Astronomia: breve historia del tiempo

Brevísima historia del tiempo
Relatividad
STENHEN HAWKING
pp. 37-48
El hecho de que la luz viaje a velocidad finita, aunque muy elevada, fue descubierto por vez primera en 1676 por el astrónomo danés Olaus Römer. Si obsedamos las lunas de Júpiter advertiremos que de vez en cuando desaparecen de nuestra vista porque pasan por detrás del planeta gigante. Estos eclipses de las lunas de Júpiterdeberían producirse a intervalos regulares, pero Römer observó que no estaban espaciados con la regularidad esperable ¿Se aceleraban o frenaban las lunas en sus órbitas? Römer proponía otra explicación.
Si la luz viajara con velocidad infinita, en la Tierra veríamos los eclipses a intervalos regulares, exactamente en el mismo momento en que se producen, como los tics de un reloj cósmico. Como la luzrecorrería instantáneamente cualquier distancia, esta situación no cambiaría si Júpiter se acercara o alejara de la tierra.
Imagínenlos, en cambio, que la luz viaja con velocidad finita. Entonces veremos cada eclipse un cieno tiempo después de haberse producido. Este retraso depende de la velocidad de la luz y de la distancia de Júpiter respecto a la tierra. Si esta no cambiara, el retraso sería elmismo para todos los eclipses. Sin embargo, a veces Júpiter se acerca a la tierra, en este caso la “señal” de cada eclipse sucesivo tendrá cada vez menos distancia que recorrer, y llegará a la tierra progresivamente antes que si Júpiter hubiera permanecido a una distancia constante. Por la misma razón, cuando Júpiter se está alejando de la tierra, veremos que los eclipses se van retrasandoprogresivamente respecto de lo que se esperaba. El grado de avance o retraso de esta llegada depende del valor de la velocidad de la luz y, por ello, nos permite medirla. Esto es lo que hizo Römer, observó que los eclipses de las lunas de Júpiter se avanzaban en las épocas del año en que la tierra se estaba acercando a la órbita de Júpiter, y que se retrasaban cuando la tierra se estaba separando deella, y utilizó esta diferencia para calcular la velocidad de la luz. Sus mediciones de la distancia entre la tierra y Júpiter sin embargo, no fueron demasiado precisas, de manera que su valor para la velocidad de la luz fue de 225.000 kilómetros por segundo en lugar del moderno valor de 300.000 kilómetros por segundo. Sin embargo la hazaña de Römer, no solo al demostrar que la luz viaja a velocidadfinita, sino también al medir esta velocidad fue notable, habiéndose producido, corno se produjo, once años antes de la publicación de los Principia Mathematica de Newton.
Hasta 1865 no se dispuso de una teoría apropiada de la velocidad de la luz, ese año el físico británico James Clerk Maxwell logró unificar las teorías parciales que habían sido utilizadas hasta entonces para describir lasfuerzas de la electricidad y el magnetismo. Las ecuaciones de Maxwell predecían la existencia de perturbaciones de tipo ondulatorio de lo que denominó campo electromagnético, y que estas viajarían con una velocidad fija, como ondas en un estanque. Cuando calculó esta velocidad, halló que coincidía exactamente con la velocidad de la luz. Actualmente sabemos que las ondas de Maxwell son visibles al ojohumano siempre y cuando tengan una longitud de onda comprendida entre cuatrocientas y ochocientas millonésimas de milímetro (la longitud de onda es la distancia entre crestas sucesivas de la onda). Ondas con longitud de onda menores que la luz visible son conocidas ahora como ultravioletas, rayos X y rayos gamma. Ondas con longitudes de onda mayores son las llamadas radioondas (de un metro o más),microondas (unos pocos centímetros), o infrarrojos (menores de una diezmilésima de centímetro, pero mayores que el dominio visible).
Las consecuencias de la teoría de Maxwell de que las ondas luminosas o las ondas de radio viajaban con una velocidad fija eran difíciles de conciliar con la teoría de Newton, ya que, si no existe un patrón absoluto de reposo, no puede existir un acuerdo universal...