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Por qué la velocidad de la luz es la que es?

• Publicado por - InterUniversidades - 28 de febrero de 2018 - Temas Libres para todos los miembros de la Comunidad InterUniversidades.com: tu opinión, tu impresión, tu historia... Curiosidades - #velocidad de la luz  - 1.510 visitas

   

  ¿Por qué la velocidad de la luz es la que es?

  
  
   
  
  

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  La Luz es una onda electromagnética o, lo que es lo mismo, es una perturbación compuesta por un campo eléctrico y uno magnético que oscilan mientras se propagan por el espacio. 
  
  
  link: https://www.youtube.com/watch?v=Uq0H4-nvBB8 
  
  Por otro lado, la luz se propaga a elocidades diferentes a traés de distintos medios. Por ejemplo, aunque en el acío alcanza su elocidad máxima de 299.792,458 km/s, la luz atraiesa el agua y el idrio a “sólo” 225.000 y 200.000 km/s, respectiamente. De hecho se ha inentado un material que reduce su elocidad de propagación hasta los 7.766 km/s mientras pasa a traés de él e incluso existen experimentos en los que se han conseguido “capturar“ rayos de luz dentro de un objeto para luego oler a soltarlos. 
  
   
  
  Y lo es, oz cursia. Las partículas que componen la luz, los fotones, siempre se mueen a su elocidad máxima de 299.792,458 km/s, incluso cuando se propagan a traés de un medio que no es el acío. Lo que ocurre es que, mientras los fotones pasan a traés una sustancia, los átomos que se encuentran a su paso los absorben y los uelen a emitir. Eso significa que la luz pasa unos instantes retenida por cada átomo que se cruza en su camino cuando no se propaga por el acío y, como resultado, tarda más tiempo en llegar de un lugar a otro. 
  
  Por tanto, la luz se propaga a elocidades distintas a traés de diferentes medios porque los átomos de cada material tienden a retenerla durante más o menos tiempo cuando interaccionan con ella. Pero, mientras la luz recorre el espacio que hay entre un átomo y el siguiente, lo hace a su elocidad máxima. 
  
   
  
  Y este es el motio por el que, en realidad, la elocidad de la luz en sí no cambia al pasar a traés de un material: lo único que cambia es el tiempo que la retiene cada átomo de la sustancia que está recorriendo. 
  
  Hasta acá la parte simple del post 
  
  Existe parámetro llamado índice de refracción. Este alor determina (entre otras cosas) cuánto disminuye la elocidad de propagación de la luz cuando pasa a traés de un medio determinado. Pero el índice de refracción de un material no es una propiedad fundamental de la materia sino que, a su ez, está definido por otras dos magnitudes: la permeabilidad magnética (µ0) y la permitiidad eléctrica (ε0), que se corresponden con la capacidad de un medio para sostener campos magnéticos y la resistencia que ofrece a la formación de campos eléctricos en su interior, respectiamente. 
  
  La relación de estos dos parámetros con la elocidad de la luz (c) es la siguiente: 
   
  Donde µ0=1.2566·10−6 N/A2 y ε0=8.854·10−12 F/m. (Fuente) 
  
  Pero resulta que estos dos alores, aunque son muy pequeños, no son nulos en el acío. Dicho de otra manera, esta ecuación sugiere que el acío ofrece cierta resistencia a la formación de campos eléctricos y magnéticos en su interior. Por tanto, como la luz es una sucesión de campos eléctricos y magnéticos, la permeabilidad magnética y la permitiidad eléctrica del acío están relacionados con la elocidad a la que la luz se puede propagar a traés de él.
  
  
  
  Ante nada, hay que aclarar que el consenso actual es que la permeabilidad y la permitiidad del acío no propiedades físicas reales, sinoconstantes matemáticas deriadas de las fórmulas que describen los fenómenos electromagnéticos. Por tanto, en principio, el límite de elocidad uniersal de 299.792,458 km/s sólo es una propiedad más del espacio-tiempo y la luz se puede moer por el acío a esa elocidad, la máxima posible, simplemente porque los fotones no tienen masa. 
  
  Y, en este caso, los objetos que sí tienen masa no pueden alcanzar la elocidad de la luz porque se necesitaría una cantidad de energía infinita para acelerarlos hasta esa elocidad, como comentaba en esta otra entrada. 
  
  
  
  Por ejemplo, en este artículo se propone un modelo en el que la permeabilidad y la permitiidad del acío son dos propiedades reales del acío que determinan la elocidad a la que la luz puede transmitirse en él. Según esta hipótesis, estas propiedades reflejarían las colisiones constantes que sufren los fotones al moerse por el acío, que impedirían a la luz moerse con libertad y limitarían su elocidad a los 299.792,458 km/s. 
  
  Resulta que ni siquiera el acío más perfecto está totalmente acío. Esto se debe a que, a niel subatómico, existen pares de partículas y antipartículas que aparecen en el acío de manera espontánea todo el rato. La existencia efímera de estas partículas subatómicas no incumple ninguna ley física porque se atraen entre ellas nada más formarse y se desintegran por completo al colisionar, deoliendo al unierso la energía que habían usado en un primer momento para aparecer. 
  
   
  
  Teniendo esto en cuenta, los autores del artículo han sugerido que, si pudiera, la luz se propagaría por el espacio a una elocidad infinita pero, como los fotones no dejan de ser capturados y emitidos por estas partículas efímeras que aparecen de manera aleatoria en el acío, la elocidad máxima a la que se pueden desplazar a traés de ellas se e reducida hasta nuestros queridos 299.792,458 km/s. 

  
  Por una cuestión de probabilidad: debido a la naturaleza cuántica de este fenómeno, estas partículas aparecen y desaparecen en el acío de manera aleatoria, pero a un ritmo uniforme. Como resultado, por estadística, cada rayo de luz es absorbido y emitido por estas partículas a un ritmo constante a lo largo de su trayectoria. 
   
  
  Dicho esto, de momento, esta idea es sólo una hipótesis. De hecho, sus autores han propuesto un experimento para ponerla a prueba y er si se ajusta a la realidad. 
  
  Si la velocidad de la luz está realmente limitada por sus interacciones con estas partículas efímeras que contiene el acío, entonces el tiempo que tarda un rayo de luz en recorrer unos kilómetros a traés del acío podría llegar a alargarse unos femtosegundos más de lo que cabría esperar. Por tanto, si se lleara a cabo un experimento que permitiera detectar estos “retrasos” de los rayos de luz respecto a su tiempo de llegada esperado, la hipótesis de estos autores ganaría fuerza… Y nos encontraríamos ante la posibilidad de que la velocidad de la luz no sea tan constante como se pensaba.

   

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