Velocidad de la luz

Velocidad de la luz
Valores exactos
metros por segundo 299 792 458
Unidades de Planck 1
Valores aproximados
kilómetros por segundo 300 000
millas por segundo 186 000
kilómetros por hora 1 080 000 000
Unidad astronómica por día 173
Duración aproximada del tiempo que tarda la luz en recorrer
Distancia: Tiempo:
un metro 3,34 ns
un kilómetro 3,34 μs
desde la órbita geoestacionaria a la Tierra 119 ms
la longitud del Ecuador terrestre 134 ms
desde la Luna a la Tierra 1,28 segundos
desde el Sol a la Tierra (1 ua) 8,32 min
un parsec 3,26 años
desde Alfa Centauri a la Tierra 4,37 años
desde la galaxia más cercana a la Tierra 25 000 años
a través de la Vía Láctea 100 000 años
desde la galaxia de Andrómeda a la Tierra 2 600 000 años
desde la Tierra hasta el borde del universo observable 46 500 000 000 años
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Un haz de láser en el aire viajando a cerca del 99,97% de la rapidez de la luz en el vacío (el índice de refracción del aire es alrededor de 1,0003).[1]

La velocidad de la luz en el vacío es por definición una constante universal de valor 299 792 458 m/s (aproximadamente 186 282,397 millas/ s)[3] (suele aproximarse a 3·108 m/s), o lo que es lo mismo 9,46·1015 m/año; la segunda cifra es la usada para definir al intervalo llamado año luz.

Se simboliza con la letra c, proveniente del latín celéritās (en español celeridad o rapidez).

El valor de la velocidad de la luz en el vacío fue incluido oficialmente en el Sistema Internacional de Unidades como constante el 21 de octubre de 1983,[4] pasando así el metro a ser una unidad derivada de esta constante.

La rapidez a través de un medio que no sea el " vacío" depende de su permitividad eléctrica, de su permeabilidad magnética, y otras características electromagnéticas. En medios materiales, esta velocidad es inferior a "c" y queda codificada en el índice de refracción. En modificaciones del vacío más sutiles, como espacios curvos, efecto Casimir, poblaciones térmicas o presencia de campos externos, la velocidad de la luz depende de la densidad de energía de ese vacío.[ cita requerida]

Descripción

De acuerdo con la física moderna toda radiación electromagnética (incluida la luz visible) se propaga o mueve a una velocidad constante en el vacío, conocida común —aunque impropiamente[ cita requerida]— como "velocidad de la luz" (magnitud vectorial), en vez de "rapidez de la luz" (magnitud escalar). Esta es una constante física denotada como c. La rapidez c es también la rapidez de la propagación de la gravedad en la teoría general de la relatividad.

Una consecuencia en las leyes del electromagnetismo (tales como las ecuaciones de Maxwell) es que la rapidez c de radiación electromagnética no depende de la velocidad del objeto que emite la radiación. Así, por ejemplo, la luz emitida de una fuente de luz que se mueve rápidamente viajaría a la misma velocidad que la luz proveniente de una fuente estacionaria (aunque el color, la frecuencia, la energía y el momentum de la luz cambiarán; fenómeno que se conoce como efecto Doppler).

Si se combina esta observación con el principio de relatividad, se concluye que todos los observadores medirán la velocidad de la luz en el vacío como una misma, sin importar el marco de referencia del observador o la velocidad del objeto que emite la luz. Debido a esto, se puede ver a c como una constante física fundamental. Este hecho, entonces, puede ser usado como base en la teoría de relatividad especial. La constante es la rapidez c, en vez de la luz en sí misma, lo cual es fundamental para la relatividad especial. De este modo, si la luz es de alguna manera retardada para viajar a una velocidad menor a c, esto no afectará directamente a la teoría de relatividad especial.

Observadores que viajan a grandes velocidades encontrarán que las distancias y los tiempos se distorsionan de acuerdo con la transformación de Lorentz. Sin embargo, las transformaciones distorsionan tiempos y distancias de manera que la velocidad de la luz permanece constante. Una persona viajando a una velocidad cercana a c también encontrará que los colores de la luz al frente se tornan azules y atrás se tornan rojos.

Si la información pudiese viajar más rápido que c en un marco de referencia, la causalidad sería violada: en otros marcos de referencia, la información sería recibida antes de ser mandada; así, la causa podría ser observada después del efecto. Debido a la dilatación del tiempo de la relatividad especial, el cociente del tiempo percibido entre un observador externo y el tiempo percibido por un observador que se mueve cada vez más cerca de la velocidad de la luz se aproxima a cero. Si algo pudiera moverse más rápidamente que la luz, este cociente no sería un número real. Tal violación de la causalidad nunca se ha observado.

Light cone.png

Un cono de luz define la ubicación que está en contacto causal y aquellas que no lo están. Para exponerlo de otro modo, la información se propaga de y hacia un punto de regiones definidas por un cono de luz. El intervalo AB en el diagrama a la derecha es de "tipo tiempo" (es decir, hay un marco de la referencia en qué acontecimiento A y B ocurren en la misma ubicación en el espacio, separados solamente por su ocurrencia en tiempos diferentes, y si A precede B en ese marco entonces A precede B en todos marcos: no hay marco de referencia en el cual el evento A y el evento B ocurren simultáneamente). De este modo, es hipotéticamente posible para la materia (o la información) viajar de A hacia B, así que puede haber una relación causal (con A la causa y B el efecto).

Por otra parte, el intervalo AC es de "tipo espacio"[ cita requerida] (es decir, existe un marco de referencia donde el evento A y el evento C ocurren simultáneamente). Sin embargo, también existen marcos en los que A precede a C o en el que C precede a A. Confinando una manera de viajar más rápido que la luz, no será posible para ninguna materia (o información) viajar de A hacia C o de C hacia A. De este modo no hay conexión causal entre A y C.

De acuerdo a la definición actual, adoptada en 1983, la rapidez de la luz es exactamente 299 792 458 m/s (aproximadamente 3 × 108 metros por segundo, 300 000 km/s o 300 m por millonésima de s).

El valor de c define la permitividad eléctrica del vacío () en unidades del SIU como:

La permeabilidad magnética del vacío () no es dependiente de c y es definida en unidades del SIU como:

.

Estas constantes aparecen en las ecuaciones de Maxwell, que describen el electromagnetismo y están relacionadas por:

Las distancias astronómicas son normalmente medidas en años luz (que es la distancia que recorre la luz en un año, aproximadamente 9.46 × 1012 km (9.46 billones de km).

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