La velocidad de la luz en el vacío , comúnmente denominada c , es una constante física universal que es exactamente igual a 299.792.458 metros por segundo (aproximadamente 300.000 kilómetros por segundo; 186.000 millas por segundo; 671 millones de millas por hora). [Nota 3] Según la teoría especial de la relatividad , c es el límite superior de la velocidad a la que la materia o energía convencional (y por tanto cualquier señal que transporte información ) puede viajar a través del espacio . [4] [5] [6]
Todas las formas de radiación electromagnética , incluida la luz visible , viajan a la velocidad de la luz. Para muchos propósitos prácticos, la luz y otras ondas electromagnéticas parecerán propagarse instantáneamente, pero para distancias largas y mediciones muy sensibles, su velocidad finita tiene efectos notables. Cualquier luz estelar vista en la Tierra proviene de un pasado distante, lo que permite a los humanos estudiar la historia del universo observando objetos distantes. Cuando se comunica con sondas espaciales distantes , las señales pueden tardar de minutos a horas en viajar. En informática , la velocidad de la luz fija el retraso mínimo de comunicación . La velocidad de la luz se puede utilizar en mediciones de tiempo de vuelo para medir grandes distancias con una precisión extremadamente alta.
Ole Rømer demostró por primera vez en 1676 que la luz no viaja instantáneamente estudiando el movimiento aparente de Io , la luna de Júpiter . A lo largo de los siglos siguientes se realizaron mediciones progresivamente más precisas de su velocidad. En un artículo publicado en 1865, James Clerk Maxwell propuso que la luz era una onda electromagnética y, por tanto, viajaba a una velocidad c . [7] En 1905, Albert Einstein postuló que la velocidad de la luz c con respecto a cualquier sistema de referencia inercial es una constante y es independiente del movimiento de la fuente de luz. [8] Exploró las consecuencias de ese postulado al derivar la teoría de la relatividad y, al hacerlo, demostró que el parámetro c tenía relevancia fuera del contexto de la luz y el electromagnetismo.
Las partículas sin masa y las perturbaciones de campo , como las ondas gravitacionales , también viajan a velocidad c en el vacío. Tales partículas y ondas viajan en c independientemente del movimiento de la fuente o del sistema de referencia inercial del observador . Las partículas con masa en reposo distinta de cero pueden acelerarse hasta aproximarse a c , pero nunca pueden alcanzarlo, independientemente del marco de referencia en el que se mida su velocidad. En la teoría de la relatividad , c interrelaciona el espacio y el tiempo y aparece en la famosa equivalencia masa-energía , E = mc 2 . [9]
En algunos casos, puede parecer que los objetos u ondas viajan más rápido que la luz (por ejemplo, velocidades de fase de las ondas, la aparición de ciertos objetos astronómicos de alta velocidad y efectos cuánticos particulares ). Se entiende que la expansión del universo supera la velocidad de la luz más allá de un límite determinado .
La velocidad a la que la luz se propaga a través de materiales transparentes , como el vidrio o el aire, es menor que c ; de manera similar, la velocidad de las ondas electromagnéticas en los cables es más lenta que c . La relación entre c y la velocidad v a la que la luz viaja en un material se llama índice de refracción n del material ( n =C/v). Por ejemplo, para la luz visible, el índice de refracción del vidrio suele ser de alrededor de 1,5, lo que significa que la luz en el vidrio viaja aC/1.5≈ 200 000 km/s ( 124 000 mi/s) ; El índice de refracción del aire para la luz visible es aproximadamente 1,0003, por lo que la velocidad de la luz en el aire es aproximadamente 90 km/s (56 mi/s) más lenta que c .
La velocidad de la luz en el vacío generalmente se indica con una c minúscula , de "constante" o del latín celeritas (que significa "rapidez, celeridad"). En 1856, Wilhelm Eduard Weber y Rudolf Kohlrausch habían usado c para una constante diferente que luego se demostró que era igual a √ 2 veces la velocidad de la luz en el vacío. Históricamente, el símbolo V se utilizó como símbolo alternativo para la velocidad de la luz, introducido por James Clerk Maxwell en 1865. En 1894, Paul Drude redefinió c con su significado moderno. Einstein utilizó V en sus artículos originales en alemán sobre la relatividad especial en 1905, pero en 1907 cambió a c , que para entonces se había convertido en el símbolo estándar para la velocidad de la luz. [10] [11]
A veces se utiliza c para la velocidad de las ondas en cualquier medio material y c 0 para la velocidad de la luz en el vacío. [12] Esta notación con subíndice, que está respaldada en la literatura oficial del SI, [13] tiene la misma forma que las constantes electromagnéticas relacionadas: a saber, μ 0 para la permeabilidad del vacío o constante magnética, ε 0 para la permitividad del vacío o constante eléctrica, y Z 0 para la impedancia del espacio libre . Este artículo utiliza c exclusivamente para la velocidad de la luz en el vacío.
Desde 1983, la constante c se define en el Sistema Internacional de Unidades (SI) como exactamente 299 792 458 m/s ; esta relación se utiliza para definir el metro como exactamente la distancia que recorre la luz en el vacío en 1 ⁄299 792 458 desegundo. Utilizando el valor de c , así como una medición precisa delsegundo, se puede establecer un estándar para el metro.[14]Comoconstante física dimensional, el valor numérico de c es diferente para diferentes sistemas unitarios. Por ejemplo, enunidades imperiales, la velocidad de la luz es aproximadamente186 282 millas por segundo, [Nota 4] o aproximadamente 1 pie por nanosegundo. [Nota 5] [15] [16]
En ramas de la física en las que c aparece con frecuencia, como en la relatividad, es común utilizar sistemas de unidades de medida naturales o el sistema de unidades geometrizadas donde c = 1 . [17] [18] Usando estas unidades, c no aparece explícitamente porque la multiplicación o división por 1 no afecta el resultado. Su unidad de segundo luz por segundo sigue siendo relevante, incluso si se omite.
La velocidad a la que se propagan las ondas luminosas en el vacío es independiente tanto del movimiento de la fuente de ondas como del sistema de referencia inercial del observador. [Nota 6] Esta invariancia de la velocidad de la luz fue postulada por Einstein en 1905, [8] después de haber sido motivado por la teoría del electromagnetismo de Maxwell y la falta de evidencia del movimiento contra el éter luminífero . [19] Desde entonces ha sido confirmado consistentemente por muchos experimentos. [Nota 7] Sólo es posible verificar experimentalmente que la velocidad bidireccional de la luz (por ejemplo, de una fuente a un espejo y viceversa) es independiente del marco, porque es imposible medir la velocidad unidireccional de la luz. luz (por ejemplo, de una fuente a un detector distante) sin alguna convención sobre cómo se deben sincronizar los relojes en la fuente y en el detector. [20] [21]
Al adoptar la sincronización de Einstein para los relojes, la velocidad unidireccional de la luz se vuelve igual a la velocidad bidireccional de la luz por definición. [20] [21] La teoría especial de la relatividad explora las consecuencias de esta invariancia de c con el supuesto de que las leyes de la física son las mismas en todos los marcos de referencia inerciales. [22] [23] Una consecuencia es que c es la velocidad a la que todas las partículas y ondas sin masa, incluida la luz, deben viajar en el vacío. [24] [Nota 8]
La relatividad especial tiene muchas implicaciones contraintuitivas y verificadas experimentalmente. [26] Estos incluyen la equivalencia de masa y energía ( E = mc 2 ) , la contracción de longitud (los objetos en movimiento se acortan), [Nota 9] y la dilatación del tiempo (los relojes en movimiento funcionan más lentamente). El factor γ por el cual las longitudes se contraen y los tiempos se dilatan se conoce como factor de Lorentz y viene dado por γ = (1 − v 2 / c 2 ) −1/2 , donde v es la velocidad del objeto. La diferencia entre γ y 1 es insignificante para velocidades mucho más lentas que c , como la mayoría de las velocidades cotidianas (en cuyo caso la relatividad especial se aproxima mucho a la relatividad galileana ), pero aumenta a velocidades relativistas y diverge hasta el infinito cuando v se acerca a c . Por ejemplo, un factor de dilatación del tiempo de γ = 2 ocurre a una velocidad relativa del 86,6% de la velocidad de la luz ( v = 0,866 c ). De manera similar, un factor de dilatación del tiempo de γ = 10 ocurre al 99,5% de la velocidad de la luz ( v = 0,995 c ).
Los resultados de la relatividad especial se pueden resumir tratando el espacio y el tiempo como una estructura unificada conocida como espaciotiempo (con c relacionando las unidades de espacio y tiempo), y exigiendo que las teorías físicas satisfagan una simetría especial llamada invariancia de Lorentz , cuya formulación matemática contiene la parámetro c . [29] La invariancia de Lorentz es una suposición casi universal para las teorías físicas modernas, como la electrodinámica cuántica , la cromodinámica cuántica , el modelo estándar de la física de partículas y la relatividad general . Como tal, el parámetro c es omnipresente en la física moderna y aparece en muchos contextos que no están relacionados con la luz. Por ejemplo, la relatividad general predice que c es también la velocidad de la gravedad y de las ondas gravitacionales , [30] y las observaciones de las ondas gravitacionales han sido consistentes con esta predicción. [31] En marcos de referencia no inerciales (espacio-tiempo gravitacionalmente curvado o marcos de referencia acelerados ), la velocidad local de la luz es constante e igual a c , pero la velocidad de la luz puede diferir de c cuando se mide desde un marco de referencia remoto, dependiendo de cómo se extrapolan las mediciones a la región. [32]
Generalmente se supone que las constantes fundamentales como c tienen el mismo valor en todo el espacio-tiempo, lo que significa que no dependen de la ubicación y no varían con el tiempo. Sin embargo, en diversas teorías se ha sugerido que la velocidad de la luz puede haber cambiado con el tiempo . [33] [34] No se ha encontrado evidencia concluyente de tales cambios, pero siguen siendo objeto de investigación en curso. [35] [36]
Generalmente se supone que la velocidad de la luz es isotrópica , es decir, que tiene el mismo valor independientemente de la dirección en la que se mida. Las observaciones de las emisiones de los niveles de energía nuclear en función de la orientación de los núcleos emisores en un campo magnético (ver el experimento de Hughes-Drever ) y de los resonadores ópticos giratorios (ver Experimentos con resonadores ) han puesto límites estrictos a las posibles interacciones bidireccionales. anisotropía . [37] [38]
Según la relatividad especial, la energía de un objeto con masa en reposo m y velocidad v viene dada por γmc 2 , donde γ es el factor de Lorentz definido anteriormente. Cuando v es cero, γ es igual a uno, dando lugar a la famosa fórmula E = mc 2 para la equivalencia masa-energía. El factor γ se acerca al infinito cuando v se acerca a c , y se necesitaría una cantidad infinita de energía para acelerar un objeto con masa a la velocidad de la luz. La velocidad de la luz es el límite superior para las velocidades de los objetos con masa en reposo positiva, y los fotones individuales no pueden viajar más rápido que la velocidad de la luz. [39] Esto se establece experimentalmente en muchas pruebas de energía y momento relativistas . [40]
De manera más general, es imposible que las señales o la energía viajen más rápido que c . Un argumento a favor de esto se deriva de la implicación contraintuitiva de la relatividad especial conocida como relatividad de la simultaneidad . Si la distancia espacial entre dos eventos A y B es mayor que el intervalo de tiempo entre ellos multiplicado por c entonces hay marcos de referencia en los que A precede a B, otros en los que B precede a A y otros en los que son simultáneos. Como resultado, si algo viajara más rápido que c en relación con un marco de referencia inercial, viajaría hacia atrás en el tiempo en relación con otro marco y se violaría la causalidad . [Nota 10] [43] En tal marco de referencia, un "efecto" podría observarse antes que su "causa". Tal violación de la causalidad nunca se ha registrado [21] y conduciría a paradojas como la del antiteléfono taquiónico . [44]
Hay situaciones en las que puede parecer que la materia, la energía o la señal portadora de información viajan a velocidades superiores a c , pero no es así. Por ejemplo, como se analiza en la propagación de la luz en una sección media a continuación, muchas velocidades de onda pueden exceder c . La velocidad de fase de los rayos X a través de la mayoría de los vidrios puede exceder habitualmente c , [45] pero la velocidad de fase no determina la velocidad a la que las ondas transmiten información. [46]
Si un rayo láser pasa rápidamente a través de un objeto distante, el punto de luz puede moverse más rápido que c , aunque el movimiento inicial del punto se retrasa debido al tiempo que le toma a la luz llegar al objeto distante a la velocidad c . Sin embargo, las únicas entidades físicas que se mueven son el láser y la luz que emite, que viaja a la velocidad c desde el láser hasta las distintas posiciones del punto. De manera similar, se puede hacer que una sombra proyectada sobre un objeto distante se mueva más rápido que c , después de un retraso en el tiempo. [47] En ninguno de los casos la materia, la energía o la información viajan más rápido que la luz. [48]
La tasa de cambio en la distancia entre dos objetos en un marco de referencia con respecto al cual ambos se mueven (su velocidad de cierre ) puede tener un valor superior a c . Sin embargo, esto no representa la velocidad de un solo objeto medida en un solo sistema inercial. [48]
Ciertos efectos cuánticos parecen transmitirse instantáneamente y, por tanto, más rápido que c , como en la paradoja EPR . Un ejemplo son los estados cuánticos de dos partículas que pueden entrelazarse . Hasta que se observe cualquiera de las partículas, existen en una superposición de dos estados cuánticos. Si las partículas se separan y se observa el estado cuántico de una partícula, el estado cuántico de la otra partícula se determina instantáneamente. Sin embargo, es imposible controlar qué estado cuántico adoptará la primera partícula cuando sea observada, por lo que la información no se puede transmitir de esta manera. [48] [49]
Otro efecto cuántico que predice la aparición de velocidades más rápidas que la luz se llama efecto Hartman : bajo ciertas condiciones, el tiempo necesario para que una partícula virtual atraviese una barrera es constante, independientemente del espesor de la barrera. [50] [51] Esto podría dar como resultado que una partícula virtual cruce una gran brecha más rápido que la luz. Sin embargo, no se puede enviar información utilizando este efecto. [52]
El llamado movimiento superluminal se observa en ciertos objetos astronómicos, [53] como los chorros relativistas de las radiogalaxias y los quásares . Sin embargo, estos chorros no se mueven a velocidades superiores a la de la luz: el aparente movimiento superluminal es un efecto de proyección causado por objetos que se mueven cerca de la velocidad de la luz y se acercan a la Tierra en un pequeño ángulo con respecto a la línea de visión: dado que la luz que se emitió cuando el chorro estaba más lejos tardó más en llegar a la Tierra, el tiempo entre dos observaciones sucesivas corresponde a un tiempo mayor entre los instantes en que se emitieron los rayos de luz. [54]
Un experimento de 2011 en el que se observó que los neutrinos viajaban más rápido que la luz resultó ser debido a un error experimental. [55] [56]
En los modelos del universo en expansión , cuanto más alejadas están las galaxias unas de otras, más rápido se separan. Por ejemplo, se infiere que las galaxias alejadas de la Tierra se alejan de la Tierra con velocidades proporcionales a sus distancias. Más allá de un límite llamado esfera de Hubble , la velocidad a la que aumenta su distancia a la Tierra se vuelve mayor que la velocidad de la luz. [57] Estas tasas de recesión, definidas como el aumento de la distancia adecuada por tiempo cosmológico , no son velocidades en un sentido relativista. Las velocidades de recesión cosmológica más rápidas que la luz son sólo un artefacto de coordenadas .
En la física clásica , la luz se describe como un tipo de onda electromagnética . El comportamiento clásico del campo electromagnético se describe mediante las ecuaciones de Maxwell , que predicen que la velocidad c con la que las ondas electromagnéticas (como la luz) se propagan en el vacío está relacionada con la capacitancia e inductancia distribuidas del vacío, también conocidas respectivamente como constante eléctrica ε. 0 y la constante magnética μ 0 , mediante la ecuación [58]
En la física cuántica moderna , el campo electromagnético se describe mediante la teoría de la electrodinámica cuántica (QED). En esta teoría, la luz se describe mediante las excitaciones fundamentales (o cuantos) del campo electromagnético, llamadas fotones . En QED, los fotones son partículas sin masa y, por tanto, según la relatividad especial, viajan a la velocidad de la luz en el vacío. [24]
Se han considerado extensiones de QED en las que el fotón tiene masa. En tal teoría, su velocidad dependería de su frecuencia, y la velocidad invariante c de la relatividad especial sería entonces el límite superior de la velocidad de la luz en el vacío. [32] No se ha observado variación de la velocidad de la luz con la frecuencia en pruebas rigurosas, lo que impone límites estrictos a la masa del fotón. [59] El límite obtenido depende del modelo utilizado: si el fotón masivo se describe mediante la teoría de Proca , [60] el límite superior experimental para su masa es de aproximadamente 10 −57 gramos ; [61] si la masa del fotón se genera mediante un mecanismo de Higgs , el límite superior experimental es menos nítido, m ≤10 −14 eV/ c 2 (aproximadamente 2 × 10 −47 g). [60]
Otra razón para que la velocidad de la luz varíe con su frecuencia sería la imposibilidad de aplicar la relatividad especial a escalas arbitrariamente pequeñas, como lo predicen algunas teorías propuestas de la gravedad cuántica . En 2009, la observación del estallido de rayos gamma GRB 090510 no encontró evidencia de una dependencia de la velocidad del fotón con respecto a la energía, lo que respalda estrictas restricciones en modelos específicos de cuantificación del espacio-tiempo sobre cómo esta velocidad se ve afectada por la energía del fotón para energías cercanas a la escala de Planck . [62]
En un medio, la luz no suele propagarse a una velocidad igual a c ; Además, diferentes tipos de ondas de luz viajarán a diferentes velocidades. La velocidad a la que se propagan las crestas y valles individuales de una onda plana (una onda que llena todo el espacio, con una sola frecuencia ) se llama velocidad de fase v p . Una señal física con una extensión finita (un pulso de luz) viaja a una velocidad diferente. La envolvente general del pulso viaja a la velocidad de grupo v g , y su primera parte viaja a la velocidad frontal v f . [63]
La velocidad de fase es importante para determinar cómo viaja una onda de luz a través de un material o de un material a otro. A menudo se representa en términos de índice de refracción . El índice de refracción de un material se define como la relación entre c y la velocidad de fase v p en el material: índices de refracción más grandes indican velocidades más bajas. El índice de refracción de un material puede depender de la frecuencia, intensidad, polarización o dirección de propagación de la luz; Sin embargo, en muchos casos puede tratarse como una constante dependiente del material. El índice de refracción del aire es aproximadamente 1,0003. [64] Los medios más densos, como el agua , [65] el vidrio , [66] y el diamante , [67] tienen índices de refracción de alrededor de 1,3, 1,5 y 2,4, respectivamente, para la luz visible.
En materiales exóticos como los condensados de Bose-Einstein cercanos al cero absoluto, la velocidad efectiva de la luz puede ser de sólo unos pocos metros por segundo. Sin embargo, esto representa un retraso en la absorción y la rerradiación entre átomos, como ocurre con todas las velocidades inferiores a c en sustancias materiales. Como ejemplo extremo de "desaceleración" de la luz en la materia, dos equipos independientes de físicos afirmaron haber logrado "detener por completo" la luz haciéndola pasar a través de un condensado de Bose-Einstein del elemento rubidio . La descripción popular de la luz "detenida" en estos experimentos se refiere sólo a la luz que se almacena en los estados excitados de los átomos y luego se reemite en un momento arbitrariamente posterior, estimulada por un segundo pulso láser. Durante el tiempo que estuvo "detenido", había dejado de ser luz. Este tipo de comportamiento es generalmente cierto microscópicamente en todos los medios transparentes que "reducen" la velocidad de la luz. [68]
En materiales transparentes, el índice de refracción generalmente es mayor que 1, lo que significa que la velocidad de fase es menor que c . En otros materiales, es posible que el índice de refracción sea menor que 1 para algunas frecuencias; en algunos materiales exóticos es incluso posible que el índice de refracción se vuelva negativo. [69] El requisito de que no se viole la causalidad implica que las partes real e imaginaria de la constante dieléctrica de cualquier material, correspondientes respectivamente al índice de refracción y al coeficiente de atenuación , están vinculadas por las relaciones de Kramers-Kronig . [70] [71] En términos prácticos, esto significa que en un material con índice de refracción inferior a 1, la onda será absorbida rápidamente. [72]
Un pulso con diferentes velocidades de grupo y fase (lo que ocurre si la velocidad de fase no es la misma para todas las frecuencias del pulso) se borra con el tiempo, un proceso conocido como dispersión . Ciertos materiales tienen una velocidad de grupo excepcionalmente baja (o incluso nula) para las ondas de luz, un fenómeno llamado luz lenta . [73] Lo opuesto, velocidades de grupo superiores a c , se propuso teóricamente en 1993 y se logró experimentalmente en 2000. [74] Incluso debería ser posible que la velocidad del grupo se volviera infinita o negativa, con pulsos que viajaran instantáneamente o hacia atrás en el tiempo. [63]
Ninguna de estas opciones permite que la información se transmita más rápido que c . Es imposible transmitir información con un pulso de luz más rápido que la velocidad de la primera parte del pulso (la velocidad frontal). Se puede demostrar que esto es (bajo ciertos supuestos) siempre igual a c . [63]
Es posible que una partícula viaje a través de un medio más rápido que la velocidad de fase de la luz en ese medio (pero aún más lento que c ). Cuando una partícula cargada hace eso en un material dieléctrico , se emite el equivalente electromagnético de una onda de choque , conocida como radiación Cherenkov . [75]
La velocidad de la luz es importante para las comunicaciones : el tiempo de retardo en un sentido y en el viaje de ida y vuelta es mayor que cero. Esto se aplica desde escalas pequeñas hasta astronómicas. Por otro lado, algunas técnicas dependen de la velocidad finita de la luz, por ejemplo en las mediciones de distancias.
En las computadoras , la velocidad de la luz impone un límite a la rapidez con la que se pueden enviar datos entre procesadores . Si un procesador funciona a 1 gigahercio , una señal puede viajar sólo un máximo de unos 30 centímetros (1 pie) en un solo ciclo de reloj; en la práctica, esta distancia es incluso más corta ya que la placa de circuito impreso refracta y ralentiza las señales. Por lo tanto, los procesadores deben colocarse cerca unos de otros, así como los chips de memoria , para minimizar las latencias de comunicación, y se debe tener cuidado al enrutar los cables entre ellos para garantizar la integridad de la señal . Si las frecuencias de reloj continúan aumentando, la velocidad de la luz puede eventualmente convertirse en un factor limitante para el diseño interno de chips individuales . [76] [77]
Dado que la circunferencia ecuatorial de la Tierra es aproximadamente40 075 km y que c es aproximadamente300.000 km/s , el tiempo teórico más corto para que una información recorra la mitad del globo a lo largo de la superficie es de unos 67 milisegundos. Cuando la luz viaja a través de fibra óptica (un material transparente ), el tiempo de tránsito real es más largo, en parte porque la velocidad de la luz es aproximadamente un 35% más lenta en la fibra óptica, dependiendo de su índice de refracción n . [Nota 11] Las líneas rectas son raras en las comunicaciones globales y el tiempo de viaje aumenta cuando las señales pasan a través de interruptores electrónicos o regeneradores de señales. [79]
Aunque esta distancia es en gran medida irrelevante para la mayoría de las aplicaciones, la latencia se vuelve importante en campos como el comercio de alta frecuencia , donde los operadores buscan obtener ventajas mínimas entregando sus operaciones a las bolsas fracciones de segundo antes que otros operadores. Por ejemplo, los comerciantes han estado cambiando a las comunicaciones por microondas entre centros comerciales, debido a la ventaja que tienen las ondas de radio que viajan a una velocidad cercana a la de la luz a través del aire sobre las señales de fibra óptica comparativamente más lentas . [80] [81]
De manera similar, las comunicaciones entre la Tierra y las naves espaciales no son instantáneas. Hay un breve retraso entre la fuente y el receptor, que se vuelve más perceptible a medida que aumentan las distancias. Este retraso fue significativo para las comunicaciones entre el control terrestre y el Apolo 8 cuando se convirtió en la primera nave espacial tripulada en orbitar la Luna: para cada pregunta, la estación de control terrestre tuvo que esperar al menos tres segundos hasta que llegara la respuesta. [82]
El retraso en las comunicaciones entre la Tierra y Marte puede variar entre cinco y veinte minutos dependiendo de las posiciones relativas de los dos planetas. Como consecuencia de esto, si un robot en la superficie de Marte tuviera un problema, sus controladores humanos no se darían cuenta de ello hasta entre 5 y 20 minutos después. Luego, los comandos tardarían entre 5 y 20 minutos más en viajar de la Tierra a Marte. [83]
Recibir luz y otras señales de fuentes astronómicas distantes lleva mucho más tiempo. Por ejemplo, se necesitan 13 mil millones (13 × 109 ) años para que la luz viaje a la Tierra desde las galaxias lejanas vistas en las imágenes del Campo Ultra Profundo del Hubble . [84] [85] Esas fotografías, tomadas hoy, capturan imágenes de las galaxias tal como aparecían hace 13 mil millones de años, cuando el universo tenía menos de mil millones de años. [84] El hecho de que los objetos más distantes parezcan más jóvenes, debido a la velocidad finita de la luz, permite a los astrónomos inferir la evolución de las estrellas , de las galaxias y del universo mismo. [86]
Las distancias astronómicas a veces se expresan en años luz , especialmente en publicaciones y medios de divulgación científica . [87] Un año luz es la distancia que recorre la luz en un año juliano , alrededor de 9461 mil millones de kilómetros, 5879 mil millones de millas o 0,3066 pársecs . En cifras redondas, un año luz equivale a casi 10 billones de kilómetros o casi 6 billones de millas. Próxima Centauri , la estrella más cercana a la Tierra después del Sol, está a unos 4,2 años luz de distancia. [88]
Los sistemas de radar miden la distancia a un objetivo mediante el tiempo que tarda un pulso de onda de radio en regresar a la antena del radar después de ser reflejado por el objetivo: la distancia al objetivo es la mitad del tiempo de tránsito de ida y vuelta multiplicado por la velocidad de la luz. . Un receptor del Sistema de posicionamiento global (GPS) mide su distancia a los satélites GPS en función del tiempo que tarda en llegar una señal de radio de cada satélite y, a partir de estas distancias, calcula la posición del receptor. Porque la luz viaja300 000 kilómetros (300.000 km ) en un segundo, estas mediciones de pequeñas fracciones de segundo deben ser muy precisas . El experimento Lunar Laser Ranging , la astronomía por radar y la Red del Espacio Profundo determinan distancias a la Luna, [89] planetas [90] y naves espaciales, [91] respectivamente, midiendo los tiempos de tránsito de ida y vuelta.
Hay diferentes formas de determinar el valor de c . Una forma es medir la velocidad real a la que se propagan las ondas de luz, lo que se puede hacer en diversas configuraciones astronómicas y terrestres. También es posible determinar c a partir de otras leyes físicas donde aparece, por ejemplo, determinando los valores de las constantes electromagnéticas ε 0 y μ 0 y usando su relación con c . Históricamente, los resultados más precisos se han obtenido determinando por separado la frecuencia y la longitud de onda de un haz de luz, cuyo producto es igual a c . Esto se describe con más detalle en la sección "Interferometría" a continuación.
En 1983 se definió el metro como "la longitud del camino recorrido por la luz en el vacío durante un intervalo de tiempo de 1 ⁄299 792 458 de segundo",[92]fijando el valor de la velocidad de la luz en299 792 458 m/s por definición, como se describe a continuación. En consecuencia, las mediciones precisas de la velocidad de la luz producen una medición precisa del metro en lugar de un valor exacto de c .
El espacio exterior es un escenario conveniente para medir la velocidad de la luz debido a su gran escala y su vacío casi perfecto . Normalmente, se mide el tiempo necesario para que la luz recorra alguna distancia de referencia en el Sistema Solar , como el radio de la órbita de la Tierra. Históricamente, tales mediciones se podían realizar con bastante precisión, en comparación con la precisión con la que se conoce la longitud de la distancia de referencia en unidades terrestres.
Ole Christensen Rømer utilizó una medición astronómica para hacer la primera estimación cuantitativa de la velocidad de la luz en el año 1676. [93] [94] Cuando se miden desde la Tierra, los períodos de las lunas que orbitan un planeta distante son más cortos cuando la Tierra se acerca a la planeta que cuando la Tierra se aleja de él. La diferencia es pequeña, pero el tiempo acumulado se vuelve significativo cuando se mide en meses. La distancia recorrida por la luz desde el planeta (o su luna) hasta la Tierra es más corta cuando la Tierra está en el punto de su órbita más cercano a su planeta que cuando la Tierra está en el punto más lejano de su órbita, la diferencia de distancia siendo el diámetro de la órbita de la Tierra alrededor del Sol. El cambio observado en el período orbital de la Luna se debe a la diferencia en el tiempo que tarda la luz en recorrer la distancia más corta o más larga. Rømer observó este efecto en Io, la luna principal más interna de Júpiter , y dedujo que la luz tarda 22 minutos en cruzar el diámetro de la órbita de la Tierra. [93]
Otro método consiste en utilizar la aberración de la luz , descubierta y explicada por James Bradley en el siglo XVIII. [95] Este efecto resulta de la suma vectorial de la velocidad de la luz que llega de una fuente distante (como una estrella) y la velocidad de su observador (ver diagrama a la derecha). Por lo tanto, un observador en movimiento ve la luz proveniente de una dirección ligeramente diferente y, en consecuencia, ve la fuente en una posición desplazada de su posición original. Dado que la dirección de la velocidad de la Tierra cambia continuamente a medida que la Tierra orbita alrededor del Sol, este efecto hace que la posición aparente de las estrellas se mueva. A partir de la diferencia angular en la posición de las estrellas (máximo 20,5 segundos de arco ) [96] es posible expresar la velocidad de la luz en términos de la velocidad de la Tierra alrededor del Sol, que con la duración conocida de un año se puede convertir en tiempo. necesario para viajar del Sol a la Tierra. En 1729, Bradley utilizó este método para deducir que la luz viajaba10 210 veces más rápido que la Tierra en su órbita (la cifra moderna es10 066 veces más rápido) o, equivalentemente, que la luz tardaría 8 minutos y 12 segundos en viajar del Sol a la Tierra. [95]
Una unidad astronómica (UA) es aproximadamente la distancia promedio entre la Tierra y el Sol. Fue redefinido en 2012 como exactamente149 597 870 700 m . [97] [98] Anteriormente la UA no se basaba en el Sistema Internacional de Unidades sino en términos de la fuerza gravitacional ejercida por el Sol en el marco de la mecánica clásica. [Nota 12] La definición actual utiliza el valor recomendado en metros para la definición anterior de unidad astronómica, que se determinaba mediante medición. [97] Esta redefinición es análoga a la del metro y también tiene el efecto de fijar la velocidad de la luz a un valor exacto en unidades astronómicas por segundo (a través de la velocidad exacta de la luz en metros por segundo). [100]
Anteriormente, la inversa de c expresada en segundos por unidad astronómica se medía comparando el tiempo que tardaban las señales de radio en llegar a diferentes naves espaciales del Sistema Solar, con su posición calculada a partir de los efectos gravitacionales del Sol y varios planetas. Combinando muchas de estas mediciones, se podría obtener el mejor valor de ajuste para el tiempo de luz por unidad de distancia. Por ejemplo, en 2009, la mejor estimación, aprobada por la Unión Astronómica Internacional (IAU), fue: [101] [102]
La incertidumbre relativa en estas mediciones es de 0,02 partes por mil millones (2 × 10 −11 ), equivalente a la incertidumbre en las mediciones de longitud realizadas desde la Tierra mediante interferometría. [103] Dado que el metro se define como la longitud recorrida por la luz en un determinado intervalo de tiempo, la medición del tiempo de luz en términos de la definición anterior de unidad astronómica también puede interpretarse como la medida de la longitud de una UA (antigua definición) en metros. [Nota 13]
Un método para medir la velocidad de la luz es medir el tiempo necesario para que la luz viaje hasta un espejo a una distancia conocida y regrese. Este es el principio de funcionamiento detrás de los experimentos de Hippolyte Fizeau y Léon Foucault .
La configuración utilizada por Fizeau consiste en un haz de luz dirigido a un espejo a 8 kilómetros (5 millas) de distancia. En el camino desde la fuente hasta el espejo, el rayo pasa a través de una rueda dentada giratoria. A una determinada velocidad de rotación, el haz pasa por un espacio de ida y otro de regreso, pero a velocidades ligeramente mayores o menores, el haz choca con un diente y no atraviesa la rueda. Conociendo la distancia entre la rueda y el espejo, el número de dientes de la rueda y la velocidad de rotación, se puede calcular la velocidad de la luz. [104]
El método de Foucault sustituye la rueda dentada por un espejo giratorio. Debido a que el espejo sigue girando mientras la luz viaja hacia el espejo distante y regresa, la luz se refleja desde el espejo giratorio en un ángulo diferente al salir que al regresar. A partir de esta diferencia de ángulo se puede calcular la velocidad de rotación conocida y la distancia al espejo distante (la velocidad de la luz). [105] Foucault utilizó este aparato para medir la velocidad de la luz en el aire frente al agua, basándose en una sugerencia de François Arago . [106]
Hoy en día, utilizando osciloscopios con resoluciones temporales de menos de un nanosegundo, la velocidad de la luz se puede medir directamente cronometrando el retraso de un pulso de luz de un láser o un LED reflejado en un espejo. Este método es menos preciso (con errores del orden del 1%) que otras técnicas modernas, pero a veces se utiliza como experimento de laboratorio en las clases de física universitaria. [107]
Una opción para derivar c que no depende directamente de una medición de la propagación de ondas electromagnéticas es utilizar la relación entre c y la permitividad del vacío ε 0 y la permeabilidad al vacío μ 0 establecidas por la teoría de Maxwell: c 2 = 1/( ε 0 µ0 ) . La permitividad del vacío se puede determinar midiendo la capacitancia y las dimensiones de un capacitor , mientras que históricamente el valor de la permeabilidad al vacío se fijaba exactamente en4π × 10 −7 H⋅m −1 mediante la definición de amperio . Rosa y Dorsey utilizaron este método en 1907 para encontrar un valor de299 710 ± 22 km/s . Su método dependía de tener una unidad estándar de resistencia eléctrica, el " ohmio internacional ", por lo que su precisión estaba limitada por cómo se definía este estándar. [108] [109]
Otra forma de medir la velocidad de la luz es medir de forma independiente la frecuencia f y la longitud de onda λ de una onda electromagnética en el vacío. El valor de c puede entonces encontrarse utilizando la relación c = fλ . Una opción es medir la frecuencia de resonancia de un resonador de cavidad . Si también se conocen las dimensiones de la cavidad de resonancia, se pueden utilizar para determinar la longitud de onda de la onda. En 1946, Louis Essen y AC Gordon-Smith establecieron la frecuencia para una variedad de modos normales de microondas de una cavidad de microondas de dimensiones exactamente conocidas. Las dimensiones se establecieron con una precisión de aproximadamente ±0,8 μm utilizando calibres calibrados por interferometría. [108] Como la longitud de onda de los modos se conocía a partir de la geometría de la cavidad y de la teoría electromagnética , el conocimiento de las frecuencias asociadas permitió calcular la velocidad de la luz. [108] [110]
El resultado de Essen-Gordon-Smith,299 792 ± 9 km/s , fue sustancialmente más precisa que las encontradas mediante técnicas ópticas. [108] En 1950, mediciones repetidas realizadas por Essen establecieron un resultado de299 792,5 ± 3,0 km/ s . [111]
Es posible hacer una demostración casera de esta técnica utilizando un horno microondas y alimentos como malvaviscos o margarina: si se retira el plato giratorio para que la comida no se mueva, se cocinará más rápido en los antinodos (los puntos en los que la amplitud de la onda es el mayor), donde comenzará a derretirse. La distancia entre dos de esos puntos es la mitad de la longitud de onda de las microondas; midiendo esta distancia y multiplicando la longitud de onda por la frecuencia de microondas (generalmente mostrada en la parte posterior del horno, típicamente 2450 MHz), se puede calcular el valor de c , "a menudo con menos del 5% de error". [112] [113]
La interferometría es otro método para encontrar la longitud de onda de la radiación electromagnética para determinar la velocidad de la luz. [Nota 14] Un haz de luz coherente (por ejemplo, de un láser ), con una frecuencia conocida ( f ), se divide para seguir dos caminos y luego se recombina. Ajustando la longitud del camino mientras se observa el patrón de interferencia y midiendo cuidadosamente el cambio en la longitud del camino, se puede determinar la longitud de onda de la luz ( λ ). Luego, la velocidad de la luz se calcula utilizando la ecuación c = λf .
Antes de la llegada de la tecnología láser, se utilizaban fuentes de radio coherentes para medir por interferometría la velocidad de la luz. [115] La determinación interferométrica de la longitud de onda se vuelve menos precisa con la longitud de onda y, por lo tanto, la precisión de los experimentos estuvo limitada por la longitud de onda larga (~ 4 mm (0,16 pulgadas)) de las ondas de radio. La precisión se puede mejorar utilizando luz con una longitud de onda más corta, pero luego resulta difícil medir directamente la frecuencia de la luz. [116]
Una forma de solucionar este problema es comenzar con una señal de baja frecuencia cuya frecuencia pueda medirse con precisión y, a partir de esta señal, sintetizar progresivamente señales de frecuencia más alta cuya frecuencia luego pueda vincularse a la señal original. Luego se puede fijar un láser en la frecuencia y determinar su longitud de onda mediante interferometría. [116] Esta técnica se debió a un grupo de la Oficina Nacional de Estándares (que más tarde se convirtió en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología ). Lo usaron en 1972 para medir la velocidad de la luz en el vacío con una incertidumbre fraccionaria de3,5 × 10-9 . _ [116] [117]
Hasta principios del período moderno , no se sabía si la luz viajaba instantáneamente o a una velocidad finita muy rápida. El primer examen registrado de este tema se realizó en la antigua Grecia . Los antiguos griegos, los eruditos árabes y los científicos europeos clásicos debatieron esto durante mucho tiempo hasta que Rømer proporcionó el primer cálculo de la velocidad de la luz. La teoría de la relatividad especial de Einstein postula que la velocidad de la luz es constante independientemente del marco de referencia de cada uno. Desde entonces, los científicos han proporcionado mediciones cada vez más precisas.
Empédocles (c. 490-430 a. C.) fue el primero en proponer una teoría de la luz [124] y afirmó que la luz tiene una velocidad finita. [125] Sostuvo que la luz era algo en movimiento y, por lo tanto, debía tardar algún tiempo en viajar. Aristóteles sostenía, por el contrario, que “la luz se debe a la presencia de algo, pero no es un movimiento”. [126] Euclides y Ptolomeo avanzaron la teoría de la emisión de la visión de Empédocles , donde la luz se emite desde el ojo, permitiendo así la vista. Con base en esa teoría, Herón de Alejandría argumentó que la velocidad de la luz debe ser infinita porque los objetos distantes como las estrellas aparecen inmediatamente al abrir los ojos. [127]
Los primeros filósofos islámicos inicialmente estuvieron de acuerdo con la opinión aristotélica de que la luz no tenía velocidad de viaje. En 1021, Alhazen (Ibn al-Haytham) publicó el Libro de la Óptica , en el que presentaba una serie de argumentos que descartaban la teoría de la emisión de la visión en favor de la ahora aceptada teoría de la intromisión, en la que la luz pasa de un objeto al ojo. [128] Esto llevó a Alhazen a proponer que la luz debe tener una velocidad finita, [126] [129] [130] y que la velocidad de la luz es variable, disminuyendo en cuerpos más densos. [130] [131] Sostuvo que la luz es materia sustancial, cuya propagación requiere tiempo, incluso si está oculto a los sentidos. [132] También en el siglo XI, Abū Rayhān al-Bīrūnī estuvo de acuerdo en que la luz tiene una velocidad finita y observó que la velocidad de la luz es mucho más rápida que la velocidad del sonido. [133]
En el siglo XIII, Roger Bacon argumentó que la velocidad de la luz en el aire no era infinita, utilizando argumentos filosóficos respaldados por los escritos de Alhazen y Aristóteles. [134] [135] En la década de 1270, Witelo consideró la posibilidad de que la luz viajara a una velocidad infinita en el vacío, pero se desacelerara en cuerpos más densos. [136]
A principios del siglo XVII, Johannes Kepler creía que la velocidad de la luz era infinita ya que el espacio vacío no presentaba ningún obstáculo para ello. René Descartes argumentó que si la velocidad de la luz fuera finita, el Sol, la Tierra y la Luna estarían notablemente desalineados durante un eclipse lunar . Aunque este argumento falla cuando se tiene en cuenta la aberración de la luz , ésta no fue reconocida hasta el siglo siguiente. [137] Dado que no se había observado tal desalineación, Descartes concluyó que la velocidad de la luz era infinita. Descartes especuló que si se descubriera que la velocidad de la luz era finita, todo su sistema filosófico podría ser demolido. [126] A pesar de esto, en su derivación de la ley de Snell , Descartes asumió que algún tipo de movimiento asociado con la luz era más rápido en medios más densos. [138] [139] Pierre de Fermat derivó la ley de Snell utilizando el supuesto opuesto: cuanto más denso era el medio, más lento viajaba la luz. Fermat también defendió una velocidad finita de la luz. [140]
En 1629, Isaac Beeckman propuso un experimento en el que una persona observa el destello de un cañón reflejándose en un espejo a aproximadamente una milla (1,6 km) de distancia. En 1638, Galileo Galilei propuso un experimento, aparentemente afirmando haberlo realizado algunos años antes, para medir la velocidad de la luz observando el retraso entre el descubrimiento de una linterna y su percepción a cierta distancia. No pudo distinguir si el viaje de la luz era instantáneo o no, pero concluyó que si no lo era, debía ser extraordinariamente rápido. [118] [119] En 1667, la Accademia del Cimento de Florencia informó que había realizado el experimento de Galileo, con las linternas separadas por aproximadamente una milla, pero no se observó ningún retraso. [141] El retraso real en este experimento habría sido de unos 11 microsegundos .
La primera estimación cuantitativa de la velocidad de la luz la realizó Ole Rømer en 1676. [93] [94] A partir de la observación de que los períodos de Io , la luna más interna de Júpiter , parecían ser más cortos cuando la Tierra se acercaba a Júpiter que cuando se alejaba de ella, concluyó que la luz viaja a una velocidad finita y estimó que tarda 22 minutos en cruzar el diámetro de la órbita terrestre. Christiaan Huygens combinó esta estimación con una estimación del diámetro de la órbita de la Tierra para obtener una estimación de la velocidad de la luz de220.000 km/s , un 27% menos que el valor real . [122]
En su libro Opticks de 1704 , Isaac Newton informó sobre los cálculos de Rømer sobre la velocidad finita de la luz y dio un valor de "siete u ocho minutos" para el tiempo que tarda la luz en viajar desde el Sol a la Tierra (el valor moderno es 8 minutos 19). segundos). [142] Newton preguntó si las sombras del eclipse de Rømer estaban coloreadas. Al enterarse de que no lo eran, concluyó que los diferentes colores viajaban a la misma velocidad. En 1729, James Bradley descubrió la aberración estelar . [95] A partir de este efecto determinó que la luz debe viajar 10.210 veces más rápido que la Tierra en su órbita (la cifra moderna es 10.066 veces más rápida) o, equivalentemente, que la luz tardaría 8 minutos 12 segundos en viajar desde el Sol hasta el Tierra. [95]
En el siglo XIX, Hippolyte Fizeau desarrolló un método para determinar la velocidad de la luz basándose en mediciones del tiempo de vuelo en la Tierra y reportó un valor de315 000 kilómetros por segundo . [143] Su método fue mejorado por Léon Foucault quien obtuvo un valor de298 000 km/s en 1862. [104] En el año 1856, Wilhelm Eduard Weber y Rudolf Kohlrausch midieron la relación entre las unidades de carga electromagnética y electrostática, 1/ √ ε 0 μ 0 , descargando una jarra de Leyden , y encontraron que su valor numérico era muy cercano a la velocidad de la luz medida directamente por Fizeau. Al año siguiente, Gustav Kirchhoff calculó que una señal eléctrica en un cable sin resistencia viaja a lo largo del cable a esta velocidad. [144]
A principios de la década de 1860, Maxwell demostró que, según la teoría del electromagnetismo en la que estaba trabajando, las ondas electromagnéticas se propagan en el espacio vacío [145] a una velocidad igual a la relación Weber/Kohlrausch antes mencionada, y llamó la atención sobre la proximidad numérica de esta relación. valor a la velocidad de la luz medida por Fizeau, propuso que la luz es, de hecho, una onda electromagnética. [146] Maxwell respaldó su afirmación con su propio experimento publicado en Philosophical Transactions de 1868 que determinó la relación entre las unidades electrostáticas y electromagnéticas de electricidad. [147]
En ese momento se pensaba que el espacio vacío estaba lleno de un medio de fondo llamado éter luminífero en el que existía el campo electromagnético. Algunos físicos pensaban que este éter actuaba como marco de referencia preferido para la propagación de la luz y por tanto debería ser posible medir el movimiento de la Tierra con respecto a este medio, midiendo la isotropía de la velocidad de la luz. A partir de la década de 1880 se realizaron varios experimentos para intentar detectar este movimiento, el más famoso de los cuales es el experimento realizado por Albert A. Michelson y Edward W. Morley en 1887. [148] [149] Se descubrió que el movimiento detectado siempre ser nulo (dentro del error de observación). Los experimentos modernos indican que la velocidad bidireccional de la luz es isotrópica (la misma en todas direcciones) con un margen de error de 6 nanómetros por segundo. [150]
Debido a este experimento, Hendrik Lorentz propuso que el movimiento del aparato a través del éter puede hacer que el aparato se contraiga a lo largo de su longitud en la dirección del movimiento, y además asumió que la variable de tiempo para los sistemas en movimiento también debe cambiarse en consecuencia ("local tiempo"), lo que llevó a la formulación de la transformación de Lorentz . Basado en la teoría del éter de Lorentz , Henri Poincaré (1900) demostró que esta hora local (de primer orden en v / c ) está indicada por relojes que se mueven en el éter, que están sincronizados bajo el supuesto de una velocidad de la luz constante. En 1904, especuló que la velocidad de la luz podría ser una velocidad límite en la dinámica, siempre que se confirmaran todas las suposiciones de la teoría de Lorentz. En 1905, Poincaré puso la teoría del éter de Lorentz en total acuerdo observacional con el principio de relatividad . [151] [152]
En 1905 Einstein postuló desde el principio que la velocidad de la luz en el vacío, medida por un observador no acelerado, es independiente del movimiento de la fuente u observador. Utilizando esto y el principio de la relatividad como base, derivó la teoría de la relatividad especial , en la que la velocidad de la luz en el vacío c aparecía como una constante fundamental, apareciendo también en contextos no relacionados con la luz. Esto hizo inútil el concepto de éter estacionario (al que todavía se adherían Lorentz y Poincaré) y revolucionó los conceptos de espacio y tiempo. [153] [154]
En la segunda mitad del siglo XX, se avanzó mucho en el aumento de la precisión de las mediciones de la velocidad de la luz, primero mediante técnicas de resonancia de cavidad y más tarde mediante técnicas de interferómetro láser. Estos fueron ayudados por definiciones nuevas y más precisas de metro y segundo. En 1950, Louis Essen determinó la velocidad como299 792,5 ± 3,0 km/s , utilizando resonancia de cavidad . [111] Este valor fue adoptado por la 12ª Asamblea General de la Unión Radiocientífica en 1957. En 1960, el metro fue redefinido en términos de la longitud de onda de una línea espectral particular de criptón-86 y, en 1967, el segundo se redefinió en términos de la frecuencia de transición hiperfina del estado fundamental del cesio-133 . [155]
En 1972, utilizando el método del interferómetro láser y las nuevas definiciones, un grupo de la Oficina Nacional de Estándares de Estados Unidos en Boulder, Colorado, determinó que la velocidad de la luz en el vacío era c = 299 792 456,2 ± 1,1 m/s . Esto era 100 veces menos incierto que el valor aceptado anteriormente. La incertidumbre restante estaba relacionada principalmente con la definición del metro. [Nota 16] [117] Como experimentos similares encontraron resultados comparables para c , la 15ª Conferencia General de Pesas y Medidas en 1975 recomendó utilizar el valor299 792 458 m/s para la velocidad de la luz. [158]
En 1983, la 17ª reunión de la Conferencia General de Pesos y Medidas (CGPM) encontró que las longitudes de onda de las mediciones de frecuencia y un valor dado para la velocidad de la luz son más reproducibles que el estándar anterior. Mantuvieron la definición de segundo de 1967, por lo que la frecuencia hiperfina del cesio ahora determinaría tanto el segundo como el metro. Para ello, redefinieron el metro como "la longitud del camino recorrido por la luz en el vacío durante un intervalo de tiempo de 1/299 792 458 de segundo." [92]
Como resultado de esta definición, el valor de la velocidad de la luz en el vacío es exactamente299 792 458 m/s [159] [160] y se ha convertido en una constante definida en el sistema de unidades SI. [14] Las técnicas experimentales mejoradas que, antes de 1983, habrían medido la velocidad de la luz ya no afectan el valor conocido de la velocidad de la luz en unidades SI, sino que permiten una realización más precisa del metro midiendo con mayor precisión la longitud de onda. de kriptón-86 y otras fuentes de luz. [161] [162]
En 2011, la CGPM declaró su intención de redefinir las siete unidades básicas del SI utilizando lo que llama "la formulación constante explícita", donde cada "unidad se define indirectamente especificando explícitamente un valor exacto para una constante fundamental bien reconocida", como se hizo para la velocidad de la luz. Propuso una redacción nueva, pero completamente equivalente, para la definición del metro: "El metro, símbolo m, es la unidad de longitud; su magnitud se establece fijando el valor numérico de la velocidad de la luz en el vacío para que sea exactamente igual a299 792 458 cuando se expresa en la unidad SI ms −1 ". [163] Este fue uno de los cambios que se incorporó en la redefinición de 2019 de las unidades básicas del SI , también denominada Nuevo SI . [164]
... el estándar más preciso para el medidor se define convenientemente de modo que haya exactamente299.792.458 de ellos a la distancia recorrida por la luz en un segundo estándar, lo que da un valor para el metro que coincide con mucha precisión con la regla del metro estándar de París , ahora insuficientemente precisa .
... si la velocidad de la luz se define como un número fijo entonces, en principio, el estándar de tiempo servirá como estándar de longitud ...
Grace Murray Hopper
(1906-1992), una matemática que se convirtió en oficial naval e informática durante la Segunda Guerra Mundial, comenzó a distribuir estos "nanosegundos" de cables a finales de la década de 1960 para demostrar cómo el diseño de componentes más pequeños produciría computadoras más rápidas.
La posibilidad de que las constantes fundamentales puedan variar durante la evolución del universo ofrece una ventana excepcional a las teorías de dimensiones superiores y probablemente esté relacionada con la naturaleza de la energía oscura que hace que el universo se acelere hoy.
[E]ra natural soñar que las correlaciones cuánticas podrían usarse para comunicaciones más rápidas que la luz, pero esta especulación fue rápidamente derribada y el disparo estableció el principio de que los estados cuánticos no se pueden copiar.
Una consecuencia peculiar de este sistema de definiciones es que cualquier mejora futura en nuestra capacidad para medir c no cambiará la velocidad de la luz (que es un número definido), ¡sino que cambiará la longitud del metro!
Tenga en cuenta que [...] las mejoras en la precisión experimental modificarán el medidor en relación con las longitudes de onda atómicas, ¡pero no el valor de la velocidad de la luz!
