Mi telescopio, preparado para la astrofotografía en mi patio trasero de San Diego de San Diego, apuntó a una galaxia insondablemente lejos de la Tierra. Mi esposa, Cristina, caminó justo cuando la primera foto espacial se transmitió a mi tableta. Expletas en la pantalla frente a nosotros.
“Ese es el Galaxia de pinza“Dije. El nombre se deriva de su forma, aunque este molinete contiene aproximadamente un billón de estrellas.
La luz del pinzón viajó durante 25 millones de años en todo el universo, a unas 150 quintillones de millas, para llegar a mi telescopio.
Mi esposa se preguntó: “¿No se cansa la luz durante un viaje tan largo?”
Su curiosidad desencadenó una conversación estimulante sobre la luz. En última instancia, ¿por qué la luz no se desgasta y pierde energía con el tiempo?
Hablemos de la luz
Soy un astrofísicoy una de las primeras cosas que aprendí en mis estudios es cómo la luz a menudo se comporta de manera que desafía nuestras intuiciones.
La luz es radiación electromagnética: Básicamente, una onda eléctrica y una onda magnética acoplada y viajando a través de espacio-tiempo. Él no tiene masa. Ese punto es crítico porque la masa de un objeto, ya sea una mota de polvo o una nave espacial, limita la velocidad máxima que puede viajar a través del espacio.
Pero debido a que la luz no tiene masa, puede alcanzar el límite de velocidad máxima en el vacío: aproximadamente 186,000 millas (300,000 kilómetros) por segundo, o Casi 6 billones de millas por año (9.6 billones de kilómetros). Nada de viajar por el espacio es más rápido. Para poner eso en perspectiva: en el tiempo que te lleva parpadear tus ojos, una partícula de luz viaja alrededor de la circunferencia de la tierra más de dos veces.
Tan increíblemente rápido como es, el espacio está increíblemente extendido. La luz del sol, que es de 93 millones de millas (a unos 150 millones de kilómetros) de la Tierra, toma poco más allá Ocho minutos para contactarnos. En otras palabras, la luz del sol que ves tiene ocho minutos.
Alfa centaurila estrella más cercana a nosotros después del sol está a 26 billones de millas de distancia (aproximadamente 41 billones de kilómetros). Entonces, cuando lo ves en el cielo nocturno, su luz tiene poco más de cuatro años. O, como dicen los astrónomos, es Cuatro años luz de distancia.
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Con esas enormes distancias en mente, considere la pregunta de Cristina: ¿cómo puede viajar la luz por el universo y no perder lentamente la energía?
En realidad, algo de luz pierde energía. Esto sucede cuando rebota en algocomo el polvo interestelar, y está disperso.
Pero la mayoría de la luz se va y va, sin chocar con nada. Este es casi siempre el caso porque El espacio está en su mayoría vacío – Nada. Entonces no hay nada en el camino.
Cuando la luz viaja sin obstáculos, no pierde energía. Puede mantener esa velocidad de 186,000 millas por segundo para siempre.
Ya es hora
Aquí hay otro concepto: imagínese como astronauta a bordo de la estación espacial internacional. Estás orbitando a 17,000 millas (alrededor de 27,000 kilómetros) por hora. En comparación con alguien en la Tierra, su reloj de pulsera marcará 0.01 segundos más lento durante un año.
Ese es un ejemplo de dilatación del tiempo – tiempo moviéndose en diferentes velocidades en diferentes condiciones. Si te estás moviendo muy rápido, o cerca de un campo gravitacional grande, tu reloj marcará más lentamente que alguien que se mueve más lento que tú, o que está más lejos de un campo gravitacional grande. Decirlo sucintamente, El tiempo es relativo.
Ahora considera que la luz es inextricablemente conectado al tiempo.
Imagen sentada en un fotónuna partícula fundamental de luz; Aquí, experimentarías la dilatación del tiempo máximo. Todos en la Tierra lo registrarían a la velocidad de la luz, pero desde su marco de referencia, el tiempo se detendría por completo.
Esto se debe a que el tiempo de miding de “relojes” se encuentran en dos lugares diferentes que van a velocidades muy diferentes: el fotón que se mueve a la velocidad de la luz y la velocidad relativamente lenta de la tierra que rodea el sol.
Además, cuando viajas a la velocidad de la luz o estás cerca de la luz, la distancia entre dónde estás y hacia dónde vas a ser más corta. Es decir, el espacio en sí se vuelve más compacto en la dirección del movimiento, por lo que cuanto más rápido pueda ir, más corto debe ser su viaje. En otras palabras, para el fotón, el espacio se aplica.
Lo que nos lleva de vuelta a mi foto de la galaxia de Pinwheel. Desde la perspectiva del fotón, una estrella dentro de la galaxia emitió, y luego un solo píxel en la cámara de mi patio trasero lo absorbió, exactamente al mismo tiempo. Debido a que el espacio es aplastado, para el fotón el viaje fue infinitamente rápido e infinitamente corto, una pequeña fracción de segundo.
Pero desde nuestra perspectiva en la Tierra, el fotón dejó el Galaxy hace 25 millones de años y viajó 25 millones de años luz a través del espacio hasta que aterrizó en mi tableta en mi patio trasero.
Y allí, en una fresca noche de primavera, su impresionante imagen inspiró una conversación encantadora entre un científico nerd y su curiosa esposa.
Jarred RobertsCientífico del proyecto, Universidad de California, San Diego
Este artículo se republicó de La conversación bajo una licencia Creative Commons. Leer el artículo original.