La medida de la velocidad de la luz: Galileo Galilei

Retrato de Galileo Galilei (1636)  por el pintor flamenco Justus Sustermans

Probablemente fue Galileo Galilei (1563-1642) la primera persona en nuestra Historia que intentó medir la velocidad de la luz. Veamos en primer lugar cómo determinó la velocidad del sonido, para entender el método experimental que siguió en sus experimentos.

Galileo Galilei encarna lo que podríamos denominar el prototipo de hombre renacentista, amante de la cultura y siempre deseoso de entender todo lo que veía: movimientos, luz, sonido, etc.

Galileo midió la velocidad del sonido en el aire de una manera sencilla y exacta para su época. Galileo y su ayudante, con la colaboración de un amigo común capitán de artillería, dispararon un cañón (cargado sólo con pólvora) a las doce de la noche.

Ambos investigadores se situaron en un monte próximo, a una distancia de unos 3.500 metros del lugar donde estaba el cañón; iban provistos de un "pulsilogium", un aparato inventado por Galileo para medir el tiempo contando las oscilaciones de un pequeño péndulo. El experimento se realizó de la siguiente manera:

Experimento para medir la velocidad del sonido

Cuando el capitán disparó el cañón, Galileo y su ayudante vieron el resplandor de la pólvora y empezaron a contar las oscilaciones del "pulsilogium": uno, dos, tres... (esperando el momento en el que el sonido producido por el cañonazo llegase hasta ellos), siete, ocho, nueve, diez... Galileo calculó en voz alta: 350 metros por segundo. Esa es la velocidad del sonido en el aire.

De manera semejante, Galileo se planteó la forma de medir la velocidad de la luz. Él mismo lo refiere en sus diálogos concernientes a dos nuevas ciencias:

Portada de la publicación de Galileo

Simplicio: La experiencia de cada día nos enseña que la propagación de la luz es instantánea; porque, cuando vemos disparar de muy lejos una pieza de artillería, el chispazo nos llega a los ojos, sin que transcurra tiempo; y, en cambio, el sonido no llega a nuestros oídos sino tras un intervalo perceptible.

Sagredo: Bueno, Simplicio, lo único que puedo inferir de esa experiencia tan conocida es que el sonido, para llegar a nuestros oídos, tarda más que la luz; pero no me dice si la venida de la luz es instantánea o si, aunque rapidísima, ocupa tiempo. Esta suerte de observaciones no nos enseña más que aquello de que "en llegado el sol al horizonte, nos llega su luz a los ojos"; pues, ¿quién me asegura que los tales rayos no han llegado al sobredicho límite antes de llegar a nuestra vista?

Salviati: Lo escaso de la fuerza probatoria así de estas observaciones como de otras por el estilo me indujo en cierta ocasión a elucubrar un método mediante el cual pueda uno averiguar con certidumbre si es en verdad instantánea la iluminación, o sea, la propagación de la luz. El que la velocidad del sonido sea tan grande como lo es, nos da la certeza de que el movimiento de la luz no puede menos de ser velocísimo. He aquí el experimento que se me ocurrió.

El experimento de Galileo

Cada una de dos personas cogerá una luz metida dentro de una linterna u otro receptáculo, tal que una de dichas personas, poniéndole delante la mano o quitándosela, impida que pase la luz o la deje pasar hasta los ojos de la otra. Luego se pondrán una frente a la otra, a unos cuantos codos de distancia, y se ejercitarán, hasta adquirir tanta habilidad en descubrir y ocultar sus luces, que en el instante en que viere uno la luz de su compañero descubra la suya. Tras de algunos ensayos la respuesta será tan pronta, que el descubrirse de una luz seguirá al punto el descubrirse de la otra; de suerte que, en descubriendo uno su luz, verá al instante la luz del otro.

Experimento para observar la velocidad de la luz

Habiendo adquirido su pericia a corta distancia, los dos experimentadores, aparejados como antes, ocuparán posiciones separadas entre sí por una distancia de dos o tres millas, y efectuarán el mismo experimento de noche, fijándose con todo cuidado en si las apariciones y eclipses acaecen del mismo modo que a distancias breves; si tal sucede, podremos afirmar con toda seguridad que la propagación de la luz es instantánea. Pero si, a una distancia de tres millas, que en realidad, teniendo en cuenta la ida de una luz y la venida de la otra, es de seis, exige tiempo, en tal caso la demora ha de poderse observar con facilidad.

De hacerse este experimento a distancias aún mayores, de ocho a diez millas, pongo por caso, pueden emplearse telescopios colocando el suyo cada observador en el lugar donde haya de hacer su experimento de noche. Entonces, aun cuando las luces fueren pequeñas y, por ende, imperceptibles a simple vista, podrán descubrirse y cubrirse con expedición, ya que, puestos y asestados los telescopios merced a ellos fácilmente se verán las luces.

Sagredo: Parece el tal experimento invención ingeniosa y expedita. Mas decidnos a qué conclusión os llevan los resultados.

Salviati: En realidad, no he ensayado el experimento sino a distancia breve, de menos una milla; por lo cual no he podido averiguar a punto fijo si la aparición de la otra luz era o no instantánea. Pero de no ser instantánea, es extraordinariamente rápida, momentánea, por decirlo así. Y por lo pronto compararía yo su movimiento con el que vemos en el relámpago que estalla entre nubes, a ocho o diez millas de nosotros. Vemos el comienzo de dicha luz, su fuente y cabeza, por decirlo así, en algún sitio particular entre las nubes; pero enseguida se propaga a los que lo rodean; lo cual parece probar que para la propagación se requiere cuando menos algún tiempo. Porque, si la iluminación no fuese paulatina sino instantánea, no se podría distinguir su origen, su centro, por decirlo así, de sus partes exteriores. ¡En qué mar nos vamos deslizando sin percatarnos de ello! Con vacíos e infinidades de movimientos individuales e instantáneos, ¿podemos alguna vez, aún después de disputas infinitas, llegar a tierra firme?

Sagredo: En verdad estas materias muy lejos quedan de nuestro alcance. Pensemos tan sólo que buscando sobre los números lo infinito, damos con la unidad; que los siempre divisibles se derivan de los indivisibles; el vacío se halla inseparablemente unido a lo lleno. En efecto, las opiniones que de ordinario se tienen acerca de la naturaleza de estas materias son tan enrevesadas que hasta la circunferencia del círculo viene a parar en una recta infinita.



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La medida de la velocidad de la luz. (2005). Sala de Óptica. Museo Virtual de la Ciencia del CSIC.
Autores: José María López Sancho / Esteban Moreno Gómez / María José Gómez Díaz
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