Velocidade da luz

Velocidade da luz

Nesta imaxe, unha luz láser móvese polo aire o 99,97% da velocidade da luz no baleiro[1]
Valores exactos
Metros por segundo	299.792.458
Lonxitude de Planck por tempo de Planck (i.e., unidades de Planck)	1
Valores aproximados
Quilómetros por segundo	300.000
Quilómetros por hora	1.080 milions
Unidades astronómicas por día	173
Tempo aproximado que tarda a luz en percorrer...
un centímetro	0,033 ns
un metro	3,3 ns
un quilómetro	3,3 μs
unha milla	5,4 μs
ao redor do ecuador da Terra	0,13 s
desde a Terra á órbita xeoestacionaria e de volta	0,24 s
da Terra a Lúa	1,3 s
da Terra o Sol	8,3 min
da Terra a Alpha Centauri	4,4 anos
dun extremo o outro da Vía Láctea	100.000 anos

A velocidade da luz no baleiro, comunmente representada coa letra c, é unha constante física universal importante en moitos campos da física. O seu valor é de exactamente 299.792.458 metros por segundo (≈3.00 x 10⁸ m/s) (1.079.252.848,8 km/h), un valor exacto, polo que a lonxitude do metro defínese a partir desta constante así como a definición estándar internacional de segundo.^[2] Como explicación da exactitude citada, hai que ter en conta que aínda que anteriormente a velocidade da luz medíase en función de espazo e tempo e as súas unidades, hoxe en día é a unidade de lonxitude, o metro, a que é definida en función da velocidade da luz no baleiro, como o espazo que percorre a luz en 1/299.792.458 de segundo. De acordo coa relatividade especial, c é a velocidade máxima á que todas as partículas sen masa e os seus campos asociados (incluíndo a radiación electromagnética tal como a luz e as ondas gravitacionais) viaxan no baleiro. É tamén a velocidade da gravidade (é dicir, das ondas gravitatorias) predita polas teorías actuais. Estas partículas e ondas viaxan a c, independentemente do movemento da fonte ou do sistema de referencia inercial do observador. Na teoría da relatividade, c interrelaciona o espazo e o tempo, e tamén aparece na famosa ecuación de equivalencia masa-enerxía, E = mc².^[3]

Noutros medios, esta velocidade é menor e depende do índice de refracción. A velocidade á que a luz se propaga a través de materiais transparentes, como o vidro ou o ar, é menor que c. A relación entre c e a velocidade v á que viaxa a luz a través dun material denomínase o índice de refracción n do material (n = c / v). Por exemplo, o índice de refracción do vidro pola luz visible é tipicamente de aproximadamente 1,5, o que significa que a luz no vidro viaxa a c / 1,5 ≈ 200.000 km/s; o índice de refracción do aire pola luz visible é de 1,000293, polo que a velocidade da luz no aire é de 299 705 km/s (preto de 88 km/s máis lenta que c).

Nalgúns casos, pódese considerar, de xeito aproximado, que a luz e outras ondas electromagnéticas móvense "instantaneamente", pero para longas distancias e medidas moi sensibles á súa velocidade finita ten efectos perceptibles. Por exemplo, na comunicación con sondas espaciais afastadas, unha mensaxe pode tardar varios minutos e ata horas en ir desde a Terra ata a sonda. A luz das estrelas que vemos e nos deixaron fai moitos anos, o que permite estudar a historia do universo mediante a observación de obxectos distantes. A velocidade finita da luz tamén limita a velocidade máxima teórica dos ordenadores, xa que a información debe ser enviada dentro do ordenador dun chip a outro. Finalmente, a velocidade da luz pódese utilizar en medidas de tempo de voo para medir grandes distancias cunha alta precisión.

A primeira proba experimental de que a luz tiña unha velocidade finita (a diferenza de facelo de xeito instantánea) foi en 1676 e débese a Ole Christensen Rømer, que a calculou cunha precisión notable, cando estudaba o movemento aparente da lúa de Xúpiter Ío, tendo en conta o suporte técnico e teórico de que dispuña (Newton aínda non escribira os Principia Mathematica).

Foi en 1865 cando James Clerk Maxwell, e coas Ecuacións de Maxwell, cando se dispuxo dun marco teórico que insería a luz no eido do electromagnetismo, convertendo a velocidade da luz no baleiro, na velocidade das ondas electromagnéticas no mesmo.^[4] Pero en 1905, será Albert Einstein, quen defendera que a velocidade da luz respecto calquera sistema inercial é independente do movemento da fonte de luz,^[5] e explorou as consecuencias deste postulado a través da teoría especial da relatividade e mostrou que o parámetro c tiña relevancia fora do contexto da luz e o electromagnetismo. Logo de séculos de medidas cada vez máis precisas, en 1975 atopouse que a velocidade da luz era de 299.792.458 m/s, cunha incerteza de medida de 4 partes por mil millóns. En 1983, o metro foi redefinido no Sistema Internacional de Unidades (SI) como a distancia percorrida pola luz no baleiro en 1/299.792.458 segundos.^[6] Como resultado, o valor numérico de c en metros por segundo queda actualmente fixado exactamente pola definición do metro.^[7]

1. ↑ Michael De Podesta (2002). CRC Press, ed. Understanding the Properites of Matter (en inglés). p. 131. ISBN 0415257883. Consultado o 21/09/2014. 
2. ↑ Penrose 2004, p. 410-411:

   the most accurate standard for the metre is conveniently defined so that there are exactly 299,792,458 of them to the distance travelled by light in a standard second, giving a value for the metre that very accurately matches the now inadequately precise standard metre rule in Paris.

   o estándar do metro máis preciso defínese convenientemente de modo que sexa exactamente 299.792.458 a distancia que percorre a luz nun segundo estándar, resultando un valor do metro que coincide actualmente de xeito estándar mais precisa que a inadecuada e imprecisa do metro de París.

   Roger PenroseThe Road to Reality: A Complete Guide to the Laws of the Universe

3. ↑ Uzan & Leclercq 2008, p. 43-44.
4. ↑ How is the speed of light measured? Arquivado 21 de agosto de 2015 en Wayback Machine. Philip Gibbs (1997) (en inglés)
5. ↑ Stachel, JJ (2002). Springer, ed. Einstein from "B" tono "Z "- Volume 9 of Einstein studies (en inglés). p. 226. ISBN 0-8176-4143-2. 
6. ↑ "Base unit definitions: Meter" (en inglés). National Institute of Standards and Technology. Consultado o 24 de xullo do 2017. 
7. ↑ International Bureau of weight and Measures, ed. (2006). The International System of Unidos (SI) (8a ed. ed.). p. 112. ISBN 92-822-2213-6.