Como a velocidade da luz foi medida pela primeira vez


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A velocidade da luz no vácuo é de “exatamente 299.792.458 metros por segundo”. A razão pela qual hoje podemos colocar uma figura exata sobre ela é porque a velocidade da luz em um vácuo é uma constante universal que foi medida com lasers; e quando um experimento envolve lasers, é difícil argumentar com os resultados. Quanto ao motivo pelo qual ele sai de forma algo evidente como um número inteiro, isto não é coincidência – o comprimento do metro é definido usando esta constante: “o comprimento do caminho percorrido pela luz no vácuo durante um intervalo de tempo de 1/299.792.458 de segundo”.

Antes de algumas centenas de anos atrás, era geralmente acordado ou pelo menos assumido que a velocidade da luz era infinita, quando na realidade é apenas realmente, realmente, realmente rápida – para referência, a velocidade da luz é apenas ligeiramente mais lenta do que a coisa mais rápida no universo conhecido – o tempo de resposta de uma adolescente se Justin Bieber dissesse no Twitter: “A primeira a responder a este tweet será minha nova namorada”.

A primeira pessoa conhecida a questionar toda a coisa da “velocidade da luz é infinita” foi o filósofo Empedocles, do século V aC. Menos de um século depois, Aristóteles discordaria de Empedocles e o argumento continuou por mais de 2.000 anos depois.

Como a velocidade da luz foi medida pela primeira vez 2Um dos primeiros indivíduos proeminentes a realmente inventar um experimento tangível para testar se a luz tinha velocidade foi o cientista holandês Isaac Beeckman, em 1629. Apesar de viver em um tempo antes dos lasers – o que me dá arrepios só de pensar nisso – Beeckman entendeu que, sem lasers, a base de qualquer bom experimento científico deveria sempre envolver explosões de algum tipo; assim, seu experimento envolvia detonar pólvora.

Beeckman colocou espelhos a várias distâncias da explosão e perguntou aos observadores se eles poderiam ver alguma diferença em quando o flash de luz refletido de cada espelho atingiu seus olhos. Como você pode provavelmente adivinhar, o experimento foi “inconclusivo”.

Um experimento semelhante mais famoso que não envolveu explosões foi possivelmente realizado ou, no mínimo, proposto por Galileu Galilei pouco menos de uma década depois, em 1638. Galileu, como Beeckman também suspeitou que a velocidade da luz não era infinita e fez referências passageiras a um experimento envolvendo lanternas em alguns de seus trabalhos. Seu experimento (se é que alguma vez o realizou), envolvia colocar duas lanternas a uma milha de distância e tentar ver se havia algum atraso perceptível entre as duas; os resultados foram inconclusivos. A única coisa que Galileu poderia supor era que se a luz não fosse infinita, era rápida e que experimentos em tão pequena escala estavam destinados a falhar.

Não foi até que o astrônomo dinamarquês Ole Römer entrou na briga que as medidas da velocidade da luz ficaram sérias. Em um experimento que fez Galileu piscar lanternas em uma colina parecer um projeto de feira de ciências da escola primária, Römer determinou que, sem lasers e explosões, um experimento deveria sempre envolver o espaço exterior. Assim, ele baseou suas observações no movimento dos próprios planetas, anunciando seus resultados inovadores em 22 de agosto de 1676.

Especificamente, enquanto estudava uma das luas de Júpiter, Römer percebeu que o tempo entre eclipses variaria ao longo do ano (com base em se a Terra estava se movendo em direção a Júpiter ou longe dela). Curioso sobre isso, Römer começou a tomar notas cuidadosas sobre o tempo I0 (a lua que ele estava observando) viria em vista e como ele se correlacionou com o tempo que era normalmente esperado. Depois de um tempo, Römer notou que à medida que a Terra orbitava o Sol e, por sua vez, se afastava mais de Júpiter, o tempo que Io viria à tona ficaria para trás do tempo esperado escrito em suas notas. Römer (corretamente) teorizou que isso era porque a luz refletida de Io não estava viajando instantaneamente.

Infelizmente, os cálculos exatos que ele usou foram perdidos no incêndio de Copenhague em 1728, mas temos um bom relato de coisas de notícias que cobrem sua descoberta e de outros cientistas da época que usaram os números de Römer em seu próprio trabalho. A essência disso era que, usando um monte de cálculos inteligentes envolvendo o diâmetro das órbitas da Terra e de Júpiter, Römer foi capaz de concluir que levou cerca de 22 minutos para a luz cruzar o diâmetro da órbita da Terra ao redor do Sol. Christiaan Huygens mais tarde converteu isso em números mais comuns, mostrando que, segundo a estimativa de Römer, a luz viajou a cerca de 220.000 quilômetros por segundo. Este valor é um pouco fora (cerca de 27% fora) do valor indicado no primeiro parágrafo, mas vamos chegar a isso em um momento.

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Quando os colegas de Römer quase universalmente expressaram dúvidas em sua teoria sobre Io, Römer respondeu calmamente dizendo-lhes que o eclipse de 9 de novembro de 1676 seria 10 minutos mais tarde. Quando chegou a hora, os cépticos ficaram estupefactos, pois o movimento de um corpo celestial inteiro deu credibilidade à sua conclusão.

Os colegas de Römer tiveram razão em ficar espantados com sua estimativa, já que ainda hoje sua estimativa da velocidade da luz é considerada incrivelmente precisa, considerando que foi feita 300 anos antes da existência de ambos os lasers, a internet e o cabelo de Conan O’Brien. Ok, então foram 80.000 quilômetros por segundo muito lentos, mas dado o estado da ciência e da tecnologia na época, isso é notavelmente impressionante, especialmente porque ele estava apenas começando com um palpite.

O que é ainda mais surpreendente é que a razão para a estimativa de Römer ser um pouco lenta demais é pensada para ter menos a ver com qualquer erro de sua parte e mais a ver com o fato de que o diâmetro comumente aceito das órbitas da Terra e de Júpiter estava desligado quando Römer fez seus cálculos. Significado sim, Römer só estava errado porque outras pessoas não eram tão impressionantes na ciência como ele era. De fato, se você encaixar os números de órbita corretos no que se pensa ser seus cálculos originais dos relatórios antes que seus papéis fossem destruídos no fogo acima mencionado, sua estimativa é quase perfeita.

Assim, mesmo que ele estivesse tecnicamente errado e mesmo que James Bradley tenha chegado a um número mais preciso em 1729, Römer ficará na história como o cara que primeiro provou que a velocidade da luz não era infinita e elaborou uma figura de ballpark razoavelmente precisa sobre qual era a velocidade exata, observando os movimentos de um grão orbitando uma bola de gás gigante posicionada a cerca de 780 milhões de quilômetros de distância. Isso mesmo, senhoras e senhores, é como um mauzão, sem lasers, faz ciência.

Factos de bónus:

  • A energia necessária para parar a Terra orbitando o Sol é de cerca de 2,6478 × 10^33 joules ou 7,3551 × 10^29 horas watt ou 6,3285*10^17 megatons de TNT. Para referência, a maior explosão nuclear jamais detonado (o czar Bomba pela União Soviética) “apenas” produzido 50 megatoneladas de TNT valor da energia. Assim, seriam necessários cerca de 12.657.000.000.000.000.000.000 dessas bombas nucleares detonadas no local correto para impedir que a Terra orbitasse o sol.
  • Além do debate sobre se a velocidade da luz era infinita ou não, um debate lateral comum ao longo da história foi se a luz teve ou não origem no próprio olho ou em outra coisa. Entre os famosos cientistas que acreditaram na teoria da “luz emitida pelo olho” estavam Ptolomeu e Euclides. A maioria dos que achava essa teoria correta também achava que a velocidade da luz deveria ser infinita, porque no instante em que abrimos os olhos, podemos ver um grande número de estrelas no céu noturno e esse número não aumenta quanto mais olhamos, a menos que, é claro, estivéssemos anteriormente olhando para uma luz brilhante e nossos olhos estivessem se ajustando à escuridão.

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