello se requerían medidas precisas de las órbitas de las lunas.

A ello se incorporó Rømer tras finalizar sus estudios en la Universidad de Copenhague. En 1671 estuvo varios meses apoyando al astrónomo francés Jean Piccard en la isla danesa de Hven, en el observatorio Uranienborg de Tycho Brahe. Observaron los eclipses de Io. Era una forma de medir la duración de su órbita. Y es que visto desde la Tierra, Io se ocultaba detrás de Júpiter cada vez que formaba una órbita. Por lo tanto, la duración de la órbita de Io era la comprendida entre el eclipse y el eclipse.

Al año siguiente, Rømer viajó al Observatorio de París para colaborar con Giovanni Cassini. Cassini también llevaba años observando los eclipses de Io. Cassini y Rømer se dieron cuenta de que el tiempo entre los eclipses de Io era algo raro. Sabían que la duración de la órbita de Io debía ser fija, siempre la misma. Así era también de nuestra Luna, y del resto de las lunas y planetas. Pero los datos eran variables. Y además se dieron cuenta de que la distancia entre los eclipses era mayor cuando la Tierra se alejaba de Júpiter y menor cuando la Tierra se acercaba a Júpiter.

¿Pero cómo era posible que la órbita de la Tierra afectara a Io? No se podía. La única explicación era la velocidad de la luz. Si la luz tardaba un tiempo en llegar de Io a la Tierra, cuando la Tierra se alejaba tardaría más tiempo, por lo que el eclipse se se vería más tarde. Cassini fue el primero en dar esa idea. En agosto de 1676 escribe: “la diferencia sugiere que la luz tarda en llegar desde el satélite hasta nosotros”. Pero Cassini no estaba convencido y rechazó totalmente la idea, pensando que serían errores de observación o que habría otra razón.

Rømer avanzó. Analizando bien los datos, calculó que tardaba 22 minutos en atravesar la órbita terrestre. No calculó la velocidad; en definitiva, lo importante era demostrar que tenía la velocidad finita. Christian Huygens tomó la idea con entusiasmo. Y basándose en el trabajo de Rømer, él hizo los cálculos: 230.000 km/s (76% de lo aprobado en la actualidad).

 

Bibliografía:

Bobis, L. y 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

 

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