Valor de la velocidad de la luz

Velocidad de la luz por segundo

Visualización de la estructura tridimensional a gran escala del universo en el volumen de Hubble. La escala es tal que los finos granos de luz representan colecciones de un gran número de supercúmulos. El supercúmulo de Virgo, donde se encuentra la Vía Láctea, está en el centro del volumen de Hubble, pero es demasiado pequeño para ser visto en la imagen.

En cosmología, un volumen de Hubble o esfera de Hubble, esfera sublumínica, esfera causal y esfera de causalidad es una región esférica del universo observable que rodea a un observador más allá de la cual los objetos se alejan de ese observador a una velocidad mayor que la de la luz debido a la expansión del Universo[1] El volumen de Hubble es aproximadamente igual a 1031 años luz cúbicos.

Para los objetos en el límite de Hubble, el espacio entre nosotros y el objeto de interés tiene una velocidad media de expansión de c. Así, en un universo con parámetro de Hubble constante, la luz emitida en el momento actual por objetos fuera del límite de Hubble nunca sería vista por un observador en la Tierra.

Es decir, el límite de Hubble coincidiría con un horizonte de sucesos cosmológico (una frontera que separa los sucesos visibles en algún momento y los que nunca son visibles[5]). Véase el horizonte de Hubble para más detalles.

Velocidad de la luz en el aire

La velocidad variable de la luz (VSL) es una característica de una familia de hipótesis que afirma que la velocidad de la luz, normalmente denotada por c, puede no ser constante de alguna manera, por ejemplo, variando en el espacio o el tiempo, o dependiendo de la frecuencia. Las teorías clásicas aceptadas de la física y, en particular, la relatividad general, predicen una velocidad de la luz constante en un marco de referencia local y, en algunas situaciones, predicen variaciones aparentes de la velocidad de la luz en función del marco de referencia, pero en este artículo no se habla de una velocidad de la luz variable. En varias teorías alternativas de la gravitación y de la cosmología, muchas de ellas no convencionales, se incorporan variaciones en la velocidad local de la luz.

La VSL no debe confundirse con las teorías más rápidas que la luz, su dependencia del índice de refracción de un medio o su medición en el marco de referencia de un observador remoto en un potencial gravitatorio. En este contexto, la “velocidad de la luz” se refiere a la velocidad límite c de la teoría y no a la velocidad de propagación de los fotones.

Velocidad de la luz en el vacío

¿Por qué la luz tiene la velocidad que tiene? ¿Por qué no es considerablemente más rápida o más lenta que ella? No puedo imaginar que la ciencia, siendo lo que es, no busque una explicación científica racional para la velocidad de la luz. Decir simplemente “es lo que es” o conformarse con decir que es 1 ($c=1$), no suena a ciencia.

Has visto la velocidad de la luz citada como aproximadamente $3*10^8, \text{m/s}$, así que la velocidad de la luz es muy rápida comparada con un metro y un segundo. Esto es más o menos la velocidad humana al caminar, así que tu pregunta podría interpretarse como que la luz es unos cientos de millones de veces más rápida que la velocidad al caminar.

Sin embargo, la velocidad a la que camina la gente es bastante antropocéntrica. Elijamos algo más neutral, como la velocidad típica del sonido en un cristal. Ésta es de unos pocos miles de metros por segundo. Así que la pregunta que investigaremos aquí es “¿Por qué la velocidad de la luz es unas 10^5 veces más rápida que la velocidad del sonido en un cristal?”

El sonido viaja a través de los sólidos como una onda de compresión. Los átomos del cristal se aprietan entre sí en algún lugar, añadiendo energía, y esto establece una onda viajera de compresiones que se mueve a lo largo del cristal. Cuanto más rígido sea el cristal (más energía para comprimir), más rápida será la onda. Cuanta más inercia, más lenta es la onda. La única forma dimensionalmente correcta de combinarlas para obtener una velocidad es

Velocidad de la luz en el agua

Podría entender que la definición de un segundo no tendría una incertidumbre cuando se relaciona con la transición del átomo de Cs, por lo que no tiene un error porque es una referencia absoluta y medimos otras cosas usando la definición física de un segundo, como hacen los relojes atómicos.

El segundo y la velocidad de la luz están definidos con precisión, y el metro se especifica entonces como una función de $c$ y del segundo. Así, cuando se mide experimentalmente la velocidad de la luz, se está midiendo efectivamente la longitud del metro, es decir, el error experimental es el error en la medición del metro, no el error en la velocidad de la luz o el segundo.

Puede parecer extraño tratar el metro como variable y la velocidad de la luz como una cantidad fija, pero no es tan extraño como se piensa. La velocidad de la luz no es un número cualquiera, es una propiedad fundamental del universo y está relacionada con su geometría. Por el contrario, el metro es sólo una longitud que resulta conveniente para los humanos. Para más información, véase ¿Qué tiene de especial la velocidad de la luz en el vacío?