¿Se desgasta la luz que viaja por el espacio?

Mi telescopio configurado para la astrofotografía en el patio de mi casa de San Diego, lugar con contaminación lumínica, apuntaba a una galaxia ubicada a una distancia incalculable de la Tierra. Mi esposa Cristina se acercó al ver que llegaba a mi tableta la primera foto del espacio. La pantalla se iluminó.

“Esa es la galaxia del molinete”, le dije. Se llama así por su forma, y el molinete contiene más o menos dos billones de estrellas.

La luz de la galaxia viajó a lo largo de 25 millones de años por el universo, unos 150 cuatrillones de millas, hasta llegar a mi telescopio.

Mi esposa preguntó si la luz no se desgasta a lo largo de ese viaje. Su curiosidad dio lugar a una conversación sobre la luz que nos hace pensar. ¿Por qué no se desgasta y pierde energía la luz con el pasar del tiempo?

Hablemos sobre la luz

Soy astrofísico y una de las primeras cosas que aprendí cuando estudiaba es que la luz suele comportarse de manera que no se condice con lo que intuimos. La luz es radiación electromagnética: básicamente, una onda eléctrica y una onda magnética que se unen y viajan por el espacio-tiempo. No tiene masa. Eso es lo principal, porque la masa de un objeto, ya sea una mota de polvo o una nave espacial, limita la velocidad máxima a la que puede viajar por el espacio.

Como la luz no tiene masa, puede llegar al límite máximo de velocidad en el vacío, unos 300.000 kilómetros por segundo o casi 9,6 billones de kilómetros.

Nada que viaje por el espacio va más rápido. Pongámoslo en perspectiva: en el tiempo que tardas en parpadear, una partícula de luz ha dado más de dos vueltas a la Tierra.

Aunque parezca increíblemente rápido el espacio también tiene una expansión increíble. La luz del sol, que está a unos 150 millones de kilómetros de la Tierra, nos llega en poco más de ocho minutos. Es decir que la luz del sol que ves tiene ocho minutos de existencia. Alfa Centauri es la estrella más cercana a nosotros después del sol, y está a unos 41 billones de kilómetros. De modo que para cuando la ves en el cielo nocturno, su luz tiene poco más de cuatro años de existencia, o como dicen los astrónomos, está a cuatro años luz.

Tomando en cuenta esas distancias, consideremos la pregunta de Cristina: ¿Cómo puede viajar la luz por el universo sin perder lentamente su energía?

En realidad, hay luz que sí pierde energía. Es lo que sucede cuando choca y rebota contra algo, como el polvo interestelar, y se dispersa. Pero en su mayoría, la luz solo avanza sin chocar con nada Es lo que sucede en casi todos los casos porque el espacio está mayormente vacío, es una nada. No hay obstáculos.

Cuando la luz viaja sin impedimentos no pierde energía. Puede mantener esa velocidad de 300.000 km por segundo por siempre.

Tiene que ver con el tiempo

Aquí hay otro concepto: imagínate como astronauta a bordo de la Estación Espacial Internacional. Estás orbitando a unos 27.000 km por hora. Si te comparas con alguien que está en la Tierra, tu reloj pulsera avanzará 0,01 segundos más lento a lo largo de un año.

Ese es un ejemplo de la dilación del tiempo, el tiempo que avanza a velocidades diferentes bajo condiciones diferentes. Si te mueves realmente rápido cerca de un gran campo gravitacional, tu reloj avanza más lento que el de alguien que se mueve más despacio que tú, o que está más lejos de un gran campo gravitacional. Dicho en dos palabras: el tiempo es relativo.

Ahora, considera que la luz está inextricablemente conectada al tiempo. Imagina sentarte en un fotón, la partícula fundamental de la luz; aquí, experimentarías la máxima dilación del tiempo. Todos en la Tierra te tomarían el tiempo a la velocidad de la luz, pero desde tu marco de referencia, el tiempo se detendría por completo.

Eso es porque los “relojes” que miden el paso del tiempo están en dos lugares diferentes que van a velocidades completamente distintas: el fotón que se mueve a la velocidad de la luz, y la comparativamente lenta recorrida de la Tierra alrededor del sol.

Más todavía, si viajas a velocidad de la luz o casi a esa velocidad, la distancia entre dónde estás y tu destino se acorta. Es decir que el espacio mismo se vuelve más compacto en la dirección del movimiento por lo que cuanto más rápido puedas avanzar, más corto tiene que ser tu viaje. Para el fotón, entonces, el espacio se encoge.

Eso nos lleva de nuevo a mi foto de la galaxia del molinete. Desde la perspectiva del fotón, una estrella dentro de la galaxia lo emitió y luego un único píxel en la cámara de mi patio trasero lo absorbió a exactamente el mismo tiempo. Como el espacio se encogió, para el fotón el viaje fue infinitamente rápido e infinitamente corto, apenas una mínima fracción de segundo.

Pero desde nuestra perspectiva sobre la Tierra, el fotón partió de la galaxia hace 25 millones de años y viajó 25 millones de años luz por el espacio hasta que llegó a mi tableta, en el patio de mi casa.

Así, en la fresca noche de primavera, forma una imagen impactante que inspiró una hermosa conversación entre un científico nerd y su curiosa esposa.

Jarred Roberts, Científico de Proyectos, University of California, San Diego. Artículo republicado desde The Conversation bajo licencia Creative Commons. Aquí está el artículo original.

Este artículo ha sido traducido de Gizmodo US por Lucas Handley. Aquí podrás encontrar la versión original.