Segurament has sentit més d'una vegada que la velocitat de la llum és el més ràpid de tot l'univers. Gran quantitat de teories de la física fan ús de la velocitat de la llum. Es tracta d'una mesura establerta per la comunitat científica que ens ha ajudat de la física i l'astronomia.
En aquest article explicarem tot el que necessita saber sobre la velocitat de la llum, la seva història, característiques i per a què serveix.
Què és la velocitat de la llum
La velocitat de la llum és una mesura prescrita per la comunitat científica i és d'ús comú als camps de les ciències físiques i astronòmiques. La velocitat de la llum representa la distància que recorre la llum a la unitat de temps.
Comprendre els cossos celestes, com es comporten, com es transmet la radiació electromagnètica i com l'ull humà percep la llum és fonamental per estudiar els cossos celestes. Si vols conèixer més sobre la seva naturalesa, pots consultar el nostre article sobre què és la llum.
Si coneixem la distància, podem dir quant triga la llum a viatjar. Per exemple, la llum del sol triga uns 8 minuts i 19 segons a arribar a la Terra. La velocitat de la llum es considera una universal constant, invariable en el temps i l'espai físic. Té un valor de 299.792.458 metres per segon o 1.080 milions de quilòmetres per hora.
Aquesta velocitat està relacionada amb l´any llum, una unitat de longitud molt utilitzada en astronomia, que és la distància que recorre la llum en un any. Pots aprofundir en aquest tema llegint sobre el any llum. La velocitat de la llum que introduïm és la seva velocitat al buit. Tot i això, la llum viatja a través d'altres mitjans, com l'aigua, el vidre o l'aire. La seva transmissió depèn de certes propietats del medi, com ara la permissivitat, la permeabilitat magnètica i altres propietats electromagnètiques. Després hi ha regions físiques que faciliten electromagnèticament la seva transportabilitat, i d'altres que la dificulten. També és interessant explorar com aquests conceptes es relacionen amb la difracció de la llum.
Comprendre el comportament de la llum no només és important per a l'estudi de l'astronomia, sinó també per comprendre la física involucrada en coses com els satèl·lits que orbiten la Terra. La velocitat del so també és rellevant en aquest context.
Una mica d'història
Els grecs van ser els primers a escriure l'origen de la llum, que creien que emanava dels objectes abans que s'emetés la visió humana per capturar-la. No es va pensar que la llum viatgés fins al segle XVII, sinó com un fenomen transitori. Això no obstant, això va canviar després que es va observar l'eclipsi. Més recentment, Galileu Galilei va fer certs experiments que qüestionaven la «instantaneïtat» de la distància recorreguda per la llum.
Diversos científics van realitzar diversos experiments, alguns amb sort i d'altres no, però en aquesta era científica primerenca, tots aquests estudis de física perseguien l'objectiu de mesurar la velocitat de la llum, fins i tot si els seus instruments i els seus mètodes eren inexactes i els primaris eren complicats. Galileu Galilei va ser el primer a realitzar experiments per mesurar aquest fenomen, però no va obtenir resultats que ajudessin a calcular el temps de trànsit de la llum.
Ole Roemer va fer el primer intent de mesurar la velocitat de la llum el 1676 amb relatiu èxit. En estudiar els planetes, Roemer va descobrir a partir de l'ombra de la Terra reflectida al cos de Júpiter que el temps entre eclipsis s'escurçava a mesura que disminuïa la distància a la Terra, i viceversa. Va obtenir un valor de 214.000 quilòmetres per segon, una xifra acceptable atès el nivell de precisió amb què es podien mesurar les distàncies planetàries a l'època.
Després, el 1728, James Bradley també va estudiar la velocitat de la llum, però en observar els canvis a les estrelles, va detectar el desplaçament associat al moviment de la Terra al voltant del sol, del qual va derivar un valor de 301.000 quilòmetres per segon. S'han utilitzat diversos mètodes per millorar la precisió del mesurament, per exemple, el 1958 el científic Froome va utilitzar un interferòmetre de microones per obtenir un valor de 299.792,5 quilòmetres per segon, que és el més precís. A partir de 1970, la qualitat de les mesures va millorar qualitativament amb el desenvolupament de dispositius làser amb més capacitat i més estabilitat, i amb l'ús de rellotges de cesi per millorar la precisió de les mesures.
Aquí veiem la velocitat de la llum en diferents mitjans:
- Buit – 300.000 km/s
- Aire – 2999,920 km/s
- Aigua – 225.564 km/s
- Etanol – 220.588 km/s
- Quars – 205.479 km/s
- Corona de vidre – 197,368 km/s
- Vidre de pedra: 186,335 km/s
- Diamant – 123,967 km/s
Per què serveix saber la velocitat de la llum
En física, la velocitat de la llum és utilitzada com una referència fonamental per mesurar i comparar velocitats a l'univers. És la velocitat a què es propaga la radiació electromagnètica, incloent-hi la llum visible, les ones de ràdio, els raigs X i els raigs gamma. La capacitat de quantificar aquesta velocitat ens permet calcular distàncies i temps al cosmos.
Un exemple important de com sutilitza la velocitat de la llum en física és en lestudi de les estrelles. Com que la llum de les estrelles triga un temps finit a arribar a la Terra, en observar una estrella estem veient el passat. Com més lluny estigui una estrella, més temps ha trigat la llum a assolir-nos. Aquesta propietat permet investigar l'univers en diferents moments de la seva història, ja que podem analitzar la llum d'estrelles que es van formar fa milions o milers de milions d'anys.
En astronomia, la velocitat de la llum és crucial per calcular distàncies al cosmos. La llum viatja a una velocitat constant d'aproximadament 299,792,458 metres per segon al buit. Això ens permet mesurar les distàncies a les estrelles i les galàxies distants utilitzant el concepte d'anys llum. Un any llum és la distància que la llum recorre en un any, i equival a aproximadament 9,461 bilions de quilòmetres. Utilitzant aquesta unitat de mesura, els astrònoms poden determinar la distància a objectes astronòmics distants i comprendre millor l'estructura i l'escala de l'univers.
A més a més, la velocitat de la llum està relacionada amb la teoria de la relativitat d'Albert Einstein. Segons aquesta teoria, la velocitat de la llum és constant en tots els marcs de referència, cosa que té implicacions importants en la manera com comprenem el temps i l'espai. La també és un fenomen que sestudia en aquest context. La relativitat especial i general d'Einstein ha revolucionat la nostra comprensió de l'univers i ha portat al desenvolupament de tecnologies com ara el GPS.
Espero que amb aquesta informació pugueu conèixer més sobre la velocitat de la llum i les seves característiques.
