Luz finita: por qué siempre miramos atrás en el tiempo

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Mi atención se centró en el agua con cuentas en una hoja de álamo. Qué gema y estallando con la luz del sol de la mañana. Me acerqué, me quité las gafas y noté que cada gota magnificaba un pequeño parche de venas que se enroscaban y sostenían la hoja.

Al enfocar la lente de la cámara, me pregunté cuánto tiempo tardaron las gotas en llegar a mi ojo. Como estaba a solo seis pulgadas de distancia y la luz viaja a 186,000 millas por segundo o 11.8 pulgadas cada milmillonésima de segundo (un nanosegundo), el tiempo de viaje ascendió a 0.5 nanosegundos. Maldita sea cerca de simultáneo para los estándares humanos pero prácticamente para siemprehidruro de positronio, una molécula exótica hecha de un positrón, un electrón y un átomo de hidrógeno. La vida útil promedio de una molécula de PsH es de solo 0.5 nanosegundos.

En nuestra vida cotidiana, la luz de los rostros familiares, las señales en la carretera y el camarero cuya atención está tratando de captar llega a nuestros ojos en nanosegundos. Pero si levanta la vista para ver la diminuta forma oscura de un avión de alto vuelo arrastrado por el penacho de su estela, la luz tarda unos 35,000 nanosegundos o 35 microsegundos para recorrer la distancia. Todavía no hay mucho de qué hablar.

La estación espacial orbita la Tierra en el espacio exterior a unas 250 millas de altura. Durante un pase aéreo, la luz del laboratorio de ciencias en órbita enciende sus retinas 1.3 milisegundos más tarde. ¡En comparación, un parpadeo dura aproximadamente 300 milisegundos (1/3 de segundo) o 230 veces más!

El tiempo de luz finalmente se vuelve más tangible cuando miramos a la Luna, a 1.3 segundos luz de distancia a una distancia promedio de 240,000 millas. Para sentir cuánto dura esto, mira a la Luna en la próxima oportunidad y cuenta en voz alta: uno mil uno. Dispositivos retrorreflectores colocados en la superficie lunar por los astronautas del Apolo todavía son utilizados por los astrónomos para determinar la distancia precisa de la luna. Lanzan un láser a los espejos y programan el viaje de ida y vuelta.

De los ocho planetas, Venus se acerca más a la Tierra, y lo hace durante la conjunción inferior, que casualmente ocurrió el 25 de marzo. En esa fecha, solo 26.1 millones de millas separaron los dos planetas, una distancia de 140 segundos o 2.3 minutos, aproximadamente tiempo que toma hervir agua para el té. Marte, otro planeta cercano, actualmente se encuentra en el lado opuesto del Sol de la Tierra.

Con una distancia actual de 205 millones de millas, una señal de radio o televisión, ambas formas de luz, transmitidas al Planeta Rojo tardaría 18,4 minutos en llegar. Ahora podemos ver por qué los ingenieros preprograman una secuencia de aterrizaje en la computadora de la sonda de Marte para aterrizar de manera segura en la superficie del planeta. Cualquier comando, o cambio en los comandos, que enviemos desde la Tierra llegaría demasiado tarde. Una vez que un módulo de aterrizaje se instala en el planeta y envía telemetría para comunicar su estado, el personal de control de la misión debe morderse las uñas durante muchos minutos a la espera de que la luz retroceda y transmita información.

Antes de acelerar hacia planetas más distantes, consideremos qué sucedería si el Sol tuviera un mal funcionamiento catastrófico y de repente dejara de brillar. Sin preocupaciones. Al menos no durante 8.3 minutos, el tiempo que tarda la luz, o la falta de ella, en traer las malas noticias.

La luz de Júpiter tarda 37 minutos en llegar a la Tierra; Plutón y Caronte son tan remotos que una señal del "planeta doble" requiere 4,6 horas para llegar aquí. Eso es más de medio día de trabajo en el trabajo, y solo hemos llegado al Cinturón de Kuiper.

Sigamos con las estrellas más cercanas, el sistema Alpha Centauri. Si 4.6 horas de tiempo de luz parecieron esperar mucho, ¿qué tal 4.3 años? Si lo piensas bien, quizás recuerdes lo que estabas haciendo justo antes de la víspera de Año Nuevo en 2012. Por esa época, la luz que llegó esta noche desde Alpha Centauri dejó esa estrella y comenzó su viaje hacia la Tierra. Mirar a la estrella es mirar atrás en el tiempo hasta finales de 2012.

Pero apenas raspamos la superficie. Tomemos el Triángulo de Verano, una figura que pronto dominará el cielo oriental junto con la hermosa Vía Láctea de verano que parece fluir a través de él. Altair, el vértice más meridional del triángulo está cerca, a solo 16,7 años luz de la Tierra; Vega, la más brillante un poco más lejos con 25 años y Deneb a una increíble distancia de 3.200 años luz.

Podemos relacionarnos con las dos primeras estrellas porque la luz que vemos en una noche determinada no es tan "vieja". La mayoría de nosotros podemos evocar una imagen de nuestras vidas y el estado de los asuntos mundiales hace 16 y 25 años. Pero Deneb es excepcional. Los fotones partieron de esta supergigante distante (3.200 años luz) alrededor del año 1200 a. C. durante la Guerra de Troya en los albores de la Edad del Hierro. ¡Es tiempo de mirar hacia atrás!

Una de las estrellas más distantes a simple vista es Rho Cassiopeiae, una variable amarilla unas 450 veces el tamaño del Sol ubicada a 8.200 años luz de distancia en la constelación de Cassiopeia. En este momento, la estrella está cerca del máximo y es fácil de ver al anochecer en el cielo del noroeste. Su luz nos lleva de regreso al final de la última gran era de hielo a la vez y los primeros dibujos rupestres, más de 4.000 años antes de que se construyera la primera pirámide egipcia.

Sigue y sigue: la gran galaxia más cercana, Andrómeda, se encuentra a 2,5 millones de años luz de nosotros y, para muchos, es el objeto más débil y distante visible a simple vista. Pensar que mirar la galaxia nos remonta al tiempo en que nuestros ancestros lejanos utilizaron por primera vez herramientas simples. La luz puede ser la cosa más rápida del universo, pero estos tiempos de viaje insinúan la verdadera enormidad del espacio.

Vamos un poco más allá. El 16 de noviembre de 1974 un digital mensaje fue transmitido desde el Radiotelescopio de Arecibo en Puerto Rico al rico cúmulo estelar M13 en Hércules a 25,000 años luz de distancia. El mensaje fue creado por Dr. Frank Drake, entonces profesor de astronomía en Cornell, y contenía información básica sobre la humanidad, incluido nuestro sistema de numeración, nuestra ubicación en el sistema solar y la composición del ADN, la molécula de la vida. Consistió en 1,679 bits binarios que representan unos y ceros y fue nuestro primero comunicación deliberada enviada a extraterrestres. Hoy la misiva está a 42 años luz de distancia, apenas saliendo por la puerta.

Terminemos nuestra máquina del tiempo viaja con el objeto más distante que hemos visto en el universo, una galaxia llamada GN-z11 en la Osa Mayor. Lo vemos como solo 400 millones de años después del Big Bang (hace 13.400 millones de años), que se traduce en una distancia adecuada de la Tierra de 32.000 millones de años luz. ¡Los astrónomos de luz capturados con sus sensores digitales dejaron el objeto antes de que hubiera una Tierra, un Sistema Solar o incluso una galaxia de la Vía Láctea!

Gracias a la velocidad finita de la luz, no podemos evitar ver siempre las cosas como estaban. Te preguntarás si hay alguna forma de ver algo ahora mismo sin esperar a que llegue la luz? Solo hay una forma, y ​​es ser la luz misma.

Desde la perspectiva de un fotón o partícula de luz, que viaja a la velocidad de la luz, la distancia y el tiempo se desvanecen por completo. Todo sucede instantáneamente y el tiempo de viaje a cualquier lugar, en todas partes es cero segundos. En esencia, todo el universo se convierte en un punto. Loco y paradójico como suena, el teoría de la relatividad lo permite porque un objeto que viaja a la velocidad de la luz experimenta dilatación de tiempo infinito y contracción de espacio infinito.

Es algo en lo que pensar la próxima vez que te encuentres con los ojos de otro en una conversación. O mira las estrellas.

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